不同载荷作用下外包覆保温油管隔热性能试验研究

保温油管在稠油蒸汽注采、高含蜡油田防蜡、气井天然气水合物解堵中具有广泛的应用。利用油/套管柱非均匀加载试验装置和热循环温度监测系统,对全尺寸外包覆保温油管(简称保温油管)进行拉伸、弯曲、外压试验后的隔热性能对比试验,研究了不同服役载荷对保温油管隔热性能影响的主控因素。结果表明:保温油管下深2000 m内,拉伸、弯曲载荷下,外包覆保温油管内管和外管无相对滑动或脱落;随着外压载荷的增大,保温油管的变形程度增大;在水介质中未加载情况下,从100℃初始温度开始,20 min时,保温油管与P110油管温差达到最大值55.4℃,此时油管的温度降幅为保温油管的4.7倍;在空气中不同载荷作用下,初始温度为100℃,20min时,保温油管保温效果均稍有降低,最大温差为3.5℃,载荷对保温油管隔热性能影响大小的排序为:外压>弯曲>拉伸。

复合内衬油管隔热技术在常温集输工艺中的应用

通过对复合内衬隔热油管隔热技术的应用，降低了井筒举升过程中的热能损失，有效提高了油井井口采出液的温度。一方面，直接降低了抽油机电机负荷；另一方面，通过油井简短串接、高温井带低温井等措施，使试验区块中井口产出液温度较低的油井全部实现了常温输送。不但使站外集输工艺得到简化，还有效降低加热炉的燃油能耗和污染排放，并减少了三管伴热管线的热水漏失和热水泵的电量消耗。油管隔热技术的应用还有效延长了油井的洗井周期，降低了洗井时的压产损失，获得了可观的经济效益。

高真空隔热油管隔热机理及隔热结构的研究

通过分析视导热系数对井筒热损失的影响,以及对导热、对流、辐射三种传热机理的深入分析,找出了减少导热、降低自然对流、抑制辐射的有效途径,并研制出真空隔热结构,对指导高真空隔热油管的生产有着重要的意义。

影响隔热油管隔热性能的因素

隔热油管是注蒸汽稠油热采的重要井筒隔热工具。本文作者在研究影响隔热油管隔热性能的因素时总结出如下结论:层间抽真空应适可而止,过低的真空度会事半功倍;在隔热油管的制造过程中,宜使隔热油层和铝箔之间以及各层之间接触松散,以减少辐射换热;水蒸汽、CO2和碳氢化合物是"污染"夹层真空度的主要因素,可应用除气工艺消除隔热夹层中的残气,以延长高真空隔热油管的使用寿命。

产水气井油管隔热保温技术研究与应用

产水气井在高压、低温条件下容易生成水合物而堵塞井筒和采气管线,通常采用注甲醇来实现解防堵的目的,但注甲醇解防堵工艺存在甲醇有毒、含醇污水处理工艺复杂和运行成本高等诸多弊端。为此,创新采用井下隔热保温组合油管代替单一普通油管用作生产管柱来提高井口流体温度、避免井筒堵塞。研究表明:(1)研制的井下隔热保温油管,减少了地层能量沿井筒热损失,可有效提高井口流体温度,实现了防治水合物生成的目的,同时井下隔热保温油管与常规油管配合使用,可在一定程度上降低采气成本;(2)对隔热保温油管的敏感性分析表明,井下隔热保温油管下入深度越大、导热系数越小,井筒保温效果越好,且井下隔热油管下入深度对井筒温度的影响要远大于其导热系数。现场应用表明:东胜气田Y井采用井下隔热保温油管后,井筒流体升温明显,井口流体温度提高了近30℃,有效防治水合物生成,能够满足气田环保开发需求,为产水气井提供了一种环保型水合物防治新方法。

真空度对真空隔热油管隔热性能的影响

在测试隔热油管视导热系数的实验模型基础上,建立了隔热层传热的数学模型;以常用的不同型号隔热油管为例,分析了真空度对隔热油管隔热性能的影响,得到以下结论:当隔热层内部压力在(0～20)Pa之间或者大于40Pa时,其视导热系数随着压力的增大而增大;当压力在(20～40)Pa之间时,其视导热系数随压力的增大存在波动性的减小,隔热层中气体压力在(30～40)Pa间,隔热油管视导热系数较小。

油管隔热层基础结构对视导热系数影响

隔热层基础结构的密实度、真空度及残余气体、缠绕层数、铝箔纸的反射率等是影响隔热油管热阻值的关键因素。分析这些因素与视导热系数的关系曲线,提出改进隔热层基础结构的措施,提高了隔热油管的隔热性能。

