吸汽剖面精细化解释方法研究

何金宝

中国石油辽河油田分公司钻采工艺研究院 （辽宁 盘锦 124010）

吸汽剖面精细化解释方法研究

何金宝

中国石油辽河油田分公司钻采工艺研究院 （辽宁 盘锦 124010）

通过吸汽剖面测试可以得到井下蒸汽干度分布和油层的吸汽情况，为注汽效果分析和注汽参数调整提供依据。由于数据分析的数学模型假设情况与实际注汽管线和井下管柱结构相差较大，导致理论模型计算的沿程干度值偏高，计算结果直接影响下一步调整措施，因此采用注汽系统热损失和井下蒸汽干度取样测试结果对模型进行校正，给出了校正后的计算方法。通过实例计算可以看出，实际的蒸汽干度沿程分布低于校正前的理论计算值，计算结果更加贴近实际。

吸汽剖面；注汽管线；干度取样；热损失

稠油热采井下动态监测技术能够提供热采过程中注汽井、观察井和生产井的动态参数，定性、定量地了解各油层的吸汽状况、监测注汽质量、判断注汽效果，为及时了解稠油油藏的开发动态、进行热采方案调整及改善注蒸汽开发效果提供科学依据[1]。因此，稠油热采井下动态监测技术在稠油注汽生产中发挥着至关重要的作用。为了分析注汽效果，特别是油层的吸汽效果，通常进行吸汽剖面测试，利用高温多参数测试仪[2]获取井筒不同井深的温度、压力、流量等数据[3]，再通过对测试数据的分析解释，尤其是各段油层吸汽量计算来判断油层的吸汽效果。该方法以锅炉出口的温度、压力和干度为计算起点，计算地面管线的热损失得到井口蒸汽干度，以高温吸汽剖面测试的温度、压力数据为基础，进而计算得到井底的蒸汽干度值，整个计算过程涉及地面注汽管线和井筒传热计算，并给出相应的热损失情况。针对地面注汽管线热损失[4]和井筒传热[5-6]的理论众多学者进行了大量研究[7-8]，但目前计算地面管线热损失的方法仅利用锅炉出口参数和井口的温度压力数据，中间计算所用到的管线外表面温度等数据采用试算迭代算法而得到，并假定整个注汽管线均为理想的管线加保温层结构，而蒸汽输送热损失包括注汽管线热损失、阀门热损失、支墩热损失。据统计支墩热损失占输汽过程中热损失的13.6%；阀门散热损失占输汽过程中热损失的2.3%；注汽管线热损失占84.1%[9]。保温层受注汽、环境及人为影响会出现脱落、空隙或失效,导致传热系数与理论值相差很远[10],最终导致井口干度计算误差。井筒内的干度分布是基于井下实测的温度、压力值计算得到，由于井下条件复杂，计算结果受管柱结构和油层状况影响很大。为了使地面注汽管线和井筒计算结果更加准确，并验证井下干度的计算结果，引入注汽系统热损失测试数据[11]和蒸汽干度取样的结果[12-13]，将注汽管线外表面测试温度和井下取样干度作为模型计算的一部分，进而校正吸汽剖面计算的结果。

1 地面注汽管线计算方法改进

在计算过程中，整个地面管线具有相同的结构、导热参数和环境温度等，因此计算过程需要给定计算步长。在计算热损失和干度时，需要假定管线的外表面温度，然后通过计算得到外表面温度。当2次计算的结果满足误差时，认为假定的外表面温度即为实际温度、计算得到的热损失和干度即为实际参数，整个计算过程忽略了注汽管线接头、阀门、变径等造成的局部阻力损失，管线门廊中的垂直段的流动状态也被忽略。由于实际注汽管线保温层受多种因素的影响会导致导热系数出现较大变化，阀门、接头和支架部位也经常缺失保温层，导致实际管线表面温度要远高于理论计算值，因此引入注汽系统热损失测试到的管线外表面温度数据。以实测的外表面温度为基准计算保温层辐射换热系数，得到真实的强迫对流换热热阻，同时计算出每段管线的热损失，最终计算出整个管线的干度分布。在计算过程中，每段管线和保温层的参数如管段长度、倾角、保温层导热系数、实际保温层厚度、实测外表面温度、实测环境温度均由注汽系统热损失测试结果给定，采用公式（1）计算管外壁至大气的辐射换热系数（hfc″）。

式中：ε为管壁外黑度；Ta为空气平均温度 （实测），℃；Tw为绝热层外壁温度（实测），℃。

式中：λa为空气的导热系数，kcal/（h·m·℃）；Re为雷诺数，Re=νaDs/υa；νa为风速（实测），m/s；υa为空气的运动黏度，m2/s；Ds为绝热层外径（实测），m；C，n根据Re按照表1选取。

