火烧油层分层电点火注气井井筒温度分布确定方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种火烧油层分层电点火注气井井筒温度分布确定方法及装置，该方法包括：1，将点火枪顶部到内管底部这段井筒在轴向上划分为多个井筒单元dl，令l＝0，k＝1；2，计算内管空气经电点火器加热后的温度；3，计算地层热阻、水泥环热阻、套管壁热阻、油套环空中的空气与套管之间的热阻、隔热管的外管壁热阻、隔热层热阻、隔热管的内管壁热阻、筛管壁热阻、油管壁热阻、内管与外管环空中的空气热阻、内管壁热阻及内管内空气热阻；4，计算井筒径向总热阻；5，计算井筒径向热损失；6，计算内管空气温度；7，计算内管与外管环空中的空气温度；8，令l＝l+dl，k＝k+1，重复执行3至7进行迭代计算，直到l≥L迭代结束，得到内管和外管温度曲线。计算简单，精度高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及火烧油层领域，尤其涉及一种火烧油层分层电点火注气井井筒温度分布确定方法及装置。
技术介绍
目前国内火烧油层部分区块为多层火烧，分层点火分层注气，由于分层注入的管柱空间有限，无法用移动式电点火器实施分层点火，有人提出一种分层点火方法，基于图1所示的结构实现，如图1所示，套管内有两层油管，其中内管为普通油管，外管分为3段(AB段为隔热管，隔热管是套管结构，BC段为筛管，CD段为普通油管)。点火器下深一般不超过隔热管下深。空气分别从内管、外管注入(如图中箭头方向所示)，内管注入的空气经过点火器加热后从内管的底部进入下部油层，外管注入的空气经过热传导的作用加热后从筛管进入上部油层。通过该点火方法可实现上下两段油层的分层注气点火。计算井筒温度分布是实现上述分层点火方法的关键，但是，目前尚未提出针对上述分层点火结构和方法的注气井井筒温度分布的确定方法。
技术实现思路
本专利技术提供了一种火烧油层分层电点火注气井井筒温度分布确定方法及装置，以至少解决目前尚未有分层点火工艺下井筒温度场确定方法的问题。根据本专利技术的一个方面，提供了一种火烧油层分层电点火注气井井筒温度分布确定方法，包括：步骤1，将电点火器的点火枪顶部到内管底部这段井筒在轴向上划分为多个井筒单元，每个井筒单元的长度为dl，令l＝0，k＝1，其中，l表示当前计算的长度，k表示迭代次数；步骤2，计算注入到所述内管的空气经过所述电点火器加>热后的温度Ts；步骤3，分别计算地层的热阻R1、水泥环的热阻R2、套管内外壁之间的热阻R3、油套环空中的空气与套管之间的热阻R4、隔热管的外管内外壁之间的热阻R5、隔热层的热阻R6、隔热管的内管内外壁之间的热阻R7、筛管内外壁之间的热阻R8、油管内外壁之间的热阻R9、内管与外管环空中的空气热阻R10、内管内外壁之间的热阻R11以及内管内空气的热对流热阻R12；其中，所述注气井井筒沿径向从内至外依次包括：内管、外管、套管和水泥环，所述外管沿井口到井底方向依次包括：隔热管、筛管和油管，所述注气井井筒外部为地层；步骤4，根据R1至R12计算井筒在径向上的总热阻；步骤5，根据所述温度Ts、所述总热阻和地层温度，计算井筒在径向上的热损失；步骤6，根据所述温度Ts、所述热损失和所述电点火器的功率，计算内管的空气温度；步骤7，根据所述温度Ts、所述热损失及R10至R12，计算内管与外管环空的空气温度；步骤8，令l＝l+dl，k＝k+1，根据地层温度的变化，重复执行上述步骤3至步骤7，进行迭代计算，直到l≥L，则迭代结束，得到所述内管的温度分布曲线和所述外管的温度分布曲线，其中，L表示井口到内管底部的长度。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种火烧油层分层电点火注气井井筒温度分布确定装置，包括：划分单元，用于将电点火器的点火枪顶部到内管底部这段井筒在轴向上划分为多个井筒单元，每个井筒单元的长度为dl，令l＝0，k＝1，其中，l表示当前计算的长度，k表示迭代次数；第一计算单元，用于计算注入到所述内管的空气经过所述电点火器加热后的温度Ts；第二计算单元，用于分别计算地层的热阻R1、水泥环的热阻R2、套管内外壁之间的热阻R3、油套环空中的空气与套管之间的热阻R4、隔热管的外管内外壁之间的热阻R5、隔热层的热阻R6、隔热管的内管内外壁之间的热阻R7、筛管内外壁之间的热阻R8、油管内外壁之间的热阻R9、内管与外管环