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深水油气井温度压力计算刘通;李颖川;钟海全【摘要】井筒温度分布是深水油气井开发和生产动态分析的必需参数.由于深水油气井裸露在海水中的井段较长,其传热规律不同于地层段,海水温度又随其深度呈非线性分布并随季节呈周期性变化,使得其温度计算较陆上和浅海油田更复杂.根据传热学基本理论和海水、地层段井筒传热特点,建立了深水油气井井筒温压耦合数学模型,采用龙格库塔法求解.该模型考虑了变化的环境温度梯度、井身结构、管斜角、不同环空传热介质等.实例计算结果表明,所建立的模型与实例数据吻合较好,可满足开发工程需要.【期刊名称】《新疆石油地质》【年(卷),期】2010(031)002【总页数】3页(P181-183)【关键词】深水油气井;深海环境;温度分布;压力分布;总传热系数【作者】刘通;李颖川;钟海全【作者单位】西南石油大学研究生部,成都,610500;西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室,成都,610500;西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室,成都,610500【正文语种】中文【中图分类】TE331.1深水油气井井筒在海水段的传热规律不同于地层段，且海温随其深度呈混合层、温跃层、深部近恒温层分布[1]，并随季节呈周期性变化。
因此，需要针对以上深海特点，建立新的传热模型来预测井筒的温度、压力。
1 传热模型的建立假设深水油气井（井身结构见图1）：①多相流体在井筒中作一维稳定流动；②在海水中的井筒和周围环境的热传递是径向的，不考虑沿井深方向的传热；③井筒周围环境温度呈对称分布；④流体在地层中作等温渗流。
将整个井筒分成若干小段d z，井底z0=0，每小段内认为流体物性参数、热物理参数、管斜角、压力梯度和温度梯度均不变。
由能量守恒和热力学基本定律知[2]：图1 海上油气井井身结构示意1.1 地层段井筒传热模型地层段套管先接触水泥环再接触地层。
井筒至水泥环的传热视为稳定传热，水泥环至地层的传热视为非稳定传热，因此地层段的热流梯度表示如（2）式。
第四节 油井井筒传热模型及温度计算 正确计算油井井筒温度是进行油井动态分析，特别是油井结蜡预测和井筒热力分析的基础性工作之一。
本节根据能量守恒原理导出井筒传热基本方程，重点介绍Shiu & Beggs 井筒温度计算方法。
一、油井井筒传热模型将流体在井筒油管内流动考虑为稳定的一维问题，建立如图1-21所示的坐标系。
对管流dz 微元段，建立下式能量守恒方程（SI 单位制）。
sin =--dh dq vdvg dz dz dzθ (1-107)式中 h ——流体比焓；q ——流体径向热流量。
由热力学基本方程可导出流体比焓梯度。
=-f p p J dT dh dpc c dz dz dzα(1-108)式中c p ——流体的定压比热；T f ——油管内流体流动温度；αJ ——焦耳－汤姆孙系数； 以上其它符号的意义同前。
考虑油套管同心，其井筒径向结构如图1-26所示。
若忽略油管内壁水膜及金属的热阻，根据复合多层圆筒壁热阻串联原理，考虑环空流体和水泥环热阻的井筒总传热系数为图1-26 井筒径向温度分布()1ln 1to wb co to r ccem r r r U h h K -⎡⎤=+⎢⎥+⎣⎦（1-109）T e式中 r wb 、r to 、r co ——井眼半径、油、套管外半径（图1-26）；K cem ——水泥环导热系数；h r 、h c ——环空流体辐射系数、对流换热系数。
在单位井段上，产出流体从油管至井壁的热流量梯度为()2=--to to f h mr U dqT T dz W π(1-110)式中 T h ——井壁温度（图1-26）；W m ——产出流体质量流量。
