热采井筒瞬态温度场的数值模拟分析
油井裂缝热场数值模拟及其温度场分析
油井裂缝热场数值模拟及其温度场分析一、简介随着石油行业的发展，油井开采的难度和风险也越来越大。
其中，油井裂缝热场是当前研究的热点之一。
通过数值模拟的方法，可以深入地分析热场的分布规律和变化趋势。
本文将介绍油井裂缝热场数值模拟的方法，并对其温度场进行分析。
二、数值模拟方法在进行油井裂缝热场的数值模拟之前，需要进行模型的建立。
在建立模型时，需要考虑裂缝的几何形状、渗透性、裂缝壁面的温度和压力等因素。
基于这些因素，采用有限元方法建立油井裂缝模型。
在模型中，需要考虑裂缝热传导、热对流和热辐射等三种热传输方式。
通过盖塔诺方程、密度、比热和导热系数等物理参数，进一步求解温度场的分布情况。
三、温度场分析油井裂缝热场分析的重要目的是对温度场进行分析。
其中，核心问题在于温度场的分析和表征。
首先，温度场的变化与时间密切相关。
在油井开采的过程中，温度场的变化会随着时间推移而产生不同的趋势。
因此，在进行温度场的分析时，需要考虑时间因素对温度场的影响。
其次，温度场的分布具有随机性。
在模型的建立中，裂缝的几何形状和渗透性等因素均具有一定的随机性。
这也就导致了裂缝热场的分布是呈现随机分布的趋势。
因此，在进行温度场分析时，需要考虑随机性因素的影响。
最后，温度场的变化对于油井的开采具有重要的指导意义。
油井开采时，温度场的变化将会直接影响到油井的开采效率和生产成本。
因此，对温度场的变化趋势进行分析，并且根据分析结果对油井进行调整，可以有效提高油井开采的效率。
四、结论油井裂缝热场数值模拟及其温度场分析是当前热点问题之一。
通过数值模拟的方法，可以分析热场的分布规律和变化趋势。
在进行温度场的分析时，需要考虑时间因素、随机因素以及开采效率等多种因素。
最终可以根据分析结果对油井进行调整，提高油井的开采效率和生产成本。
化学驱油三维井筒流体温度-压力瞬态仿真分析
摘要：当前，三次采油化学驱油技术促进了石油产量和生产效率的提高，成为国内外专家学者关注的重点。然而，化学驱油井内流体物
性参数复杂多变，井筒内温度、压力随井身和时间变化导致其粘度随之变化，严重影响了抽油机井动态仿真精度。为此，本文以井筒非
牛顿流体为研究对象，基于时间和空间二个维度，建立化学驱油井筒流体温度一压力瞬态仿真模型，分析流体物性参数变化规律。本项
第12期
周丽丽，等：化学驱油三维井筒流体温度一压力瞬态仿真分析
・103・
$生产与应用舟
化学驱油三维井筒流体温度一压力瞬态仿真分析
周丽丽1!$，邢明明％
（1山东德衡人力资源股份有限公司临沂分公司，山东临沂276000$.临沂大学化学化工学院, 山东临沂276000$.临沂大学机械与车辆工程学院，山东临沂276000）
n
X
4 X
图2 轻质白油流程简图
5 结论
油产品具有纯度高、种类多、运动粘度高、品质好等优点，且与
(1) 以费托精制蜡油为原料经加氢异构和裂化反应生产的 常一线油品，分子量250〜450,碳数主要集中在C9〜C17,其占 总产物的97.73% ;馏程基本介于160〜320 C内，可作为生产
发烟硫酸精制法、三氧化硫精制法对比，此工艺具有成本低、产 品收率高的优点°
13井筒内流体温度数学模型
根据井筒内流体流动状态，建立井筒微元体热力学模型如 下：
m羽心泠+普+烽+%⑶
3 结论
本文以井筒非牛顿流体为研究对象，进行了化学驱油井筒 (下转第107页)
第12期
代铁军，等：费托合成油品提质生产轻质白油产品工业应用
・107・
4 工业应用
选用中科合成油科技有限公司 裂化常一线提质生产轻质 白油专利技术，利用减压精馏方法对裂化常一线柴油进行切 割，以热能为媒介使液体多次部分汽化和冷凝,使气相富集易 挥发组分，液相富集难挥发组分，最终通过精馏塔获得符合标 准的轻质白油系列产品°其工艺流程为：加氢裂化单元常一线 柴油组分油与精馏塔底油换热后进入精馏塔，精馏塔底以中压 过热蒸汽为热源，塔顶采用水环真空泵建立系统负压，以保证
钻井循环过程中井内瞬态温度预测模型
图 2 传热微分单元
3. 模型推导
推导过程中,各个符号含义首次出现时会详细
