水平井蒸汽吞吐过程传热与传质问题研究

论文摘要

水平井蒸汽吞吐技术是开采稠油油藏的重要途径。蒸汽吞吐的开采效果将直接取决于注入蒸汽的热能利用程度,使注入蒸汽有效加热油层是应用该技术的关键和难点。现场施工中涉及到稠油粘度大、注入压力高、蒸汽不能有效扩散的问题,尤其对于水平井,水平段较长,存在地层吸汽量沿井筒不均匀分布的情况,造成蒸汽波及效率低并且未波及到的油层面积大。因而对水平井蒸汽吞吐过程传热和传质问题进行研究,具有重要的理论和实际意义。论文研究了水平井蒸汽吞吐开采的机理,并通过数模技术,考虑了水平井的能量损失、摩擦压降的影响,应用了离散化井筒模型,建立了水平井蒸汽吞吐单井模型。根据数值模拟的结果,分析了原始地层条件、井身设计参数和注采参数等工程设计参数对水平井蒸汽吞吐开采效果的影响。建立了蒸汽注入过程中竖直段蒸汽参数分布的计算模型,在充分考虑井身结构特点基础上,进行了热力参数沿井筒流动过程的动态计算;得到湿饱和蒸汽流动至水平井跟端时的物性参数。根据水平井变质量流的思想,利用质量守恒、动量守恒和能量守恒定律,建立了蒸汽沿水平段的蒸汽热量传递和质量传递的计算模型,结合地层吸汽能力模型,推导了计算湿饱和蒸汽的压力、温度、干度和地层吸汽量沿水平段变化规律计算公式,用数值方法进行求解,编制了计算程序;应用胜利油田现场应用井例数据,对模型和计算程序进行了验证,利用编制的程序,分析了注汽参数变化时,蒸汽沿水平段热量传递和质量传递的不同变化规律。针对水平井蒸汽吞吐注蒸汽过程中存在的问题,研究分段开采、使用注蒸汽配注器和伴蒸汽添加活性剂等配套工艺对改善开发效果的作用,并用数模技术,建立热/化学复合热采模型,计算分析了活性剂用量、注入时机等对于累积产油量、日产油和降低注汽压力的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 研究的目的及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 热力模型的发展
• 1.2.2 现阶段存在的问题
• 1.2.3 发展趋势
• 1.3 本文的主要内容及技术路线
• 第二章 水平井蒸汽吞吐开采的机理
• 2.1 热力采油的分类
• 2.1.1 热力驱油
• 2.1.2 热力增产
• 2.2 水平井蒸汽吞吐开采的机理
• 2.2.1 基本概念
• 2.2.2 蒸汽吞吐增产机理
• 第三章 影响水平井蒸汽吞吐效果的工程参数分析
• 3.1 水平井蒸汽吞吐开采地质条件的影响
• 3.2 水平井井身设计参数的影响
• 3.2.1 蒸汽吞吐水平井水平段长度优化
• 3.2.2 水平井段在油层中位置的优化
• 第四章 水平井垂直段井筒热损及蒸汽参数计算
• 4.1 注蒸汽井筒流动规律
• 4.1.1 井筒传热计算
• 4.1.2 井筒压力场的计算
• 4.1.3 注蒸汽流动的数学模型
• 4.1.4 水平井弯曲段参数计算
• 4.1.5 计算步骤及程序框图
• 4.2 参数敏感性分析
• 4.2.1 油井基本数据及参数
• 4.2.2 井筒内热损失及干度变化
• 4.2.3 井底处各参数随时间变化规律
• 第五章 水平井段传热和传质计算模型
• 5.1 基本假设
• 5.2 蒸汽沿井筒流动的质量守恒方程
• 5.3 蒸汽沿井筒流动的动量守恒方程
• 5.3.1 微元段流动分析
• 5.3.2 模型的建立
• 5.3.3 流动阻力系数的计算
• 5.4 蒸汽沿井筒流动的能量守恒方程的建立
• 5.5 地层吸汽能力模型
• 5.5.1 水平微元段吸气量的计算
• 5.5.2 水平井表皮系数的计算
• 5.6 井筒与油层之间的热交换量的计算
• 5.7 蒸汽沿井筒流动的摩擦损失计算模型
• 5.8 饱和蒸汽及水的热物理参数计算方法
• 5.9 计算实例
• 5.9.1 基础数据
• 5.9.2 计算结果及其分析
• 5.9.3 注汽参数对蒸汽分布的影响
• 5.10 注汽参数的敏感性分析
• 5.10.1 地质模型的建立
• 5.10.2 数值模拟网格的划分
• 5.10.3 周期注汽量分析
• 5.10.4 注汽速度分析
• 5.10.5 注汽干度分析
• 5.10.6 焖井时间分析
• 第六章 改善注汽效果的配套工艺
• 6.1 水平段分段开采技术
• 6.2 水平段配以蒸汽配注器技术
• 6.3 注入活性剂对开采效果的影响
• 6.3.1 石油磺酸盐的增油机理
• 6.3.2 油藏数值模拟条件
• 6.3.3 数值模拟网格的划分
• 6.3.4 注入量对吞吐开采效果的影响
• 6.3.5 注入时机对吞吐开采效果的影响
• 6.3.6 磺酸盐对吞吐注采压力的影响
• 结论
• 参考文献
• 致谢