应用Ramey 推荐的无因次时间函数f(t D )，上式可表示为()()2=--e h e m D K dqT T dz W f t π (1-111)式中 K e 、T e ——地层传热系数、地层初始温度；用Hasan-Kabir(1991)公式(1-112)计算f(t D )。
第四节 油井井筒传热模型及温度计算 正确计算油井井筒温度是进行油井动态分析，特别是油井结蜡预测和井筒热力分析的基础性工作之一。
本节根据能量守恒原理导出井筒传热基本方程，重点介绍Shiu & Beggs 井筒温度计算方法。
一、油井井筒传热模型将流体在井筒油管内流动考虑为稳定的一维问题，建立如图1-21所示的坐标系。
对管流dz 微元段，建立下式能量守恒方程（SI 单位制）。
sin =--dh dq vdvg dz dz dzθ (1-107)式中 h ——流体比焓；q ——流体径向热流量。
由热力学基本方程可导出流体比焓梯度。
=-f p p J dT dh dpc c dz dz dzα(1-108)式中c p ——流体的定压比热；T f ——油管内流体流动温度；αJ ——焦耳－汤姆孙系数； 以上其它符号的意义同前。
考虑油套管同心，其井筒径向结构如图1-26所示。
若忽略油管内壁水膜及金属的热阻，根据复合多层圆筒壁热阻串联原理，考虑环空流体和水泥环热阻的井筒总传热系数为图1-26 井筒径向温度分布()1ln 1to wb co to r ccem r r r U h h K -⎡⎤=+⎢⎥+⎣⎦（1-109）T e式中 r wb 、r to 、r co ——井眼半径、油、套管外半径（图1-26）；K cem ——水泥环导热系数；h r 、h c ——环空流体辐射系数、对流换热系数。
在单位井段上，产出流体从油管至井壁的热流量梯度为()2=--to to f h mr U dqT T dz W π(1-110)式中 T h ——井壁温度（图1-26）；W m ——产出流体质量流量。
应用Ramey 推荐的无因次时间函数f(t D )，上式可表示为()()2=--e h e m D K dqT T dz W f t π (1-111)式中 K e 、T e ——地层传热系数、地层初始温度；用Hasan-Kabir(1991)公式(1-112)计算f(t D )。
气井地层温度和压力的计算方法X薛 军,陈 广,谷 建(中国石化中原油田普光分公司,四川达州 636156) 摘 要:在气田开发过程中,为掌握气层流体的性能及规律,需要得到准确的气层的温度和压力数值,在同一地区,气层温度与气层的埋藏深度有关,埋藏愈深,温度愈高。
地层压力越高,地层能量也越大,在气藏含气面积、储集空间一定的情况下,地层压力越高,储量越大。
这里分别介绍了一种气层温度和压力的计算方法。
关键词:气层温度;气层压力 中图分类号:T E 37 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2012)09—0044—01 气层的温度和压力是气井开采、开发及生产管理中重要的参数,也是制定合理的工作制度的主要依据。
在气田开发过程中,为掌握气层流体的性能及规律,就需要得到准确的气层的温度和压力数值,这里就介绍一种气层温度和压力的计算方法。
1 气层的温度气层温度是气井非常重要的一个物理量,是气层中部流体的温度。
在同一地区,气层温度与气层的埋藏深度有关,埋藏愈深,温度愈高。
气层温度的计算公式为:t l =t 0+L-L 0M ≈t 0+LM T L =t 0+L-L 0M +273.15≈t 0+LM+273.15式中:L ——从地面到气层中部气井深度,m;L 0——从地面到地层恒温层的深度,m ;M ——地温级率(地温增温率)m/℃;t L 、T ——从地面到井内L 处的温度,℃和绝对温度(热力学温度)K ;t 0——恒温层的温度,(该井井口常年平均温度)℃。