说明,在后续推导过程中再次出现时,其含义同前,
不再单独说明。 从地层远处传至井壁热流量为:
qF
=
2πKf ρm QTD
(
Tei
-
Tw ) dz
(3)
式中:ρm—钻井液密度,kg / m3 ;Kf—地层导热率, J /
( m · s ·℃ ) ; Q—钻 井 液 排 量, m3 / s; Tei—自 然 地
有重要意义。 在钻井过程中,环空钻井液与地层不断进行热
交换,钻柱内钻井液又与环空钻井液不断进行热交 换。 笔者结合钻柱内流体、环空内流体和地层三者 之间的热量交换,取循环流体作为研究对象,建立循 环期间井内瞬态温度分布预测模型,并通过编程进 行实例井计算。
一、井内温度物理模型
将钻井液在井内的整个循环过程视为具有一定 边界条件的热交换器,建立井内循环温度的物理模 型,如图 1 所示,钻井液循环分为三个阶段:①钻井 液从地面以温度 Ti,排量 Q 进入钻柱,在钻柱内下 行,一方面从环空钻井液中吸收热量,另一方面由于 钻井液流动摩擦生热,使自身温度逐渐升高。 当钻 柱内的钻井液到达某一位置 z 时,温度变为 Tp。 ② 钻井液在井底通过钻头喷嘴由钻柱进入环空,由于 钻井液流经喷嘴时将部分水力能转换成热能,使温 度升高 Tb。 ③钻井液在环空内上行,将一部分热量 传给钻柱内的钻井液,同时由于钻井液流动摩擦生 热,环空内钻井液又与近井壁地层进行热交换,使环
型。 该温度模型对各种介质 ( 钻井液、 地层、 钢材
等) 的热物理性质比较敏感,因此,计算井内温度
时,应尽可能准确地掌握这些相关数据。
三、算例分析
2016-气井试井过程井筒压力温度瞬态模拟
比矩阵J、剩余向量R和自变量变化向量V分别为
1 0 0 0 t / z t / z 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 t / z t / z 0 0 0 1 1 0 0 0 t / z t / z 0 0 0 0 1 1 0 0 0 t / z t / z 0 a a 0 0 0 a N 1 N 2 a N 1 N 3 0 0 0 N 11 N 1 2 J 0 a N 2 2 a N 23 0 0 0 a N 2 N 3 a N 2 N 4 0 0 0 a 2 N 1 N 1 a 2 N 1 N 0 0 0 a 2 N 1 2 N a 2 N 1 2 N 1 0 0 0 0 0 a 2 N N a 2 N N 1 0 0 0 a 2 N 2 N 1 a 2 N 2 N 2 0 0 0 0 1 0 0 0 a 2 N 11 0 0 0 0 a 2 N 2 N 1 0 0 0 1
ρ= 1, j 1 , 2, j 1 , , N , j 1 , N 1, j 1
G= G1, j 1 , G2, j 1 , , GN , j 1 , GN 1, j 1
9
4 边界条件与初始条件
井底边界：开关井时流入井底的气量受到地层流入动态的控制， 这里采用Jones-Blount-Glaze方程形式
2 4650 CD d ch pN 1, j 1
TN 1Z N 1, j 1
ka 2 / ka 11/ ka 0 ka 1
能源装置温度场的数值模拟及优化设计
能源装置温度场的数值模拟及优化设计随着能源需求的增加和环境保护的呼声日益高涨，能源装置的设计变得越来越重要。
其中，温度场的数值模拟和优化设计是能源装置设计中的重要环节。
本篇文章将介绍能源装置温度场的数值模拟方法，并探讨其优化设计的相关技术。
一、能源装置温度场的数值模拟能源装置的温度场数值模拟是通过数值计算方法模拟和分析能源装置中的温度分布情况，从而评估和优化装置的性能。
常用的数值模拟方法包括有限元方法、有限差分法、计算流体力学等。
有限元方法是一种广泛应用的数值模拟方法，它将能源装置分为有限个小单元，建立节点网络，通过求解节点间的温度差分方程，得到整个装置内部的温度分布情况。
有限元方法的优点是适用于复杂的装置几何形状和边界条件，并且具有较高的计算精度。
有限差分法是一种将能源装置分割为有限个网格单元，通过离散化温度方程，逐步迭代求解出温度场的方法。