内连接隔热油管隔热性能分析及应用

以内连接隔热油管为研究对象,建立一维传热和径向传热的数学公式推导,计算出现场注蒸汽过程中使用的E级隔热油管和接箍的综合视导热系数;通过Wellflo软件建立蒸汽吞吐模型,输入综合视导热系数0.173 W/(m·℃),计算出井筒的温度压力分布,结合现场注汽中的实际测试数据,将软件计算数据与实测数据进行拟合度,拟合度高达0.994 6。论证了试验得出的注汽中隔热油管和接箍的综合视导热系数0.173 W/(m·℃)符合现场实际,为日后的渤海油田规模化提供了现场工艺数据支撑。

基于不同接箍形式的隔热油管传热特性模拟分析

热力采油方法是稠油开采的主要方式之一,在注蒸汽热采过程中,隔热油管可以有效减少井筒径向传热损失;常规隔热油管使用一段时间后,热损失明显增加,如何改进隔热油管结构,降低注汽过程热损失,需要进一步研究。基于常规隔热油管,提出了2种改进隔热油管结构:接箍处含隔热衬套油管和直连式隔热油管;在对3种隔热油管物理结构分析基础上,建立了热损分析模型,根据所建模型,利用COMSOL软件进行了模拟计算分析,给出了3种隔热油管结构的温度分布和热损失变化特性,并进行了对比分析。结果表明:接箍处含隔热衬套油管热损失最小,直连式隔热油管热损失适中,建议对普通隔热油管接箍采取保温措施。本研究为注蒸汽热采过程减少热损失、提高稠油采收效果提供一定支撑。

井筒隔热油管技术在渤海高含蜡B油田的应用

渤海B油田为高含蜡油田,在开发阶段,由于没有考虑相应的井筒防蜡措施,当井筒温度低于析蜡点时,原油中的蜡开始析出,并吸附在生产管柱内壁上,随着析出蜡越来越多,油管逐渐堵塞,致使油井不能正常生产。综合考虑原油析蜡点温度、生产管柱及环境温度的影响,设计确定下入隔热油管后的井口温度为40~42℃,在此基础上,运用相关软件计算下入隔热油管深度为1100 m。下入隔热油管后井口温度为43℃,解决了油井井筒结蜡问题,保证了高含蜡油井全年的正常生产。

保温隔热油管井筒温度分布计算耦合模型

“保温隔热油管+设置了导电铜质母带的保温隔热油管”在老油田二次开发“重构注采关系、重构地面工艺流程”中取得了很好的应用效果。准确计算下入深度的组合方式,既可以满足油田开发的需要,又可以节约采购成本。为此,建立了井筒内井轴温度场控制方程,构建了井筒温度分布模型,阐明了油井井筒内半径与套管外半径之间的综合传热系数,保证了温度分布模型求解的稳定性和收敛性。对50余口油井进行的井筒温度分析和保温隔热油管组合下深设计实践表明,井口温度平均提高18.4℃,井口回压平均降低0.47 MPa,既满足了井筒原油举升、又满足了地面单管集油进站的条件。建立的模型也可为自喷井、注氮气井等保温隔热油管工艺参数设计提供理论依据。

隔热油管技术应用于海上稠油常规生产井数值模拟分析

提出了将隔热油管应用于海上稠油常规生产井实现保温降粘开采的观点,并通过数值模拟方法对各种工况下隔热油管的性能进行了分析,得到了隔热油管使用效果与产液量、含水率、气油比及下入深度的关系,为隔热油管技术在海上稠油油田开发中的应用奠定了基础。

真空隔热油管接箍传热实验与模拟研究

真空隔热油管井筒的传热计算是稠油开采领域的重要研究课题。注蒸汽采油井筒内,隔热油管是靠接箍连接在一起的,接箍虽然很短,但其隔热性能较差。目前,隔热油管接箍段引起的散热损失均按经验比例计算,本文对隔热油管接箍的传热进行了深入研究,提出用接箍视导热系数来衡量接箍的隔热性能。并通过现场实验、fluent模拟和理论计算相结合的方法,得到带衬套的接箍视导热系数为0.4 W/(m·K)左右。在实验条件下,接箍散热损失占总散热损失的比例大于1/3。因此,应采用必要措施提高接箍的隔热性能,以保证整个隔热油管的隔热效果。

