抽油機(jī)井熱洗過程中溫度場(chǎng)的變化_第1頁(yè)
抽油機(jī)井熱洗過程中溫度場(chǎng)的變化_第2頁(yè)
抽油機(jī)井熱洗過程中溫度場(chǎng)的變化_第3頁(yè)
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文檔簡(jiǎn)介

1、對(duì)抽油機(jī)井熱洗過程中溫度場(chǎng)變化的再認(rèn)識(shí)摘要:本文針對(duì)抽油機(jī)井熱洗過程中,當(dāng)回油溫度達(dá)到理想溫度時(shí)而洗井效果不理想的問題進(jìn)行分析,我們認(rèn)為熱洗過程中溫度場(chǎng)的變化不是線性降低的,60c的回油溫度是液體在距井口一段距離內(nèi)被洗井液重新加熱造成的一種假象。為驗(yàn)證分析結(jié)果,我們從理論及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)等方面對(duì)抽油機(jī)井熱洗過程中溫度場(chǎng)的變化進(jìn)行了認(rèn)真研究,并取得了一些新的認(rèn)識(shí)。主題詞:抽油機(jī)井熱洗溫度場(chǎng)一、前言大慶油田自開發(fā)以來,抽油機(jī)井的熱洗一直是清除井下結(jié)蠟,保證抽油泵正常工作的主要措施之一。一般認(rèn)為在抽油機(jī)井熱洗過程中溫度場(chǎng)的變化是線性降低的,當(dāng)井口回油溫度達(dá)到60c時(shí),就認(rèn)為達(dá)到了熱洗清蠟效果,抽油機(jī)井熱洗

2、分為化蠟、排蠟、鞏固三個(gè)階段。目前,我廠有4120口抽油機(jī)井采用熱洗清蠟,平均單井熱洗周期為158.47天,年熱洗井次為9490次,每年用于熱洗的成本為230萬(wàn)元,年影響采油量4萬(wàn)噸,熱洗投入成本較大。但是,在實(shí)際生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn),熱洗效果并不理想,如監(jiān)測(cè)井進(jìn)行環(huán)空測(cè)試時(shí),時(shí)常發(fā)生正常熱洗后儀器在油套環(huán)空仍遇阻下不去的現(xiàn)象。據(jù)統(tǒng)計(jì),我廠2001年下半年共有環(huán)空找水井近300,有64口井不能測(cè)試,其中熱洗后儀器仍下不去的井有42口,占測(cè)試井?dāng)?shù)的14%針對(duì)這一情況,經(jīng)進(jìn)一步分析,我們認(rèn)為熱洗過程中溫度場(chǎng)的變化不是線性降低的,60c的回油溫度是液體在距井口一段距離內(nèi)被洗井液重新加熱造成的一種假象。為驗(yàn)

3、證分析結(jié)果,我們對(duì)抽油機(jī)井熱洗過程中的熱量傳導(dǎo)、損失及溫度場(chǎng)的變化進(jìn)行了認(rèn)真研究,并取得了一些新的認(rèn)識(shí),這里與大家共同探討,以便為今后的熱洗工作提供一定的技術(shù)指導(dǎo)。為了準(zhǔn)確考察熱洗過程中溫度場(chǎng)的變化情況,我們遵循事物從實(shí)踐到理論,再?gòu)睦碚摰綄?shí)踐的認(rèn)識(shí)規(guī)律,通過理論計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)兩個(gè)方面,對(duì)熱洗溫度場(chǎng)的變化情況重新加以認(rèn)識(shí)。二、熱洗過程中泵吸入口溫度的理論計(jì)算熱洗過程中,溫度場(chǎng)的變化較為復(fù)雜,如在不同時(shí)間、不同排量、不同溫度的情況下,計(jì)算井筒任意深度點(diǎn)的溫度是比較困難的,因此這里僅計(jì)算了當(dāng)熱洗達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí),抽油泵吸入口處的溫度。(一)物理模型的建立由于地溫由地心至地表呈線性降低,當(dāng)洗井液向下流