这种方法相对简单，计算速度较快，适用于大规模装置的数值模拟。
计算流体力学是一种通过建立数学方程组来描述流体运动和传热传质过程的方法。
它可以通过求解流体动力学方程和能量方程来模拟能源装置中的温度分布情况。
计算流体力学方法适用于流体流动场和温度场的耦合问题，可以提供更准确的温度分布结果。
二、能源装置温度场模拟的优化设计能源装置温度场的模拟结果可以为装置的优化设计提供指导。
以下是一些常用的优化设计方法：1. 材料优化：能源装置中选用适当的材料可以改善温度分布情况。
通过数值模拟可以评估不同材料对温度场的影响，从而选择最适合的材料。
2. 几何优化：能源装置的几何形状对温度场具有重要影响。
通过改变装置的几何形状，可以调整热传导路径，改善温度分布。
数值模拟可以帮助评估不同几何形状的装置，从而找到最优设计。
3. 边界条件优化：能源装置的边界条件也对温度场产生影响。
通过调整边界条件，如热源温度、冷却介质的流速等，可以改善装置的温度分布情况。
数值模拟可以帮助优化边界条件设置。
海上稠油热采井井筒温度场模型研究及应用
海上稠油热采井井筒温度场模型研究及应用李伟超;齐桃;管虹翔;于继飞;隋先富【摘要】With the development of oil economy, the exploitation of offshore heavy oil is getting more and more attention. Multiple thermal fluid huff and puff is an efficient and economic heavy oil production technology, which has been applied with success in Bohai Oilfield. In mis paper, based on the experimental wells of M Oilfield, the technology characteristics and the production effect are introduced; wellbore temperature distribution model and complex heat transfer coefficient calculation method are studied. In addition, the optimum design method for several important process parameters of the multiple thermal fluid huff and puff are presented such as insulated tubing heat conduction coefficient, insulated tubing setting depth and multiple thermal fluid compositions. Through the study, some useful conclusions of multiple thermal fluid huff and puff have been acquired, which could be used to guide the thermal recovery plan optimization design of offshore.%海上稠油油田的开发越来越受到人们的重视,多元热流体吞吐是一项集热采、烟道气驱等采油机理于一体的新型、高效稠油开采技术,该技术在渤海油田进行了现场试验并取得了成功.以渤海M油田多元热流体吞吐实验井为例,介绍了海上稠油油田多元热流体吞吐工艺的特点；研究了热流体吞吐井各传热环节及井筒温度场分布模型,建立了井筒综合传热系数的计算方法,并以海上实际热流体吞吐井为例进行了计算.在此基础上,模拟了隔热油管导热系数、下入深度、多元热流体组成等工艺参数对热采效果的影响,并得到了一些有益的结论,为海上稠油油田规模化热力采油工艺方案优化设计起到指导性作用.