基于采灌均衡模拟的砂岩热储合理采灌井距计算方法

为实现地热能可持续开发利用的目标,需要明确不同采灌条件下合理的采灌井间距。为此,以鲁北馆陶组热储为研究对象,建立了层状热储开发的概念模型及数学模型,采用COMSOL Multiphysics多场耦合模拟软件建立了地热对井采灌井距计算器。通过参数拟合及模拟结果对比,验证了模型的准确性;进而以软件APP编译功能为基础,以普通用户使用为导向,简化相关参数输入,建立了地热采灌井距计算APP。为适应实际生产需求,计算了不同采灌量条件下对应的合理采灌井距。计算结果表明:鲁北地区馆陶组热储采灌量分别为40,60,80,100 m^(3)/h时,不发生热突破的合理采灌井距分别为290,330,360,390 m。研究表明:(1)在鲁北层状传导型砂岩热储地区,对概念模型进行简化处理后,数值模拟计算结果可靠,可以在该地区建立合理采灌井距计算APP;(2)水热数值模拟是合理采灌井距计算的有力手段,能够确定开采量、回灌量、回灌温度、采灌井距等地热开发利用工程的关键参数,有利于实现地热资源可持续开发利用。

岩土分层对中深层U型对接井换热性能的影响

中深层U型对接式换热井出水温度高、取热能力大、井内流动阻力小,是理想的中深层地热能换热形式。基于热阻串联理论,建立了中深层U型对接式换热井地下换热的分层解析计算模型,并采用实测结果进行了验证。在建立解析模型的基础上,选取关中盆地作为研究区域,分析了地下3000 m以浅深度范围内的岩土导热系数和体积比热分层变化对中深层U型对接式换热井整个采暖期内出水温度和取热量的影响。结果表明:岩土导热系数分层对地下换热特性有较大影响,根据平均导热系数计算会高估井口出水温度和取热量,偏差值介于6%~15%;岩土体积比热分层对地下换热特性影响较小。在中深层U型对接式换热井的设计和传热性能分析中,应考虑地下分层的影响,建议分层数量不低于8层。

热物性参数对水泥浆循环温度的影响规律

在固井施工过程中,为确保水泥浆的安全泵入,需要确定合适的水泥浆稠化时间,水泥浆的循环温度是决定稠化时间的重要因素之一。现有API规范中关于循环温度的计算不能满足不同地区、不同井筒条件的需求。因此,建立了一种非稳态流动传热模型,通过热物性参数测试,确定了钻井液、套管、岩石和水泥浆的导热系数和比热容,实现了对固井注替过程中水泥浆温度场的模拟。模拟结果表明,提高水泥浆与隔离液等流体的导热系数会降低水泥浆的循环温度;降低套管与岩石的导热系数,水泥浆循环温变化范围在1℃以内。通过采集浙江油田与塔里木油田的固井温度数据发现,实测数据与模拟数据的差距在5℃以内,数据吻合度较高,模型较为准确。通过固井注替过程中水泥浆循环温度影响规律的研究,可为固井水泥浆体系性能设计提供理论支撑,保障固井高效安全施工。

海上热采井完井封隔器卡瓦结构优化

为满足热采工艺要求,渤海油田稠油开发井普遍采用高钢级生产套管,现场作业中常出现完井封隔器坐封之后因悬挂力不足而定位失败的问题。为此,结合封隔器分瓣式楔形卡瓦结构特点,以卡瓦牙齿面与套管内壁全接触为设计依据,优化设计新型封隔器卡瓦,通过受力分析推导得出封隔器卡瓦咬入套管深度的理论计算模型,结合卡瓦咬入套管深度和卡瓦牙结构,得出新型封隔器卡瓦剪切强度的计算模型。通过理论计算和有限元法对设计卡瓦进行了优化分析,对比分析了卡瓦外径、坐封力和套管钢级对卡瓦悬挂极限载荷的影响。计算分析表明,卡瓦外径是影响卡瓦悬挂力的主要因素,非同心全接触楔形卡瓦可以大幅提升卡瓦悬挂能力。室内测试表明,在坐封力350 kN情况下,新型封隔器卡瓦能够有效锚定TP125H钢级套管,满足现场工况要求,有望解决现场技术难题。