恒温层的深度L 0:距离地面某一深度开始,不受大气温度的影响,这一深度称为恒温层的深度。
一般L 0仅为几米,当井深L 远远大于L 0时,L 0可忽略不计。
地温级率M :地层温度每增加1℃要向下加深的距离(m)即:M=L-L 0t -t 0≈L t -t 0式中符号同前。
由于地球热力场的不均,因而地温级率M 在不同的地区是不相同的,对于某一地区而言,M 是-个常数。
井筒压力分布计算的实用方法石油工程与环境工程学院
1.根据井深信息，将井筒分成多个等高段，并确定每个等高段的深度范围。
2.根据井筒里管柱和井壁的物性参数（例如渗透率、孔隙度、粘度等）、流体参数（例如流体密度、粘度等）和生产参数（例如注入流量、产能等），计算每个等高段的径向渗透率和产能指数。
3.根据压力初始化条件，例如表层压力或者已知深度处的压力值，计算各个等高段的初值。
4.从井底开始，利用数值计算方法（例如有限差分法、有限元法等）逐个等高段计算各个深度处的压力。
5.根据井筒内的流体流动方程，设置边界条件，例如井底为产气井或注水井，确定产气或注水量。
6.通过迭代求解，直到各个深度处的压力趋于稳定。
上述是计算井筒压力分布的一般步骤，但实际计算中还需要考虑一些特殊情况，例如考虑井筒内的多相流体、非稳态流动以及储层非均质性等因素。
在实际应用中，通常使用计算机软件进行井筒压力分布的计算。
常用的软件包括PROSPER、ECLIPSE等。
这些软件可以根据输入的井筒和流体参数进行自动计算，并输出各个深度处的压力分布情况。
总结起来，井筒压力分布计算是石油工程中的重要计算工作，通过使用稳态径向流模型和计算机软件，可以得到井筒内不同深度处的压力分布情况，为石油开采及井筒设计提供依据。
注井井筒温度分布简化模型研究应用科技赵志成(长江大学石油工程学院，湖北荆州434023；油气钻采工程湖北省重点实验室，湖北荆州434023)!’’【}i 薯要】基于能量守恒原理，导出了描述稠油热采井井筒温度分布的数学模型，根据此模型可得到井筒温度分布的解析解。
显示井筒温度分布服从指数函数变化规律。
计算结果表明井筒温度分布曲线的形状取决于热流体注入量，反映了井筒内流动和传热特征。
应用本模型可得到不同粕气注入童条件下的井筒温度分布曲线，计算方法简便快捷，方便工程应用。
法篷词】注粕气井；井筒温度分布；数学模型对于热采井而言，特别是注蒸汽过程中，井筒往往需要承受几百度的高温。
井筒温度分布是热采井建井和开采工程的重要参数，不但是采油工程设计和动态分析必不可少的内容，同时也是固井工程中套管附加载荷计算的重要依据，因此研究井筒内的温度分布十分必要。
井筒温度分布可以通过直接测量或者计算两种方法得到，实践证明，对于目前一些深井、高温井，难以通过温度探测器来进行直接测量，可采用数学分析方法对井筒温度分布进行预测。
文献以传热学和两相流理论为基础，考虑到液相对热物性参数的影响，建立了高气液比气井井筒温度分布的计算模型，可以在没有井口资料的情况下计算出气井并筒内的温度分布，同时分析了气产量、液产量、不同液体以及管径等对井口温度的影响：H as an 和K a bi r 提出了气举井温度分布的半解析解。
上述文献中温度预测模型往往存在可用性问题，由于高度非线性的方程组及其复杂的数值求解方式，限制了其应用。
为了方便工程应用，本文基于能量守恒原理，通过合理的假设和必要的简化，导出了描述注蒸汽井井筒温度分布的常微分方程，模型综合考虑了井身结构、油管拄结陶、不同环空传热介质及地层温度沿井深的变化，可用解析方法求得温度分布，能够直观地反映了注蒸汽井内流体流动规律和传热特征，可为热采井固井工程设计和生产动态分析提供可靠的理论依据和科学的计算方法。
常规井井筒温度场井筒内温度分布会影响钻井液性能、钻具应力、井壁稳定等，是钻井过程中需要考虑到重要因素。