【期刊名称】《西南石油大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(034)003【总页数】6页(P105-110)【关键词】海上油田;稠油;多元热流体;吞吐;热采【作者】李伟超;齐桃;管虹翔;于继飞;隋先富【作者单位】中海油研究总院,北京东城100027;中海油研究总院,北京东城100027;中海油研究总院,北京东城100027;中海油研究总院,北京东城100027;中海油研究总院,北京东城100027【正文语种】中文【中图分类】TE355李伟超，齐桃，管虹翔，等．海上稠油热采井井筒温度场模型研究及应用[J]．西南石油大学学报：自然科学版，2012，34（3）：105-110．在海上油田稠油开采过程中，由于受到环境条件、作业空间、操作成本等因素的影响，陆地油田常规热采开发方式和工艺技术[1-3]的应用受到很大限制，其开采难度远远高于陆上稠油油田。
注入井井筒二维瞬态温度场的数值模拟
［ ］何 建华 ， 树 林 ．高 含水 期 微 观 剩 余 油 分 布 研 究 口］ ３ 张 ．石 油 天 然
气 学 报 （ 汉 石 油 学 院 学 报 ）２ ０ ，８ ４ ：４—４ ． 江 ，０ ６ ２ （） ３ ０３ ４ ［ ］贾 忠伟 ， 清 彦 ．水 驱油 微 观 物 理 模 拟 实 验 研 究 ［］ ４ 杨 Ｊ ．大 庆 石 油
地 质 与 开发 ， ０ ２ ２ （ ） ４ — ９ ２ ０ ， １ １ ： ６４ ．
余 油 以提高采 收率 。在 特 高含水 期 ，中高渗样 品 的 剩 余油少 部分分 布在 Ｔ 为 ７ １ ～１ ５ ０ｍｓ ． ９ ５ ． 的孔 隙 内 ，集 中分布在 Ｔ 为 ２ ． ～６ ． ６ ８ ４ ５ｍｓ的中孔 隙 内，
础 ，根 据 能 量 守恒 方 程 ，将 整 个 井 筒二 维剖 面 按 轴 向和 径 向 划 分 成 一 定 数 目的控 制 体 ，建 立 一 系
列控 制体 的瞬 态能量 平衡 方程 ，便 可得 到整 个井 筒在不 同注入 时 间的温度 分布 。根据 注入 井工 艺
特 点 ， 建 立 注入 过 程 中 井 筒 二 维 瞬 态 温 度 场 预 测 模 型 ， 给 出模 型 的 定 解 条 件 ， 并 采 用 有 限 差 分 法
ａ Ｔ ２ （ 一 Ｔ１ Ｉ 。 ｌ ｈｉ Ｔ ） Ｑｌ
（ ）模 型系 统 中的各热 物性参数 保持 恒定 ，不 ２
随温 度 、时间变 化 。
（ ）井 筒液体 不可压 缩 ，液体 密度 、热传 导率 ３
和 比热 等参 数与温 度无关 。 （ ）原 始地层 温度呈 线性 分布 。 ４
４ ２
《 气田地 面工程》第 ３ 卷第 １ ２ １．１ 试验研究＞ 油 ０ 期（０１０）（
水平井井筒温度场模型及ecd的计算与分析
水平井井筒温度场模型及ecd的计算与分析孔井井温度场是地球物理学中一个重要的研究问题，往往是用来描述地下温度场的随深度变化情况。
在石油勘探和勘探工程中，水平井井温度场可以提供地下温度场的精确分析，更好地帮助开发者了解地下热能资源有关信息。
本文将介绍水平井井温度场模型及ECD （Energy Conservation and Differential）的计算与分析。
I.平井井筒温度场模型水平井井筒温度场模型是根据地下的热传导机理建立的数学模型，主要用来描述地下温度场的随深度变化情况。
基本模型包括井井温度场相对于一定的深度的温度数据，可以用温度记录器实现，也可以用电阻表实现。
水平井井筒温度场模型具有以下两个特征：（1）惰性性：在模型中，井井温度场变化只受深度影响，受到低温地层的影响较小。
（2）稳定性：由于井井温度场构成一个热平衡系统，因此在热源不变的情况下，水平井井筒温度场模型具有相对稳定的特征。
II. 井井筒温度场ECD计算利用ECD（Energy Conservation and Differential）方法可以快速的计算出地下的温度场变化情况。
按照ECD方法，原始热量方程可以写作：$$frac{{partial T}}{{partial t}}=alphaleft( {frac{{partial^2 T}}{{partial x^2 }}+frac{{partial^2T}}{{partial y^2 }}} right)+q$$其中，$T$为地下温度，$alpha$为热介质的温度差系数，$x$和$y$分别为水平井井温度场的横纵坐标，$q$为热源。