热力耦合下封隔器锚固失效及影响因素分析

在深井、超深井中,高温、高压的恶劣环境对封隔器的工作性能提出了更高要求。为此,基于能量守恒定律,考虑井筒-地层径向的温度传递过程,建立了井筒温度分布的理论计算模型;基于卡瓦有限元计算模型,明确了封隔器卡-套接触压力分布特征。分析结果表明:不同卡瓦牙齿与套管的接触压力存在明显的不均匀性;卡瓦倾角与卡瓦锥角是完井封隔器卡瓦结构设计的关键几何参数,卡瓦倾角对卡-套接触压力峰值影响变化幅值仅为1.65%,不同卡瓦倾角下卡瓦1~4号齿的卡-套接触压力变化幅值却高达22%,不同卡瓦锥角下卡-套接触压力峰值变化幅值高达27%,但卡瓦1~4号齿上的卡-套接触压力变化仅有8.5%。所得结论可为完井封隔器锚固系统设计提供理论参考。

依据ISO 12835标准的热采井特殊螺纹的有限元建模分析

提出了一种Φ177.80 mm×8.05 mm K55热采井特殊螺纹设计,依照ISO/PAS 12835标准对该特殊螺纹进行材料性能评估以及材料模型和结构模型下的有限元分析。其中分析材料性能得到的不同温度下的应力-应变曲线特征点可作为数据输入到有限元软件中。采用有限元方法评估了接头在最佳上扣及温度循环条件下,不同结构公差的最差工况,材料性能变化对密封能力的影响,以及最后一次上扣扭矩要求。最后分析了特殊螺纹在温度载荷循环作用下结构的完整性。极限加载应力分析显示在整个温度加载循环条件下特殊螺纹未出现滑脱、颈缩、屈曲等现象。

基于时域积分的热式流量检测模型与FPGA实现

国内现有的油井大多数为低渗透油井,具有高含水、低产液特征,对其进行流量测量一直是亟待解决的技术难题。针对该问题,根据流体力学与传热学原理,并充分考虑热惯性因素影响,建立了全域热量传递理论模型。利用Simulink对理论模型进行流量仿真验证。最后,研制了一种以FPGA为主控芯片的井下热式流量计,并开展了流量相关试验。数值模拟和试验数据表明:理论推导与试验数据呈极好的一致性,仪器在低流量条件下,检测精度达到1 m^(3)/d,且测量误差在-2%~+2%范围内波动。

中深层U型地热井取热性能数值模拟研究

为了解中深层U型地热井的取热性能,本文以河北工程大学新校区建立的2500m深U型地热井为研究对象,建立了中深层U型地热井传热的数学物理模型。模型考虑了当地岩土体地温梯度和岩性变化对传热性能的影响,模拟所得数据利用实际工程测量数据进行验证。仿真结果可以看出合理降低入口温度可以增加取热量,入口温度每降低1℃,地热井取热量增加约40kW。合理增加循环工质流速可以增加取热量,但取热量增量逐渐降低。本研究中,当采出井段保温长度保持定值时,采用导热系数为0.02W/(m·K)的保温材料地热井取热量和出口温度最大。同样,当选取保温材料一致时,地热井取热量和出口温度随保温长度的增加而增加。与实际工程相比,井底取热管长度为1000m时,地热井取热量和出口温度分别增长122.32kW和1.56℃;当钻井深度为5000m时,地热井出口温度增长6.35℃。仿真结果表明合理降低入口温度,提升流速,增加井底取热管长度,增加钻井深度,增加采出井段保温长度和采用低导热系数保温材料,可以有效提升深U型地热井取热量和出口温度。研究结果可为中深层U型地热井井下换热系统的优化提供参考。

基于水热耦合模拟的油气区地热开发井网布局

我国不少含油气沉积盆地同时也赋存着大量的地热资源,探讨地热田不同开发情景下热储温压场的变化,对于确定地热资源的合理开发策略至关重要。为此,以渤海湾盆地济阳坳陷东营凹陷东营城区地热田为例,综合各类地质、钻探和岩心资料,系统分析了该区储盖组合、地层热导率、温压场等地热地质特征,进而采用以Tough2为核心的Petrasim软件建立了地热田成因概念模型,研究了开采、回灌条件下热储的温压场响应,确定了采灌量等井网布局参数的限制条件,最后提出了地热资源开发优化策略。研究结果表明:①该区地热田最大开采量为63 m3/h,回灌量为32 m^3/h;②要实现100%回灌,需采取“一采两灌”的布井方式,最优采灌井距为400 m。结论认为:①合理的地热田概念模型是进行数值模拟的前提,油气田在长期的勘探过程中积累了丰富的地质、地温和岩心测试数据资料,为正确认识油气区的地热资源分布和热储特征提供了数据支撑;②水热耦合数值模拟是地热田管理的有效手段,能够确定开采量、回灌量、采灌比、采灌井距等布井关键参数,有利于优化地热开发模式,进而实现地热资源的可持续开发。