空中的空气热阻R10、内管内外壁之间的热阻R11以及内管内空气的热对流热阻R12；其中，所述注气井井筒沿径向从内至外依次包括：内管、外管、套管和水泥环，所述外管沿井口到井底方向依次包括：隔热管、筛管和油管，所述注气井井筒外部为地层；第三计算单元，用于根据R1至R12计算井筒在径向上的总热阻；第四计算单元，用于根据所述温度Ts、所述总热阻和地层温度，计算井筒在径向上的热损失；第五计算单元，用于根据所述温度Ts、所述热损失和所述电点火器的功率，计算内管的空气温度；第六计算单元，用于根据所述温度Ts、所述热损失及R10至R12，计算内管与外管环空的空气温度；迭代计算单元，用于令l＝l+dl，k＝k+1，根据地层温度的变化，利用第二计算单元至第六计算单元进行迭代计算，直到l≥L，则迭代结束，得到所述内管的温度分布曲线和所述外管的温度分布曲线，其中，L表示井口到内管底部的长度。通过本专利技术的火烧油层分层电点火注气井井筒温度分布确定方法及装置，综合考虑井身和油管柱结构、井筒径向传热及地层热物理性质等多种因素沿井深的变化，将井筒分成若干段，求出相应段的物性参数，部分物性参数是温度的函数，采用迭代法求解，计算得到内管温度分布和外管温度分布。能精确计算分层点火工艺情况下，任意流动状况、任意时刻沿注气井井筒的温度分布。同时，计算过程简单方便，具有较高的精度，迭代次数低，计算效率高，具有非常好的稳定性和收敛性。根据井筒的温度分布，能够有效预测到达上下油层的空气温度，以调整注气量及点火器功率，进而保证分层点火方法的顺利实施。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限定。在附图中：图1是本专利技术实施例的火烧油层分层电点火的结构示意图；图2是本专利技术实施例的火烧油层分层电点火注气井井筒温度分布确定方法的流程图；图3是本专利技术实施例的火烧油层分层电点火注气井井筒温度分布的确定装置的结构框图；图4是本专利技术实施例的内管的温度分布曲线图；图5是本专利技术实施例的外管的温度分布曲线图。具体实施方式下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。本专利技术实施例提供了一种火烧油层分层电点火注气井井筒温度分布确定方法，图2是本专利技术实施例的火烧油层分层电点火注气井井筒温度分布确定方法的流程图，如图2所示，该方法包括如下的步骤S201至步骤S208。步骤S201，将电点火器的点火枪顶部到内管底部这段井筒在轴向上划分为多个井筒单元，每个井筒单元的长度为dl，令l＝0，k＝1，其中，l表示当前计算的长度，k表示迭代次数。步骤S202，计算注入到内管的空气经过电点火器加热后的温度Ts。步骤S203，分别计算地层的热阻R1、水泥环的热本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种火烧油层分层电点火注气井井筒温度分布确定方法，其特征在于，包括：步骤1，将电点火器的点火枪顶部到内管底部这段井筒在轴向上划分为多个井筒单元，每个井筒单元的长度为dl，令l＝0，k＝1，其中，l表示当前计算的长度，k表示迭代次数；步骤2，计算注入到所述内管的空气经过所述电点火器加热后的温度Ts；步骤3，分别计算地层的热阻R1、水泥环的热阻R2、套管内外壁之间的热阻R3、油套环空中的空气与套管之间的热阻R4、隔热管的外管内外壁之间的热阻R5、隔热层的热阻R6、隔热管的内管内外壁之间的热阻R7、筛管内外壁之间的热阻R8、油管内外壁之间的热阻R9、内管与外管环空中的空气热阻R10、内管内外壁之间的热阻R11以及内管内空气的热对流热阻R12；其中，所述注气井井筒沿径向从内至外依次包括：内管、外管、套管和水泥环，所述外管沿井口到井底方向依次包括：隔热管、筛管和油管，所述注气井井筒外部为地层；步骤4，根据R1至R12计算井筒在径向上的总热阻；步骤5，根据所述温度Ts、所述总热阻和地层温度，计算井筒在径向上的热损失；步骤6，根据所述温度Ts、所述热损失和所述电点火器的功率，计算内管的空气温度；步骤7，根据所述温度Ts、所述热损失及R10至R12，计算内管与外管环空的空气温度；步骤8，令l＝l+dl，k＝k+1，根据地层温度的变化，重复执行上述步骤3至步骤7，进行迭代计算，直到l≥L，则迭代结束，得到所述内管的温度分布曲线和所述外管的温度分布曲线，其中，L表示井口到内管底部的长度。...