真空隔热油管传热性能研究

真空隔热油管是稠油注蒸汽开采的主要设施之一,其隔热性能直接影响热采效果,因此,分析隔热油管隔热层内部的传热过程,研究隔热层各种结构参数对隔热油管隔热性能的影响,对改善隔热油管隔热性能有重要的指导作用。本文在测试隔热油管视导热系数的实验模型基础上,建立了隔热层传热的物理及数学模型,计算得到不同结构参数下隔热油管的视导热系数;研究了玻璃丝布孔隙比、隔热层层数、支撑材料导热系数以及铝箔发射率对隔热油管隔热性能的影响,研究表明：隔热层层数宜选为4~6层之间;选用的铝箔发射率应在0.01~0.05之间;在缠绕玻璃丝布工艺中,尽量不要让玻璃丝布对角线方向受力,以确保较大的孔隙比;在隔热油管加工过程中,应尽量使玻璃丝布和铝箔保持干燥。

井筒注汽过程隔热油管传热性能实验分析

稠油热采过程中,热流体由隔热油管组成的管柱注入油层。隔热油管是减少热流体在注入过程中散热损失并保护套管的关键部件,目前国内外学者对隔热油管热损失的研究,多集中在理论分析和数值计算研究方面。隔热油管由内管、隔热层和外管组成,其绝热效果取决于隔热层的视热导率。通过设计和研制的隔热油管地面模拟实验装置,测定了隔热油管的表面温度与热流分布;根据实测数据分别计算了较新隔热油管与较旧隔热油管的视热导率。实验分析发现,接箍与隔热油管外壁之间存在热桥,受影响的隔热油管长度约为0.5m;接箍处的热通量高于正常隔热油管的3倍以上;较旧隔热油管视热流、表面温度和视热导率明显高于较新隔热油管,隔热性能下降。根据目前隔热油管的生产工艺和结构特点等提出了改进隔热性能的几点建议。

隔热油管接箍对井筒热损失的影响与修正

隔热油管接箍处没有隔热层,在此处形成热点,增大了热损失。为了提高注汽效果,应用中需要对接箍采取隔热措施,因此,在简化的基础上建立了隔热油管接箍处导热的数学模型,采用内点法对接箍区域进行了网格划分,通过有限体积法对数学模型进行离散化,并根据点迭代解法进行求解,得出了各节点的温度和研究区域的热损失。计算表明,接箍热损失在整个注汽管热损失中占有较大的比例(约为30%)。

隔热油管导热性能测定实验平台建设及应用

注汽热采过程中隔热油管的保温性能直接影响井底蒸汽品质及热采开发效果,且不同结构的隔热油管导热性能差别很大。该文搭建了隔热油管导热性能测定实验平台,可对不同保温结构的工程用隔热油管视导热系数进行测试及分析评价,实现了理论、实验、实践教学的有机统一。学生通过独立设计保温结构及测试方案,能够加深对传热学理论应用于工程实践的认知,锻炼实践动手能力和科研创新能力。

无衬套真空隔热油管接箍视导热系数模拟计算

井筒内隔热油管是靠接箍连接在一起的,接箍与隔热油管连接时,分为有衬套和无衬套两种型式。有衬套的接箍其视导热系数约为0.4 W/(m.K),但对于无衬套接箍的视导热系数并没有开展相关的研究。本文通过fluent模拟和理论计算相结合的方法,得到无衬套的接箍视导热系数为3.6 W/(m.K)左右。有衬套与无衬套接箍相比,加衬套有利于提高接箍的隔热性能。

注蒸汽井筒隔热油管接箍散热损失

蒸汽沿井筒流动过程中,蒸汽参数(压力、温度及干度等)、径向散热损失和轴向压力,沿流动过程变化。运用传热学、热力学及流体力学等学科知识,建立了井筒数值模拟综合计算模型,并进行了模拟计算。所建模型,对接箍散热量的计算没有采用估算的方式,而是采用接箍视导热系数的方法。计算结果表明,各级别的隔热油管,井筒传热中接箍散热损失所占比例差别较大,从A级到E级,散热损失所占比例12.8%～74.7%,因此接箍散热损失按30%估算是不合理的。

N80隔热油管接箍表面腐蚀原因分析

借助金相显微镜和电子探针波谱仪对N80隔热油管接箍外表面局部腐蚀穿孔进行失效检测分析 ,隔热油管接箍表面发生CO2 或O、S、Cl- 等综合作用下的加速腐蚀与环境介质、隔热油管接箍中间部位结构和环境高温形成空泡腐蚀等因素有关。