考虑热损失的稠油热采三区复合油藏试井模型

常规的稠油热采复合油藏试井模型分析结果与实测曲线拟合效果不佳。因此,根据注蒸汽开采地层温度的分布特点,建立了考虑热损失的三区复合油藏试井模型,推导出了其在Laplace空间的解析解,通过Stehfest数值反演获得了试井样板曲线,并讨论了主要油藏地质和工程参数对样板曲线的影响。分析表明,考虑热损失时,蒸汽区半径对典型曲线的影响很小,过渡区半径主要影响第三平台出现的时间,以及蒸汽区和过渡区半径的差值影响第二平台是否出现;蒸汽区与过渡区的导压系数比主要影响压力导数曲线第二平台之前是否出现波峰;蒸汽区与冷油区的导压系数比主要影响压力导数曲线第三平台之前是否出现波峰。基于热损失的稠油热采三区复合油藏试井分析明显改善了拟合程度,有助于稠油油藏的精细描述。

循环单井井管-井孔-含水层传热模型

为了研究循环单井复杂的传热特性,依据能量守恒建立了循环单井井管-井孔-含水层耦合传热模型.并将井管壁和井孔壁的换热包含于控制方程中,便于含水层、井孔、井管温度场的整场求解;在含水层传热中,考虑了热弥散的影响.然后,对循环单井现场试验进行了数值模拟,模拟过程显示出模型的输出对含水层渗透系数和热弥散度最为敏感,尤其是热弥散度,有无热弥散效应对模型的输出影响重大,应在模型中考虑热弥散效应.模拟结果表明,抽水温度的模拟值与实测值吻合良好,误差在10%以内,也表明建立的循环单井井管-井孔-含水层传热模型是正确的,能够用于实际.

稠油油藏水平井热采吸汽能力模型

目前在利用水平井进行稠油注蒸汽热采时,都认为蒸汽在注入过程中是均匀扩散到地层中的,简单的利用Max-Langenheim公式计算加热区面积。通过对地层的吸汽能力进行研究,得出了稠油油藏水平井热采的吸汽能力模型,该模型不仅考虑了热传递的影响,还考虑了蒸汽内能和摩擦损失能量的影响,并利用该模型开发了一套稠油油藏水平井热采分析软件(HHTS)。用所开发的软件对辽河油田冷42块油藏进行了计算,为稠油热采和水平井热采参数设计提供了理论参考依据。实际研究表明,蒸汽在注入过程中并不是均匀扩散到地层中,而是呈现某种数学分布,注汽速度与油藏参数、地层的吸汽能力和蒸汽的物性参数有关,即蒸汽的注入压力和注入流量并不是相互独立的变量,两者之间存在着一种数学关系。

钻井过程中井壁热应力数值模拟

井壁热应力对于井壁稳定性、水力压裂、水泥环胶结强度、热采套管的损害等都有影响。文中根据热弹性力学理论，将地层假设成均匀连续弹性介质，推导建立了井壁热应力的数学模型，并结合井内流体流动和静止过程中井壁温度场的变化，采用数值计算方法得出了井壁热应力的瞬态分布，包括井壁热应力随井深、径向距以及时间的变化。文中的理论模型和计算结果对于研究由于热应力引起的现场问题都具有指导意义。

无因次参数对稠油热采试井三区典型曲线影响研究

根据稠油注汽井近井地带温度分布特点，建立三区热采试井的数学模型。目的研究无因次参数对稠油热采试井三区典型曲线的影响。结果流度比λ１主要影响第二平台和第一平台的相对高度；流度比λ２主要影响第三平台和第二平台的相对高度；扩散比η１主要影响第二平台之前是否出现波峰；扩散比η２主要影响第三平台之前是否出现波峰；无因次内区半径Ａ１主要影响第一平台持续时间和第二平台出现的时间；无因次过渡区半径Ａ２主要影响第二平台持续时间和第三平台出现的时间；ＣＤｅ２ｓ主要影响井筒储集引起的波峰和第一平台持续时间。结论无因次参数对三区典型曲线有显著影响。