4、動(dòng)時(shí)將熱量傳給地層及油管內(nèi)的液體,環(huán)空中的洗井液溫度沿井筒向下不斷下降,相反,油管中的液體溫度沿井筒向上不斷升高,井筒沿軸向?qū)儆诜欠€(wěn)態(tài)傳熱狀況。熱洗達(dá)到一定時(shí)間后,沿井筒某一深度的徑向散熱量趨于穩(wěn)定,此時(shí),油套環(huán)空中的洗井液一方面通過對(duì)流換熱將熱量傳給套管內(nèi)壁,再?gòu)奶坠軆?nèi)壁通過導(dǎo)熱傳給套管外壁、水泥環(huán)及地層;另一方面油套環(huán)空中的洗井液通過對(duì)流換熱將熱量傳給油管外壁,再通過導(dǎo)熱把熱量傳給油管內(nèi)壁,最后通過對(duì)流換熱將熱量傳給油管內(nèi)的液體。其熱傳遞過程見井筒結(jié)構(gòu)示意圖。(二)數(shù)學(xué)模型i23456d2d3d41d5一d6依據(jù)物理模型中的溫度變化,我們采用簡(jiǎn)化的計(jì)算方法,作出如下假設(shè):1、油管內(nèi)對(duì)流換熱

5、系數(shù)ai及套管內(nèi)的對(duì)流換熱系數(shù)a2取全井管柱的平均值(按水處理);2、沿徑向傳熱為穩(wěn)態(tài)傳熱;3、沿軸向?yàn)榉欠€(wěn)態(tài)傳熱;x井筒結(jié)構(gòu)示意圖i一油管內(nèi)返出液2油管3一洗井液4套管5水泥環(huán)6沉積巖4、除水以外,其它所有物性都為常數(shù);5、套管中洗井液到達(dá)泵口時(shí)的溫度與油管中從泵吸入口處抽出的液體溫度相同。在井筒結(jié)構(gòu)示意圖中沿軸向,列能量守恒方程如下:m2Cp2(t2't0)=miCpi(ti"t0)+H/R(t2'+t0)/2-ts)(1)式中:m2一套管中洗井液的質(zhì)量流率kg/s;Cp2一套管中水的比熱J/kgC;t2'一套管中洗井液的溫度,C;to一套管及油管中洗井液

6、在泵吸入口處的溫度,C;mi油管中洗井液的質(zhì)量流率kg/s;Cpi一油管中水的比熱J/kgC;ti一油管出口液體的溫度,C;H一下泵深度,m;R一單位管長(zhǎng)熱阻;ts地層溫度,C。R熱阻,R=R+R+R+R;R3一套管中的洗井液與套管內(nèi)壁的單位管長(zhǎng)對(duì)流換熱熱阻;R4金屬套管壁單位管長(zhǎng)導(dǎo)熱熱阻R5水泥環(huán)單位管長(zhǎng)導(dǎo)熱熱阻;R6地層單位長(zhǎng)度導(dǎo)熱熱阻。各項(xiàng)熱阻的計(jì)算公式如下:R31二2二d3(3)二2=Nu2d21Nu2=0.0296R18Pr2(4)(5)Re2-2d2/2(6)R4lnd4d3R512二-5lnd_5d4R6ln2二6d6d5(7)(8)(9)式中:d3套管內(nèi)徑,m;d4一套管外徑,

7、m;d5水泥環(huán)外徑,m;d6地層直徑,m;入3套管內(nèi)水的導(dǎo)熱系數(shù),W/m-K;入4套管壁的導(dǎo)熱系數(shù),W/m-K;入5水泥環(huán)的導(dǎo)熱系數(shù),W/mK;入6地層的導(dǎo)熱系數(shù),W/m-K;co2一洗井液的流動(dòng)速度,m/s;2U2一洗井椒的運(yùn)動(dòng)粘度,m/s。(三)計(jì)算結(jié)果根據(jù)前面給出和推導(dǎo)的計(jì)算公式,我們以南4-丁2-336井為例,取其物性參數(shù)為:油管導(dǎo)熱系數(shù)為套管導(dǎo)熱系數(shù)為水泥環(huán)導(dǎo)熱系數(shù)為沉積巖導(dǎo)熱系數(shù)為油管內(nèi)徑d油管外徑d套管內(nèi)徑d套管外徑d水泥環(huán)外徑地層外徑泵掛深度入2=20W/(m-K);入4=20W/(m-K);入5=0.58W/(m-K);入6=5W/(m-K);i=62mm2=73mm3=12