通过求解上述的原始热量方程，就可以计算出地下温度场的随深度变化情况。
III. 井井筒温度场ECD分析ECD（Energy Conservation Differential）分析可以帮助我们更加深入的了解水平井井筒温度场的特征。
ECD分析的主要目的是求解深度温度随时间变化的温度曲线，以及温度差等特征指标。
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第 25 卷 第 2 期 高学仕等 :热采井筒瞬态温度场的数值模拟分析
·69 ·
的变化 。由表 2 可以看出 ,热流量随注汽的进行而 下降 ,也就是说 ,能量损耗随着注汽周期的延长而下 降 。因此 ,适当地延长注汽周期有利于节省能源 。 如果不能延长注汽时间 ,也可以通过适当地增大单 位时间的注汽量来降低单位质量注汽的能量损失 。
尽管增大注汽量会增大套管壁的对流换热系数 ,从 而导致热损失增加 ,但改变套管壁的对流换热系数 后 ,其计算结果表明换热系数对热损失的影响并不 明显 。
时间 t/ h 热流量 q/ ( W·m - 2)
10 3 424. 95
表 2 热流量随时间的变化规律
18. 35
35. 92
71. 98
2 810. 05
图 1 热采井温度场有限元模型
1. 1 计算原理
井筒模型属于轴对称模型 (对称轴为 y) , 由于
不含热源 ,其瞬态传热公式为
55
T t
=
k
ρcp
52 T 5 r2
+
1 r
5T 5r
+
52 T 5 y2
.
(1)
非稳态无内热源轴对称温度场的微分方程为
D[ T ( x , r , t) ] = k
参考文献 :
[ 1 ] 万仁傅 ,罗英俊主编. 采油技术手册 [ M ] . 第 1 版. 北 京 :石油工业出版社 ,1996.
[ 2 ] 徐芝纶. 弹性力学[ M ] . 北京 :人民教育出版社 ,1979. [ 3 ] 张国瑞. 有限单元法 [ M ] . 北京 : 机械工业出版社 ,
1991.
热采井筒瞬态温度场的数值模拟分析
高学仕1 , 张立新1 , 潘迪超2 , 郑金军2
(1. 石油大学机电工程系 ,山东东营 257061 ; 2. 胜利油田孤岛采油厂 , 山东东营 257000)
摘要 :利用有限元分析软件 ANSYS 分析了热采井筒的瞬态传热 。分析结果表明 ,随着注汽的进行 ,在模型任一 位置上的径向热流量均逐渐减小 ,能量损耗随着注汽周期的延长而下降 。因此 ,适当延长注汽周期有利于节省能 源 。如果不能延长注汽时间 ,则可以通过适当地增大单位时间的注汽量来降低能量损失 。
45
450
7 850
1. 2
860
1 830
2. 653
1 091
2 441
1. 968
1 186
2 259
求解步骤如下 : ① 确定模型类型 ; ② 在前处理 中选择单元类型 ( Plane55) ; ③输入材料物性 ; ④ 建 立轴对称模型并划分单元 ; ⑤加载并确定总时间长 度和时间步长 ; ⑥将计算结果输出到数据文件中 。
[ 3 ] 徐玉兵 , 崔孝秉. 注蒸汽井温度场分析计算设计原理 [J ] . 石油钻采工艺 ,1996 , 18 (4) : 53 - 61.
(责任编辑 吕 鹏)
(上接第 66 页) 计算中使用的水泥材料的统一热膨胀系数对于水泥 环外部来说偏大 ,计算得到的水泥环径向应力比实 际径向应力要大 。综合以上分析可以认为 ,增大水 泥热膨胀系数有利于保护套管和水泥环 。 2. 4 热采井井筒套管可以承受的安全温度载荷
Γ
kW
lr
5 5
T n
d
S
= 0.
(3)
利用温度场变分方程对模型进行剖分离散 、单元分
析及最终总体合成 ,即可完成模型温度场的求解 。模 型各节点温度和热流量的计算式分别为
{ L } { N } T T = [ B ]{ Te} ,
(4)
{ q} = - [ D ][ B ]{ T} .
