垂直井筒两相流温度场的模拟计算
井筒温度计算方法
井筒温度计算方法常规井井筒温度场井筒内温度分布会影响钻井液性能、钻具应力、井壁稳定等，是钻井过程中需要考虑到重要因素。
常规井井筒中的微元能量平衡方程式为K i[T-(t o-m·l)]dl+(G f+G g)·g·dl-q·dl=-WdT式中,,K i为从油管中的流体至地层间单位管长的传热系数，W/（m·℃），当k为每平方米油管表面积的传热系数时，K i=kπd，W/（m·℃）；T为油管中油气混合物的温度,℃，t o为井底原始地层温度,℃，m为地温梯度,℃/m，通常m=0.03~0.035℃/m；l为从井底至井中某一深度的垂直距离；q为通过油管的石油析蜡时放出的熔解热,分摊于全井筒,作为内热源,对于含蜡很高的原油,内热源作用不应忽略,W/m，G f、G g分别为产出石油和伴生气通过油管的质量流率,kg/s；(G f+G g)g·dl为油气混合物的举升功,实际上可忽略不计；W=G f G f+G g G g 为水当量，W/℃；G f、G g相应为石油和伴生气的比热,J/(kg·℃)。
1.2开式热流体正循环井筒温度场循环的热流体从油管进人井筒流向油井深处与产出原油混合,经油套环形空间返回地面。
开式热流体正循环的能量平衡方程组如下K11，k13分别为油管内外流体间、环形空间流体与地层间的传热系数,W/（m·℃）；W2为循环流体的水当量,W/℃；W为从油管引出流体的水当量,W/℃；T为循环热流体的温度,℃,θ为从油管产出的油气混合物其中包含了循环热流体的温度,℃。
1.3电加热井筒温度场的计算空心杆恒功率电加热的能量平衡方程组为Ki，kl1和kl3分别为产液与地层间、产液与油管管壁间和套管管壁与地层间的传热系数,W/（m·℃）。
2.传热模型求解2.1油管中流体至水泥环外壁的传热由传热系数和热阻定义，井筒内到水泥环外壁的总传热系数为3.计算实例4 现状目前油井的温度监测大部分依然采用红外测温仪、红外热成像仪等单点式温度传感测量仪，具体方法是在暂停油井生产的条件下将温度测量仪下入到油套环空的某一特定深度位置用来检测其温度。
井筒流体温度分布计算方法
井筒流体温度分布计算方法在多相管流压力计算中，需要油藏流体的高压物性数据，而流体的高压物性对压力和温度非常敏感，因而准确预测多相流体的温度是压力梯度计算的基础。
另外，油藏流体沿井筒向地面流动过程中，随着不断散热，其温度将不断降低，油温过低可能导致原油结蜡，因而多相流体温度的准确预测对怎样采取防蜡措施、是否增加井口加热设备等也是很重要的。
国内外对井筒流体温度分布进行了大量的工作。
早在1937年，Schlumberger 等人就提出了考虑井筒温度分布的意义。
五十年代初期，Nowak 和Bird 通过井筒温度分布曲线解释注水和注汽剖面。
Lasem 等人于1957年首先提出了计算井筒温度分布的方法。
Ramey.H.J 于1962年首先用理论模型描述了井筒中流体温度分布于井深和生产时间的关系。
Ramey.H.J 从能量守恒的观点出发，建立了计算井筒温度分布的能量守恒方程JdW dQ J g uduJ g gdZ dH l c c -=++(2-8)Ramey.H.J 利用该模型推导了向井中注入液体和气体时的温度分布公式。
当注入液体时：Azl e b aA t T b aA aZ t Z T --+++-=])([),(0(2-9)当注入气体时：A zl e c a A b t T c a A b aZ t Z T -⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛±+-++⎪⎭⎫ ⎝⎛±-+=7781)(7781),(0(2-10)式中： []Ukr t Uf r k W A c 112)(π+=Eickmeier 等人于1970年在Ramey.H.J 研究的基础上建立了一套关于注液和产液期间液体和井筒周围地层间热交换的有限差分模型。
计算过程中，将油管、套管、水泥环及地层的传热全都考虑在内。
