一種計(jì)算注氣井的井筒溫度分布的方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明是關(guān)于注采天然氣技術(shù)，具體地，是一種用于儲(chǔ)氣庫井等高壓注氣井在注 氣過程中，計(jì)算注氣井的井筒溫度分布的方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 注氣井井筒溫度分布是氣井建井和儲(chǔ)氣庫注采工程的重要參數(shù)，不但是氣井設(shè)計(jì) 和動(dòng)態(tài)分析必不可少的內(nèi)容，同時(shí)也是固井工程中套管附加載荷計(jì)算的重要依據(jù)，因此研 究計(jì)算注氣井井筒內(nèi)的溫度分布十分必要。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中，許多研究者在井筒流體和圍巖之間的傳熱機(jī)理的各個(gè)方面已經(jīng)做出 了大量的研究，并且給出了計(jì)算氣井井筒溫度分布的方程式。但是在計(jì)算過程中，不僅需要 油套環(huán)空流體和水泥環(huán)及周圍地層等物性參數(shù)；而且其解析方程非常復(fù)雜，難W進(jìn)行求解。 為此，Kirkpatrick、Ramey、Satter、Siiu&Beggs等人提出了多種簡(jiǎn)化計(jì)算方法。其中，計(jì) 算過程最簡(jiǎn)便、精度最高的是化iu&Beggs算法，Shiu和Beggs闡述了確定Ramey方程式的 參數(shù)的方法，引入了松弛距離的概念，根據(jù)墨西哥灣、阿拉斯加庫克灣、委內(nèi)瑞拉馬拉開波 湖等地區(qū)的370油氣井的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試資料回歸的松弛距離簡(jiǎn)單公式。但是，Shiu&Beggs算法 不但有一定的適用范圍（詳見表1)，而且在計(jì)算注氣井時(shí)誤差較大。
[0004] 因此，如何更加精確地對(duì)不同流體狀況的注氣井的精通溫度分布進(jìn)行計(jì)算，是亟 待解決的技術(shù)難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明實(shí)施例的主要目的在于提供一種計(jì)算注氣井的井筒溫度分布的方法及裝 置，W解決現(xiàn)有的計(jì)算氣井井筒溫度分布方法存在的計(jì)算過程復(fù)雜、精度不高的問題。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)施例提供一種計(jì)算注氣井的井筒溫度分布的方法， 所述的方法包括：獲取注氣井中的井筒數(shù)據(jù)；根據(jù)預(yù)設(shè)的步長將所述注氣井劃分為多個(gè)井 段；根據(jù)所述井筒數(shù)據(jù)分別判斷各所述井段中注入介質(zhì)的狀態(tài)；根據(jù)所述注入介質(zhì)的狀態(tài) 分別計(jì)算各所述井段的溫度分布。
[0007] 在一實(shí)施例中，根據(jù)所述井筒數(shù)據(jù)分別判斷各所述井段中注入介質(zhì)的狀態(tài)，包括： 根據(jù)所述井筒數(shù)據(jù)分別計(jì)算各所述井段中注入介質(zhì)的溫度；判斷所述溫度是否大于一預(yù) 設(shè)溫度值；如果是，則判定所述井段中存在天然氣水合物，所述注入介質(zhì)為氣液兩相流；否 貝1J，所述注入介質(zhì)為純氣體單相流。
[0008] 在一實(shí)施例中，根據(jù)所述注入介質(zhì)的狀態(tài)分別計(jì)算所述井段的溫度分布，包括：當(dāng) 所述井段的注入介質(zhì)為氣液兩相流時(shí)，通過W下公式計(jì)算所述的溫度分布：
[0009]
[0010] 其中，gT是地溫梯度，°c/m;z是井深，m;b是折算地表溫度，°C;Tw是油氣藏溫 度，°C;H是油藏中深，m;Gt是單位時(shí)間內(nèi)質(zhì)量流量，kg/s;D是油管內(nèi)徑，mm;C是油管內(nèi)流 體的比熱，J/kg? °C而是底層導(dǎo)熱系數(shù)，W/m?°C;Ut。是從油管內(nèi)壁到套管外壁的傳熱系 數(shù)，W/m? 〇C。
[0011] 在一實(shí)施例中，根據(jù)所述注入介質(zhì)的狀態(tài)分別計(jì)算所述井段的溫度分布，還包括： 當(dāng)所述井段的注入介質(zhì)為純氣體單相流時(shí)，通過W下公式計(jì)算所述的溫度分布：
[0012]
[0013] 其中，折是地溫梯度，單位為°C/m;z是井深，單位為m;Tw是油氣藏溫度，單位 為°(： ;H是油藏中深，單位為m;Cp是天然氣的定壓比熱，單位為kj/kg;PW是標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下天 然氣密度，單位為kg/m3;qW是單位時(shí)間內(nèi)天然氣體積流量，單位為m ;Dt是油管直徑，單 位為mA是井眼直徑，單位為m;Ut。是從油管內(nèi)壁到地層的總傳熱系數(shù)，單位為W/m? °C。
[0014] 在一實(shí)施例中，上述的方法還包括：根據(jù)各所述井段的溫度分布生成注氣井的井 筒溫度分布圖。
[0015] 本發(fā)明實(shí)施例還提供一種計(jì)算注氣井的井筒溫度分布的裝置，所述的裝置包括： 井筒數(shù)據(jù)獲取單元，用于獲取注氣井中的井筒數(shù)據(jù)；井段劃分單元，用于根據(jù)預(yù)設(shè)的步長將 所述注氣井劃分為多個(gè)井段；介質(zhì)狀態(tài)判斷單元，用于根據(jù)所述井筒數(shù)據(jù)分別判斷各所述 井段中注入介質(zhì)的狀態(tài)；溫度分布計(jì)算單元，用于根據(jù)所述注入介質(zhì)的狀態(tài)分別計(jì)算各所 述井段的溫度分布。