(5)
1. 2 边界条件和初始条件
Apr. 2001
( Edition of Natural Science)
·Ⅶ·
EVAL UATION ON DISPLACEMENT EFFICIENCY OF SEVEN SCHEMES OF CO2 INJECTION IN HEAVY OIL RESERVOIR/ 2001 ,25( 2) :62～64 Some experiments on seven schemes of CO2 injection are conducted using heavy oil with 100 mPa·s viscosity to evaluate the effect for enhancing oil recovery with CO2 in heavy oil reservoir under reservoir condition. The schemes include CO2 huff2n2puff , CO2 huff2n2puff followed by CO2 and water drive , CO2 huff2n2puff followed by water drive , water alternat2 ing CO2 injection (WA G) , water drive , CO2 drive , displacement of CO2 slug by water. It is found that WA G and huff2 n2puff followed by water drive are the two best injection modes for heavy oil reservoir with viscocity of 100 mPa·s. It is concluded that CO2 huff2n2puff followed by water drive is a potential engineering scheme for improving oil recovery. Key words : heavy oil ; injecting pattern ; CO2 huff2n2puff ; CO2 drived ; displacement efficiency ; laboratory experiment About the first author : YA N G S heng2lai , male , obtained MS degree f rom the U niversity of Newcastle upon Tyne , U . K. in 1987 and Ph. D degree f rom China U niversity of Mining and Technology in 1996. Now he is an associate prof essor and works on oil and gas reservoi r engineering at the Depart ment of Pet roleum Engineering in the U niversity of Pet roleum , China ( Beijing : 102200) . GA O Xue2shi , ZHA N G L i2xin and HE Niu2zai/ NUMERICAL SIMULATION OF STRESS FIELD IN THE STEAM INJECTION WELLS/ 2001 ,25( 2) :65～66 The temperature field of the steam injection well is inputted into the stress field model of the steam injection well. The stress field is calculated by using software package ANSYS. The calculated temperature limit is lower than virtual temper2 ature limit when elastic modulus at normal temperature is used in calculation of temperature limit. Increase of the expan2 sion factor of cement is an aid to protect casing and cement ring. Key words : stress field ;temperature field ; finite element method ; numerical simulation ; ANSYS software About the first author : GA O Xue2shi , male , associate prof essor , received MS degree in 1990. Now he is working on pet roleum production engineering at the Depart ment of Mechanical and Elect rical Engineering in the U niversity of Pet roleum , China ( Dongying :257061) . GA O Xue2shi , ZHA N G L i2xin , PA N Di2chao and ZHEN G Jin2jun/ NUMERICAL SIMULATION OF TEMPERA2 TURE FIELD IN STEAM INJECTION WELL WITH ANSYS SOFTWARE/ 2001 ,25( 2) :67～69 The transient heat transfer in steam injection well is analyzed by the software package ANSYS. The analysis results show that radical heat discharge at any position of this model decreases in the process of steam injecting. Because the energy loss is lessened with steam injecting , it can save energy to prolong the cycle of steam injecting reasonably. If it is impossible to extend the time of steam injecting , the energy loss can be lessened by increasing the quantity of steam injected into well in per unit of time. Key word: steam injection well ; temperature field ; heating section ; transient heat transfer ; numerical simulation ; AN2 SYS software About the first author : GA O Xue2shi , male , associate prof essor , received MS degree in 1990. He is working on pet roleum production engineering at the Depart ment of Mechanical and Elect rical Engineering in the U niversity of Pet roleum , China ( Dongying :257061) . L IU Hui2you and FA N Hai2jun/ PREDICTION OF PRODUCTION PERFORMANCES OF OIL AND INJECTION WELLS WITH MULTIVARIATE TIME SERIES METHOD/ 2001 ,25( 2) :70～72 Multivariate time series method is used to analyze the performance of oil production and injection wells. A multi2factor model for predicting the water2cut in oil well is presented. According to this model , the water2cut in oil well can be pre2 dicted when the injection of water well is known. The connecting condition between oil well and injection well , and the