8、4mm4=140mmd5=180mmd6=680mmH=969m;水的物性由相關(guān)物性表來確定。按目前的熱洗操作規(guī)程要求,洗井液入口溫度為750C,排量為35立方米,將數(shù)據(jù)代入上述相應(yīng)公式,經(jīng)計(jì)算機(jī)計(jì)算,得出t。,即:抽油泵吸入口的溫度為52.1°C。據(jù)此,為了驗(yàn)證理論計(jì)算與實(shí)際過程的差別,我們進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。三、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)實(shí)測(cè)情況為了詳細(xì)觀察熱洗過程中井筒井溫的變化情況,我們選擇了不同產(chǎn)量的具有一定代表意義的南4丁2336和高189-603抽油機(jī)井進(jìn)行了熱洗試驗(yàn),并采用井溫測(cè)井方法對(duì)兩口井洗井前、洗井過程中及洗井后溫度場(chǎng)的變化情況進(jìn)行測(cè)試,具體試驗(yàn)測(cè)試情況如下。(一)試驗(yàn)方案1、試驗(yàn)?zāi)?/p>

9、的:觀察抽油機(jī)井熱洗過程中油套環(huán)空中溫度場(chǎng)的變化。2、南4丁2336井(1)基礎(chǔ)數(shù)據(jù):套管規(guī)范:140mm射孔井段:1001.2-1171.40m人工井底:1213m油層中部:1086.30m套補(bǔ)距:1.61m上次施工:98年8月9日(2)測(cè)前井下管柱情況:見南4丁2336井測(cè)前管柱圖生產(chǎn)管柱:導(dǎo)錐、篩管、防蠟器各一個(gè),泵掛深堵水管柱:丟手接頭、定位器各一個(gè),(3)測(cè)前生產(chǎn)情況:產(chǎn)液:85t/d泵效:58.7%液面:723.2m熱洗周期:134天3、高189-603井(1)基礎(chǔ)數(shù)據(jù):套管規(guī)范:140mm套補(bǔ)距:2.08m人工井底:1237.54m油層中部:1133m上次施工:2000年4月(2

10、)測(cè)前井下管柱情況:佇日中壁阿卡.“已笈凄16電白臺(tái)力.片m產(chǎn).修1E=6Hcis7導(dǎo):電召丁哈.工字0114蕓OBS.B7XXX丹一4±IWWXX114封所窗-y于XX粒EMnybEmu南4-丁2-336井測(cè)前管柱圖968.08米,完井深979.17米。5級(jí)細(xì)分堵水封隔胃產(chǎn)油:8t/d流壓:3.11MPa沉沒度:244.88m完井深988.571185.80米。含水:90.3%泵口壓力:2.29MPa功圖:正常24日見高189-603井測(cè)前管柱圖導(dǎo)錐、篩管、防蠟器各一個(gè),泵掛深995.06米,完井深1005.35米。(3)測(cè)前生產(chǎn)情況:產(chǎn)液:14t/d產(chǎn)油:3t/d含水:76.8%

11、泵效:37.1%流壓:2.18MPa泵口壓力:1.25MPa液面:810.45m沉沒度:184.61m功圖:氣影響熱洗周期:96天4、測(cè)試過程(1)洗井前測(cè)一條全井井溫曲線。(2)洗井30分鐘后,從泵吸入口至井口測(cè)一條井溫曲線。(3)當(dāng)井口回油溫度達(dá)60c時(shí),從井口至泵吸入口測(cè)一條井溫曲線。(4)反復(fù)測(cè)試抽油泵吸入口處井溫變化情況。(5)其余全井井溫測(cè)試工作量由抽油泵吸入口處溫度變化情況現(xiàn)場(chǎng)確定。(二)測(cè)試結(jié)果1、南4丁2336井測(cè)試結(jié)果此次試驗(yàn)測(cè)試了洗井前、洗井過程中及洗井后油套環(huán)空中溫度的變化值,共測(cè)試了七條井溫測(cè)井曲線,具體結(jié)果見附圖(南4-丁2-336井溫測(cè)井曲線)。由實(shí)測(cè)結(jié)果繪制了南

12、4-丁2-336井井溫測(cè)試結(jié)果表及抽油泵吸入口溫度變化曲線,由表、曲線可以看出:當(dāng)開始洗井時(shí)泵吸入口溫度是降低的,隨著洗井時(shí)間的延長(zhǎng),溫度才緩慢升高,其變化幅度較小。分析原因是由于洗井時(shí)低溫液體被洗井液攜帶推至泵吸入口處,致使抽油泵吸入口溫度降低。當(dāng)洗井時(shí)間達(dá)22小時(shí)時(shí),抽油泵吸入口溫度由46.6°C升高到51.5°C,僅升高了4.9°C。南4-丁2-336井溫測(cè)試表測(cè)試曲線洗井時(shí)間(h)套管井口溫度(00泵口溫度(0c)油管井口溫度(0c)備注第I條曲線31.70c46.60c400C洗井前井溫曲線第n條曲線0.7650C42.80C600C14:40開始洗井,