【技术特征摘要】
1.一种火烧油层分层电点火注气井井筒温度分布确定方法，其特征在于，包括：
步骤1，将电点火器的点火枪顶部到内管底部这段井筒在轴向上划分为多个井筒
单元，每个井筒单元的长度为dl，令l＝0，k＝1，其中，l表示当前计算的长度，k
表示迭代次数；
步骤2，计算注入到所述内管的空气经过所述电点火器加热后的温度Ts；
步骤3，分别计算地层的热阻R1、水泥环的热阻R2、套管内外壁之间的热阻R3、
油套环空中的空气与套管之间的热阻R4、隔热管的外管内外壁之间的热阻R5、隔热
层的热阻R6、隔热管的内管内外壁之间的热阻R7、筛管内外壁之间的热阻R8、油管
内外壁之间的热阻R9、内管与外管环空中的空气热阻R10、内管内外壁之间的热阻R11以及内管内空气的热对流热阻R12；其中，所述注气井井筒沿径向从内至外依次包括：
内管、外管、套管和水泥环，所述外管沿井口到井底方向依次包括：隔热管、筛管和
油管，所述注气井井筒外部为地层；
步骤4，根据R1至R12计算井筒在径向上的总热阻；
步骤5，根据所述温度Ts、所述总热阻和地层温度，计算井筒在径向上的热损失；
步骤6，根据所述温度Ts、所述热损失和所述电点火器的功率，计算内管的空气
温度；
步骤7，根据所述温度Ts、所述热损失及R10至R12，计算内管与外管环空的空气
温度；
步骤8，令l＝l+dl，k＝k+1，根据地层温度的变化，重复执行上述步骤3至步骤
7，进行迭代计算，直到l≥L，则迭代结束，得到所述内管的温度分布曲线和所述外
管的温度分布曲线，其中，L表示井口到内管底部的长度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用以下公式计算地层的热阻R1：
R1=f(t)2πKe,]]>f(t)=ln(2atrh)-0.29,]]>其中，Ke表示地层导热系数；a表示地层平均散热系数；t表示油井生产时间；
rh表示井筒半径。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用以下公式计算水泥环的热阻R2：
R2=12πKcemlnrhrco,]]>其中，Kcem表示水泥环导热系数；rh表示井筒半径；rco表示套管外壁半径。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用以下公式计算套管内外壁之
间的热阻R3：
R3=12πKcaslnrcorci,]]>其中，Kcas表示套管导热系数；rci表示套管内壁半径；rco表示套管外壁半径。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用以下公式计算油套环空中的
空气与套管之间的热阻R4：
R4=12π(hc1+hr1)rci,]]>其中，hc1表示油套环空中空气的自然对流传热系数；hr1表示油套环空中空气的
热辐射传热系数；rci表示套管内壁半径；
采用以下公式计算热辐射传热系数hr1：
hr1=δFtci(Tto*2+Tci*2)(Tto*+Tci*),]]>Tto*=Tto+273.15,Tci*=Tci+273.15,]]>1Ftci=1ϵo+rtorci(1ϵci-1),]]>其中，δ表示Stefan-Boltzmann常数；Ftci表示油管或隔热管外壁表面向套管内
壁表面辐射有效系数；Tto表示外管外壁温度；Tci表示套管内壁温度；εo表示隔热管
外壁黑度；εci表示套管内壁黑度；rto表示外管外壁半径；
采用以下公式计算自然对流传热系数hc1：
hc1=0.049(GrPr)0.33Pr0.074Khartolnrcirto,]]>Gr=(rci-rto)3gρan2β(Tto-Tci)Uan2,]]>Pr=Can-UanKha,]]>其中，Gr表示Grashof数；Pr表示Prandtl数；Kha表示油套环空的空气的导热系
数；g表示重力加速度；ρan表示油套环空的空气在平均温度Tan下的密度；Uan表示
油套环空的空气在平均温度Tan下的粘度；Can表示油套环空的空气在平均温度Tan下
的热容；β表示油套环空中空气的体积热膨胀系数。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用以下公式计算隔热管的外管
内外壁之间的热阻R5：
R5=12πKtublnrori,]]>其中，Ktub表示油管导热系数；ro表示隔热管外管外壁半径；ri表示隔热管外管
内壁半径。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用以下公式计算隔热层的热阻R6：
R6=12πKinslnrirto_w,]]>其中，Kins表示隔热管导热系数；ri表示隔热管外管内壁半径；rto_w表示隔热管
内管外壁半径。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用以下公式计算隔热管的内管
内外壁之间的热阻R7：
R7=12πKtublnrto_wrti_w,]]>其中，Ktub表示油管导热系数；rto_w表示隔热管内管外壁半径；rti_w表示隔热管
内管内壁半径。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用以下公式计算筛管内外壁之

\t间的热阻R8：
R8=12πKsielnrto_srti_s,]]>其中，Ksie表示筛管导热系数；rto_s表示筛管外壁半径；rti_s表示筛管内壁半径。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用以下公式计算油管内外壁之
间的热阻R9：
R9=12πKtublnrto_trti_t,]]>其中，Ktub表示油管导热系数；rti_t表示油管内壁半径；rto_t表示油管外壁半径。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用以下公式计算内管与外管环
空中的空气热阻R10：
R10=12π(hc2+hr2)rn_to,]]>其中，hc2表示内管与外管环空中空气的自然对流传热系数；hr2表示内管与外管
环空中空气的热辐射传热系数；rn_to表示内管外壁半径；
采用以下公式计算热辐射传热系数hr2：
hr2=δFtci(Tn_to*2+Tti*2)(Tn_to*+Tti*),]]>Tn_to*=Tn_to+273....

【专利技术属性】
技术研发人员：马振，张洪君，刘利，李树全，曲绍刚，孙振宇，屈振哲，王智博，杨宝春，于晓聪，张成博，方梁锋，刘红芹，汪盈盈，关志忠，王河，钟满发，徐东，夏进军，吴超，崔冠麟，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11