由公式（2）管线对流换热系数hfc′

表1 不同雷诺数下的C、n值

式中：hfc=hfc′+hfc″，kcal/（m2·h·℃）；rins为管线的外半径，m。

由此得到该管段实际的热损失为：管线外表面热阻（R5）：

在计算过程中采用公式（5）～（8）计算管段之间的局部阻力损失。

式中：Δpw为液体单向流的局部压强损失，Pa；X为马蒂内利参数；ρl为液相平均密度，kg/m3；ρg为汽相平均密度，kg/m3；μl为液相平均黏度，mPa·s；μg为汽相平均黏度，mPa·s。

式中：ζ为局部阻力系数；g为重力加速度，m/s2；vm为液体的平均流速，m/s。

2 井筒热损失计算方法改进

井筒内干度的沿程分布计算是以井口为节点，利用井口的温度、压力、干度、注汽量计算得到井筒内的蒸汽干度分布；吸汽剖面测试到的参数为温度、压力、流量，井筒内的干度分布是根据温度压力实测数据计算得到，计算结果只能通过调整相关系数进行校正，但校正过程受主观因素影响较大；而干度取样的结果恰恰弥补了这一点，井下取样可以取得井下多点的蒸汽样品，化验得到对应的干度，用此干度值校正4参数计算的干度，较好的避免了计算过程的人为干预。在取样深度处用取样干度值对计算结果进行校正，通过多个点的校正使计算得到的井筒干度分布更加符合实际情况。

3 实例计算

某注汽井在注汽阶段先后进行了注汽系统热损失测试、高温吸汽剖面测试和井下任意点干度取样测试，测试时的注汽参数见表2，井下取样结果见表3。

表3 井下取样干度

分别采用改进前的计算模型和改进后的模型对地面管线及井筒内的蒸汽干度分布进行计算，改进前的模型计算得到的管线外表面温度与实测的温度对比结果如图1所示。从图1可以看出，地面管线受保温层状况的影响，外表面温度并不均匀，最高温度达到303.8℃，平均温度148.56℃。改进前计算模型计算得到的管线外壁温度基本不变，平均温度为54.8℃。由于热损失是影响干度的主要因素，这样的差异势必对干度计算结果产生较大的影响，干度计算结果如图2所示。从图2可以看出，由实测管线外壁温度计算得到的管线沿程干度低于改进前的干度值，在管线外表面温度较高的管段，干度降低梯度增大，终点干度值较低，在保温效果较好的区域，干度降低幅度小，符合干度随热损失变化的规律。

图1 地面管线外表面温度实测与计算对比曲线

图2 地面管线干度分布计算结果对比

分别将地面管线计算得到的井口干度值输入到改进前的模型和用干度取样校正的模型中计算井筒内蒸汽干度分布，计算结果见表4。从表4可以看出，改进前的模型计算得到的井底干度普遍偏高，最终计算得到喇叭口出口1 371.9m处的干度为58.2%，利用干度取样的结果对模型校正后，计算的到喇叭口出口处的干度为44.9%。

表4 井筒干度计算与取样结果对照表

4 结论

1）受注汽管线保温层状况的影响，地面管线各段热损失量比理论值大，且直观的反应在管线外表面的温度上，受其影响，管线内注入蒸汽的干度明显低于模型改进前管线内计算得到的干度，最终导致井口干度计算的误差，这将直接影响井下蒸汽干度的分布。

2）干度取样测试取样点数有限，因此仅能通过有限的几点取样干度值对理论模型进行校正，校正后模型计算出的干度值低于校正前的理论计算值。

3）注入蒸汽在注入地层过程中，受实际的地面管线和井下管柱结构的影响与理论模型假设情况相去甚远，因此造成理论模型计算偏差，由此计算得到井下的注汽参数误差较大，不利于注汽效果分析并指导下一步注汽调整。

4）采用注汽系统热损失测试和井下蒸汽干度取样测试的结果对地面管线、井筒蒸汽干度计算的数学模型进行校正后，模型计算结果更加接近实际情况，有效的提高了注汽效果分析的准确性。

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The steam dryness distribution and the steam absorption condition in reservoir can be obtained by testing the steam absorption profile,which provides the basis for the analysis of steam injection effect and the adjustment of steam injection parameters.There is a great difference between the hypotheses for data analysis mathematical model and the actual structure situation of steam injection pipeline and downhole string,which results in the steam dryness calculated by theoretical model is higher than actual steam dryness and therefore directly affects the next adjustment measures.The theoretical model for the calculation of steam dryness is corrected by the test results of the steam injection system heat loss and the sampling of downhole steam dryness,and the corrected calculation method is given.The case calculation results show that the corrected steam dryness distribution is lower than the calculated steam dryness distribution by the theoretical model,and it is more close to reality.

steam injection profile;steam injection pipeline;dryness sampling;heat loss

国家科技重大专项“渤海湾盆地辽河坳陷中深层稠油开发技术示范工程”(编号：2011ZX05053)。

何金宝（1983-），男，主要从事油气田开发方面的工作。

尉立岗

2017-05-27