13、洗井排量356第出條曲線3.372.40c48.10C670C第IV條曲線3.5700C48.50C670C第V條曲線20.8690C510C670C第V1條曲線22710C51.50C700C80時(shí)間(小時(shí))泵口溫度一=套管井口溫度.油管井口溫度泵吸入口溫度變化曲線2、高189-603井測(cè)試結(jié)果此次試驗(yàn)測(cè)試了洗井前、洗井過程中油套環(huán)空中溫度的變化值,共測(cè)試了四條井溫測(cè)試曲線,具體結(jié)果見附圖(高189-603井溫測(cè)井曲線)。由實(shí)測(cè)結(jié)果繪制了高189-603井井溫測(cè)試表。高189-603井溫測(cè)試表測(cè)試曲線洗井時(shí)間(h)套管井口溫度0(C)泵口溫度0(C)油管井口溫度0(C)備注第I條曲線300C

14、50.80c320C洗井前井溫曲線第n條曲線1.2750C44.20C750C11:20開始洗井第出條曲線3.8750C44.80C750C第IV條曲線23750C46.00C750C(三)理論計(jì)算與實(shí)測(cè)對(duì)比由于理論計(jì)算是在洗井達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)下的泵吸入口的溫度,沒有考慮不同時(shí)間、不同排量、不同溫度等情況,計(jì)算出的結(jié)果是抽油泵吸入口處溫度最高能達(dá)到多少。如南4-丁2336井,計(jì)算的泵吸入口溫度為52.1°C,實(shí)測(cè)結(jié)果是:當(dāng)洗井22小時(shí)時(shí),泵吸入口溫度由46.60C升高到51.50C,實(shí)測(cè)與計(jì)算結(jié)果基本一致。如果按目前的洗井時(shí)間要求(一般4小時(shí))不可能達(dá)到穩(wěn)態(tài),因此,在實(shí)際洗井過程中,泵吸入

15、口的溫度將更低。四、熱洗效果的評(píng)價(jià)及分析1、按抽油機(jī)井熱洗規(guī)程要求,洗井液進(jìn)口溫度為750c以上,回油溫度須達(dá)到600C,洗井時(shí)間一般4小時(shí)左右,排量一般控制在3040立方米。從理論計(jì)算及實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析,溫度場(chǎng)變化不是線性降低的,回油溫度600c是洗井液在油管內(nèi)上返過程中距井口300米左右一段距離里,被洗井液重新加熱造成的回油溫度達(dá)60°C,這與我們的認(rèn)識(shí)是相吻合的,因此有必要對(duì)抽油機(jī)井的熱洗重新加以認(rèn)識(shí)。見熱洗過程中井筒溫度場(chǎng)變化示意圖。2、從熱洗過程中實(shí)測(cè)的井溫變化情況可以看出,洗井液溫度與地層及油管的熱傳導(dǎo)、熱交換、對(duì)流是較快的,洗井液溫度損失較大。觀察兩口不同產(chǎn)量井的熱洗回油溫

16、度變化速度,發(fā)現(xiàn)低產(chǎn)井井口回油溫度升高的較快,分析原因是由于低產(chǎn)井產(chǎn)量低,液體在油管內(nèi)流速較慢,與油套環(huán)空中的洗井液熱交換較充分。3、根據(jù)實(shí)測(cè)井溫曲線繪制了井筒內(nèi)同一溫度點(diǎn)(500c550c60°C)隨洗井時(shí)間的變化情況表及井筒內(nèi)600C溫度點(diǎn)隨時(shí)間的變化曲線。從表和曲線可以看出:當(dāng)洗井時(shí)間達(dá)3小時(shí)后,600C溫度點(diǎn)位于280米深度,當(dāng)洗井23.6小時(shí)后,600C溫度點(diǎn)位于410米深度,所以在現(xiàn)行的熱洗工況條件下使井筒溫度全部達(dá)到600C是不可能的。南4-丁2-336井同一溫度點(diǎn)深度與時(shí)間的關(guān)系表溫度(0C)第n條曲線第出條曲線第IV條曲線第V條曲線第V1條曲線深度(m)時(shí)間(h)深

