注采工况井筒温度压力耦合及井下节流研究

发布时间：2020-08-07 04:12

【摘要】：高温高压井储层温度较高,生产中流体携带高温能量与井筒和地层发生热量交换,引起井身环空附压,影响井筒的安全性;注入CO_2过程中注入参数影响井筒温度和环空压力,稳定后井筒温度与压力分布不同;节流器可以有效的防止天然气水合物的生成,提高气井生产效率。因此,本文主要研究高温高压气井注采工况以及井下节流过程的温度压力的分布,为设计井身结构提供数据参考,主要研究内容如下:考虑流体物性参数与井筒温度、压力之间的关系和温度压力耦合效应,建立高温高压气井井筒温度预测模型,得到井筒温度分布图,考察产量、生产时间和地温梯度对井筒温度的影响;根据典型的井身结构,建立井筒温度压力耦合计算模型,得到多环空压力分布图,考察产量、生产时间和地温梯度对环空压力的影响;通过分析CO_2流体物性参数随温度压力的变化规律,建立注CO_2井筒温度预测模型,编制MATLAB程序,定量考察了不同注入参数对井筒温度、压力的影响;基于节流工艺机理,建立温降和压降数学模型,仿真分析了节流井的温度与压力变化规律。研究表明:生产时间对井筒温度压力的影响主要集中在初期,生产时间超过40天后温度和压力增加量不到5%;产量在0~50′10~4 m~3/天时井筒温度和压力增加量较大,之后继续增加产量,温度和压力增加量小于3%;地温梯度对温度压力的影响呈线性关系。注入CO_2的压力、时间、温度、速度会对井筒温度和压力产生影响。井下节流过程中,节流器内的温度和压力迅速降低;节流后温度压力有着明显的下降。
【学位授予单位】：西安石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TE377
【图文】：

示意图,井筒,微元,示意图

体流体在油管内的流动状态为稳态流动。2.1.2 基本方程如图2-1所示，以井底为原点建立坐标系，沿z 轴取井身长度为 h ，高度为 z的井筒微元体。其中井筒与水平面的夹角为，oC。图 2-1 井筒微元示意图（1）.能量守恒当气体流体流过所取井筒微元段时，所取微元段井筒的两端所在的水平面，即l z 平面与l 平面。对于质量为m的流体，在两水平面所包含的能量类别：势能、内能、动能以及气体流体在一定的压力温度的压缩或膨胀所储存的能量。由能量守恒对l z 平面与l平

示意图,井筒,径向,水泥环

热量由气体流体经过油管—环空—套管—水泥环最终到达地层，将油管至地层的热量传递过程分为两部分，即油管内流体至井筒水泥环的传热为第Ⅰ部分，水泥环至地层的传热为第Ⅱ部分，如图2-2所示。热量传递房方向图 2-2 井筒径向传热示意图

示意图,高温高压气井,结构示意图,环空

温高压井井深普遍在5000米以上，有的甚至达到了8000多米；随着气井深度的增加地层的复杂程度难以想象，为了保证气井能够长期有效的安全生产，井身结构多采用多层套管与水泥环相互嵌套的结构。如图2-3为某地典型的高温高压气井井身结构示意图，环空1为油层套管与油管形成的空间；环空2由油层套管与技术套管形成的空间；环空3是由技术套管与表层套管形成的空间；各个环空中充满着液体，本文统一将环空中的液体称作环空液。图 2-3 典型的高温高压气井结构示意图由上文的假设在井筒内部传热为稳态传热，故可知油管内热流体到井筒水泥环的传热过程为稳态传热，水泥环至地层之间的传热过程为非稳态传热。由传热基本公式，根据式（2-6）与（2-8）可得： D yo to l e esoe yo to Df t r U T TTr U f t （2-24）由图2-3可知井筒套管与水泥环相互嵌套，此处以单层套管与单层水泥环处所取微元段为计算模型，以井深n点，半径为nr处为计算模型

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