常规井井筒中的微元能量平衡方程式为K i[T-(t o-m·l)]dl+(G f+G g)·g·dl-q·dl=-WdT式中,,K i为从油管中的流体至地层间单位管长的传热系数，W/（m·℃），当k为每平方米油管表面积的传热系数时，K i=kπd，W/（m·℃）；T为油管中油气混合物的温度,℃，t o为井底原始地层温度,℃，m为地温梯度,℃/m，通常m=0.03~0.035℃/m；l为从井底至井中某一深度的垂直距离；q为通过油管的石油析蜡时放出的熔解热,分摊于全井筒,作为内热源,对于含蜡很高的原油,内热源作用不应忽略,W/m，G f、G g分别为产出石油和伴生气通过油管的质量流率,kg/s；(G f+G g)g·dl为油气混合物的举升功,实际上可忽略不计；W=G f G f+G g G g为水当量，W/℃；G f、G g相应为石油和伴生气的比热,J/(kg·℃)。
1.2开式热流体正循环井筒温度场循环的热流体从油管进人井筒流向油井深处与产出原油混合,经油套环形空间返回地面。
开式热流体正循环的能量平衡方程组如下K11，k13分别为油管内外流体间、环形空间流体与地层间的传热系数,W/（m·℃）；W2为循环流体的水当量,W/℃；W为从油管引出流体的水当量,W/℃；T为循环热流体的温度,℃,θ为从油管产出的油气混合物其中包含了循环热流体的温度,℃。
1.3电加热井筒温度场的计算空心杆恒功率电加热的能量平衡方程组为Ki，kl1和kl3分别为产液与地层间、产液与油管管壁间和套管管壁与地层间的传热系数,W/（m·℃）。
2.传热模型求解2.1油管中流体至水泥环外壁的传热由传热系数和热阻定义，井筒内到水泥环外壁的总传热系数为3.计算实例4 现状目前油井的温度监测大部分依然采用红外测温仪、红外热成像仪等单点式温度传感测量仪，具体方法是在暂停油井生产的条件下将温度测量仪下入到油套环空的某一特定深度位置用来检测其温度。
第四节 油井井筒传热模型及温度计算 正确计算油井井筒温度是进行油井动态分析，特别是油井结蜡预测和井筒热力分析的基础性工作之一。
本节根据能量守恒原理导出井筒传热基本方程，重点介绍Shiu & Beggs 井筒温度计算方法。
一、油井井筒传热模型将流体在井筒油管内流动考虑为稳定的一维问题，建立如图1-21所示的坐标系。
对管流dz 微元段，建立下式能量守恒方程（SI 单位制）。
sin =--dh dq vdvg dz dz dzθ (1-107)式中 h ——流体比焓；q ——流体径向热流量。
由热力学基本方程可导出流体比焓梯度。
=-f p p J dT dh dp c c dz dz dzα(1-108)式中c p ——流体的定压比热；T f ——油管内流体流动温度；αJ ——焦耳－汤姆孙系数； 以上其它符号的意义同前。
考虑油套管同心，其井筒径向结构如图1-26所示。
若忽略油管内壁水膜及金属的热阻，根据复合多层圆筒壁热阻串联原理，考虑环空流体和水泥环热阻的井筒总传热系数为图1-26 井筒径向温度分布()1ln 1to wb co to r ccem r r r U h h K -⎡⎤=+⎢⎥+⎣⎦（1-109）T e式中 r wb 、r to 、r co ——井眼半径、油、套管外半径（图1-26）；K cem ——水泥环导热系数；h r 、h c ——环空流体辐射系数、对流换热系数。
在单位井段上，产出流体从油管至井壁的热流量梯度为()2=--to to f h mr U dqT T dz W π(1-110)式中 T h ——井壁温度（图1-26）；W m ——产出流体质量流量。
应用Ramey 推荐的无因次时间函数f(t D )，上式可表示为()()2=--e h e m D K dqT T dz W f t π (1-111)式中 K e 、T e ——地层传热系数、地层初始温度；用Hasan-Kabir(1991)公式(1-112)计算f(t D )。