17、度(mD時(shí)間(h)深度(m)時(shí)間(h)深度(m)時(shí)間(h)深度(m)時(shí)間(h)602401.928033205.232020.541023.6553401.74603.3540552020.862023.2504401.57103.78004.4時(shí)間(小時(shí))井筒內(nèi)60度溫度點(diǎn)隨時(shí)間的變化84、根據(jù)實(shí)測(cè)井溫曲線繪制了井筒內(nèi)同一深度點(diǎn)在不同洗井時(shí)間內(nèi)的溫度變化情況表及310米、410米深度不同時(shí)間內(nèi)溫度變化曲線。南4-T2-336井同一深度點(diǎn)溫度與時(shí)間的關(guān)系表測(cè)試曲線nmWVVI深度210米時(shí)間(小時(shí))22.85.420.323.9溫度(度)61.162.962.563.866.4深度310米時(shí)間

18、(小時(shí))1.835.320.523.7溫度(度)56.35960.460.262.95深度410米時(shí)間(小時(shí))1.63.25.120.723.5溫度(度)51.856.157.957.660深度510米時(shí)間(小時(shí))1.43.34.920.923.3溫度(度)4753.555.555.357.1深度610米時(shí)間(小時(shí))1.33.54.72123.1溫度(度)45.251.453.353.455.1深度710米時(shí)間(小時(shí))1.13.74.521.222.9溫度(度)43.15051.552.453.4深度810米時(shí)間(小時(shí))0.93.84.321.422.7溫度(度)42.248.949.951.

19、652.4深度910米時(shí)間(小時(shí))0.844.121.622.5溫度(度)42.348.248.851.151.7由表和曲線可以看出:當(dāng)洗井排量、溫度一定時(shí),井筒內(nèi)某一點(diǎn)的溫度與時(shí)間的關(guān)系是對(duì)數(shù)關(guān)系,并且隨熱洗時(shí)間的延長(zhǎng)井筒溫度上升的較緩慢。例如:南4-丁2-336井,如果熱洗時(shí)間達(dá)48小時(shí),310米深度的溫度可達(dá)65°C,410米深度的溫度可達(dá)63°C,510米深時(shí)間(小時(shí))溫度變化曲線溫度回歸曲線410米深度不同時(shí)間內(nèi)溫度的變化度的溫度可達(dá)59.8°C時(shí)間(小時(shí))05101520255055i60:65溫70y=2.3962Ln(x)+55.757一溫度變化曲

20、線溫度回歸曲線310米深度不同時(shí)間內(nèi)溫度的變化5、為了更好地評(píng)價(jià)熱洗清蠟的效果,我們?cè)谠囼?yàn)室條件下,作了溶蠟試驗(yàn)。將現(xiàn)場(chǎng)取的蠟樣,放在水中加熱,溫度點(diǎn)分別取450c500c550C、60七,力口熱時(shí)間為4小時(shí),觀察蠟樣的變化情況,蠟樣在500C600C時(shí)變軟,蠟樣溶解的溫度是600C,表明:在洗井4小時(shí)之內(nèi),300米以下深度,原來析出蠟仍然以晶體形式存在,只是在300米以上才開始溶化,這一結(jié)果可以用來解釋油井在300500米處結(jié)蠟嚴(yán)重的原因。6、通過上述分析,對(duì)熱洗過程中溫度場(chǎng)的變化有了新的認(rèn)識(shí),分析熱洗的作用主要是在熱洗過程中,由于排量的增加,洗井液對(duì)軟蠟及蠟的結(jié)晶體具有沖刷作用,對(duì)于蠟塊較小,與管壁粘結(jié)面積也較小,蠟可以變軟與管壁脫離,被洗井液沖走;而對(duì)于大塊、較厚的硬蠟,在洗井過程中,由于洗井時(shí)間、溫度、排量的關(guān)系,不能使硬蠟完全變軟或溶化,也不能使蠟與管壁完全脫離,因此出現(xiàn)了前面提到的熱洗后儀器仍下不去的現(xiàn)象。五、對(duì)抽油機(jī)井熱洗的建議及認(rèn)識(shí)通過理論計(jì)算及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè),對(duì)抽油機(jī)井熱洗過場(chǎng)中溫度場(chǎng)的變化有了重新認(rèn)識(shí),抽油機(jī)井的熱洗不能完全達(dá)到化蠟、排蠟、鞏固的目的,我們認(rèn)為目前抽油機(jī)井的熱洗只能在一定程度上

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