井筒－地层温度场的数学模型及应用

本文结合稠油热采方法，建立了井筒－地层动态温度场计算的简化数学模型，并给出了应用实例。

地下水源热泵不同布井模式下地下温度场变化模拟分析

针对地下水源热泵抽水井与回灌井布局模式对地下温度场的影响,通过建立地下水流与温度的耦合模型,从抽灌井布置间距及抽灌井数量角度模拟分析了不同布井模式下地下水温度的变化趋势和热贯通发生的基本特性。结果表明,同类井间距对热贯通影响不显著,抽灌井间距对抽水温度及热贯通时间影响较大;从热贯通发生时间来看,抽灌井数量越多热贯通发生的时间越延迟,但从温度偏离度角度分析,系统长期运行后抽灌井数量对抽水温度偏离度影响不显著。

井喷喷射火热辐射影响范围与模型对比分析研究

为了评价井喷事故时喷射火的风险,对比分析Flacs、Thornton模型和点源模型在不同泄漏速率、风速下喷射火热辐射强度计算结果,探讨在相同泄漏速率或相同风速下各模型之间的差异。根据塔里木某口油井的工况,分析在风速为7 m/s,泄漏速率分别为200,170,140,120,90 kg/s和在泄漏速率为140 kg/s时风速为12,7,3 m/s工况下热辐射强度随距离的变化,讨论热辐射强度的空间分布和安全距离的动态变化过程,分析在相同工况相同距离处3种模型的热辐射强度差异及原因。研究结果表明:一般情况下,点源模型、Flacs和Thornton模型在相同位置处所计算的热辐射强度依次增大。由于Thornton模型中未包含修正系数,故通过对比分析结果为Thornton模型添加修正系数以应用于实际。

海上稠油水平井多元热流体吞吐开采特征分析

多元热流体吞吐是一种新型的海上稠油热采技术。提出了多元热流体吞吐数学模型,对多元热流体吞吐进行了数值模拟研究,就产油曲线、温度、原油黏度及压力分布特征,与热水吞吐、蒸汽吞吐等开发方式进行了对比分析。模拟结果表明,在注入热量、温度、速度和焖井时间均相同的条件下,多元热流体吞吐相对于热水吞吐和蒸汽吞吐的热波及区域大,保温保压效果好,原油降黏分布区域大、降低程度高,且具有更长的生产周期和累计产油量。

火烧油层注气井试井分析理论模型

为了监测火烧油层注气井的生产动态,提高火烧油层驱油技术实施的成功率,在火烧油层技术驱油机理的基础上提出了火烧油层复合油藏模式,建立并求解了火烧油层注气井试井解释模型。利用该模型可以对火烧油层注气井试井压降曲线进行解释,并求解流度比、扩散比以及各区的波及半径等参数。研究表明,火烧油层注气井试井典型曲线呈现3个“驼峰”和2个“驼谷”的特征,其中,无因次组合参数CDe2S主要影响典型曲线的早期特征;已燃区半径主要影响第1个“驼谷”的位置和第2个“驼峰”的持续时间,烧焦区半径主要影响第2个“驼峰”的峰值,热流体区半径主要影响第3个“驼峰”的位置;改变流度比主要影响各区过渡段的压力特征,各区流度比增大,在压力导数曲线上,其所对应的“驼谷”加深或“驼峰”的峰值增大,相比之下,改变扩散比对特征曲线的影响程度较小。

热采井蒸汽吞吐过程形成的一界面微间隙计算

根据热采井套管柱的受力环境和注热模式,将研究的热采井套管柱力学模型划分为4个区段进行分析,即井口活动伸长段、低温区间隔伸长压缩活动段、封隔器活动段以及射孔段间隔伸长压缩活动段。针对不同的套管柱区段,建立了2种一界面微间隙宽度数学模型。为了综合评价微间隙,将2种模型叠加后几何平均,得到综合评价水泥环微间隙的数学模型,利用该数学模型可以方便地计算不同区段的一界面微间隙宽度。这为准确的CBL/VDL测井解释提供了理论依据。