[0016] 在一實(shí)施例中，上述的介質(zhì)狀態(tài)判斷單元具體用于：根據(jù)所述井筒數(shù)據(jù)分別計(jì)算 各所述井段中注入介質(zhì)的溫度；判斷所述溫度是否大于一預(yù)設(shè)溫度值；如果是，則判定所 述井段中存在天然氣水合物，所述注入介質(zhì)為氣液兩相流；否則，所述注入介質(zhì)為純氣體單 相流。
[0017] 在一實(shí)施例中，上述的溫度分布計(jì)算單元具體用于：當(dāng)所述井段的注入介質(zhì)為氣 液兩相流時(shí)，通過W下公式計(jì)算所述的溫度分布：
[0018]
[0019] 其中，gT是地溫梯度，°C/m;z是井深，m;b是折算地表溫度，°C;TW是油氣藏溫 度，°C;H是油藏中深，m;Gt是單位時(shí)間內(nèi)質(zhì)量流量，kg/s;D是油管內(nèi)徑，mm;C是油管內(nèi)流 體的比熱，J/kg? °C而是底層導(dǎo)熱系數(shù)，W/m?°C;Ut。是從油管內(nèi)壁到套管外壁的傳熱系 數(shù)，W/m? 〇C。
[0020] 在一實(shí)施例中，上述的溫度分布計(jì)算單元具體還用于：當(dāng)所述井段的注入介質(zhì)為 純氣體單相流時(shí)，通過W下公式計(jì)算所述的溫度分布：
[0021]
陽0巧其中，gT是地溫梯度，單位為°C/m;z是井深，單位為m;Tw是油氣藏溫度，單位 為°(： ;H是油藏中深，單位為m;Cp是天然氣的定壓比熱，單位為kj/kg;PW是標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下天 然氣密度，單位為kg/m3;qW是單位時(shí)間內(nèi)天然氣體積流量，單位為m ;Dt是油管直徑，單 位為mA是井眼直徑，單位為m;Ut。是從油管內(nèi)壁到地層的總傳熱系數(shù)，單位為W/m? °C。
[0023] 在一實(shí)施例中，上述的裝置還包括：井筒溫度分布圖生成單元，用于根據(jù)各所述井 段的溫度分布生成注氣井的井筒溫度分布圖。
[0024] 本發(fā)明實(shí)施例的有益效果在于，可快速計(jì)算注氣井的井筒溫度分布，并且具有良 好的計(jì)算穩(wěn)定性和較高的計(jì)算精度，計(jì)算結(jié)果更加精確。
【附圖說明】
[0025] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述 中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些 實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可W根據(jù)運(yùn)些 附圖獲得其他的附圖。
[00%] 圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的計(jì)算注氣井的井筒溫度分布的方法的流程圖；
[0027] 圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的溫度對(duì)比示意圖；
[0028] 圖3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的溫度分布圖；
[0029] 圖4為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的計(jì)算注氣井的井筒溫度分布的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于 本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他 實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0031] 本發(fā)明實(shí)施例提供一種計(jì)算注氣井的井筒溫度分布的方法及裝置。W下結(jié)合附圖 對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0032] 本發(fā)明實(shí)施例提供一種計(jì)算注氣井的井筒溫度分布的方法，如圖1所示，該計(jì)算 注氣井的井筒溫度分布的方法主要包括W下各步驟：
[0033] 步驟S101 :獲取注氣井中的井筒數(shù)據(jù)；
[0034] 步驟S102 :根據(jù)預(yù)設(shè)的步長將注氣井劃分為多個(gè)井段；
[0035] 步驟S103 :根據(jù)井筒數(shù)據(jù)分別判斷各井段中注入介質(zhì)的狀態(tài)；
[0036] 步驟S104 :根據(jù)注入介質(zhì)的狀態(tài)分別計(jì)算各井段的溫度分布。
[0037] 通過上述的步驟S101~步驟S104,本發(fā)明實(shí)施例提出了針對(duì)注氣井中不同狀態(tài) 的注入介質(zhì)，在井口流壓和地層溫度已知的條件下，沿井深分布的溫度計(jì)算方法，通過該方 法可快速計(jì)算注氣井的井筒溫度分布。而且本發(fā)明實(shí)施例所設(shè)及的計(jì)算方法具有良好的計(jì) 算穩(wěn)定性和較高的計(jì)算精度，計(jì)算結(jié)果更加精確。
[0038] W下結(jié)合上述各步驟，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的計(jì)算注氣井的井筒溫度分布的方法做詳 細(xì)的說明。
[0039] 在本發(fā)明實(shí)施例中，主要假設(shè)條件為：
[0040] (1)流體流動(dòng)狀態(tài)為穩(wěn)定流動(dòng)；
[0041] (2)井筒內(nèi)傳熱為穩(wěn)定傳熱；
[0042] (3)地層傳熱為不穩(wěn)定傳熱，且服從Ramey的無因次時(shí)間函數(shù)；
[0043] (4)井身結(jié)構(gòu)如圖1所示：油管一油套環(huán)空一套管一水泥環(huán)一地層； W44] 妨油套管同屯、。
[0045] 基于上述的假設(shè)條件，來通過本發(fā)明實(shí)施例的計(jì)算注氣井的井筒溫度分布的方法 來計(jì)算注氣井內(nèi)的溫度分布。
[0046] 上述的步驟S101，獲取注氣井中