但作者仍然只是研究单相流体的温度分布，传热计算中把流体的物性等都看作是常数。
后来，Satter 对注蒸汽是相态的变化对温度分布的影响进行了研究。
井筒气液两相流动数值模拟研究
数值模拟是利用计算机技术和数值计算方法，对物理模型进行数学描述和求解 的一种方法。在石油和天然气工程中，数值模拟通常采用离散化方法和有限元 素法等数值计算方法，对井筒气液两相流动进行数学描述和求解。离散化方法 是将连续的物理模型离散化为网格模型，然后利用有限元素法等数值计算方法 对网格模型进行求解。有限元素法是将连续的物理模型离散化为有限个元素， 并对每个元素进行数值计算，最终得到物理量的近似值。
气泡之间在上升过程中可能会相互靠近并且产生合并现象。这些结果表明气泡 上升规律的变化可能主要是由液体黏度和密度变化等因素导致的。因此油水密 度黏度比的差异会决定气泡合并前流型是呈柱状或弹状的特点；在相同流量条 件下随着油水比例的增加油水界面的波动幅度逐渐减小当油水比例达到一定程 度后界面的波动幅度已经很小；
4、结果及分析
通过对数值模拟结果进行分析，可以得出以下结论：
（1）管内气固两相流动呈现出明显的非均匀性，且流动状态受固体颗粒性质 和气体速度的影响较大。
（2）在较低气体速度下，固体颗粒容易在管道底部积聚，形成固相浓度较高 的区域。随着气体速度的增加，固相浓度分布趋于均匀。
（3）在一定条件下，管内流动可能出现稳定的层流状态，即气体和固体颗粒 分层流动。这种现象有利于减小能量损耗和维护设备正常运行。
四、计算结果及分析
通过计算得到了不同工况下的流动规律和液相分布情况。当油水比例达到50% 时，气泡流动不再存在液膜的气泡接触角变小并且向正流区变化的现象变得更 为显著；在初始上升高度不随油水比例的变化而变化的情况下，随着油水比例 的增加，气泡在垂直管上升过程中更容易被拉长；当油水比例达到50%时，气 泡在垂直管上升过程中更容易被拉长；当油水比例增加到一定值后，
关键词：气力输送，管内流动， 气固两相流，数值模拟
井筒气液两相流流动特性模拟试验研究
两相 流 动特性 的参 数一 般有 １ ２ 个 ：每一相 的体积 流 量 、系 统 压力 、加热 热 流 密 度 、每 一 相 的密 度
和粘 度 、相界 面 的表 面张力 、流 道 的几何 形状 、大 小和 方位 、流 动方 向、流体 人 口状态 和进 人 流道 的方 式等 。由于 流动条 件变 化 的多样 性和 研究 角度 的多 样性 ，对 流型 的 各种 定 义建 立 在 主 观 观 察 的结 果 上 ， 并且 还是 根 据流 动的形 态特 点来 划分 流 型 ，因此 不同 的研究 者对 流 型的定 义 和划分 差 异很 大 ，对 流型判 别 只能定 性判 断 ，还 没有公 认 的定量 判 断方 法［ １ ＿ ６ ＿ 。为 此 ，笔 者 在理 论 模 型研 究 的基 础 上 ，根 据 雷诺 相
似原 理 ，设计 进行 了井 筒两 相 流室 内模 拟试验 。
１ 试 验 装 置
试验 的实施 依 托 西 安 交通 大 学 动 力 工 程 多 相 流 实 验室 油 气 水 实 验 台 ，试 验 装 置 系 统 如 图 １所 示 。
整 个装 置 主要 是 由循 环 水 系统 、空 气供 给系 统 、试 验 管路 以及 计算 机采 集 系统 ４个部 分组 成 。
・ ８ ５ ・
试 验方法 如 下 ：常 压 条件下 的气 液两 相流 试验 基本 上都 是在 指定 的试 验条 件下 ，保 持气 流量 不变 逐 步增 加 水流 量或保 持水 流 量不变 逐 步增加 气 流量下 进行 的 。在进 行试 验 的过程 中 ，采用 ２种 方法 结合 使
用 。通 过计算 机 采集气 体 流量 、流速 、顶 底压 力等 试验 数据 。
流 型 和 两 相 流 流 动 特 性 ，绘 制 了垂 直 管 流 型 图 。 应 用 流 型 图 对 各 类 气 井 井 筒 流 态 进 行 了判 识 ， 对 流 型 图
气侵早期检测新方法
气侵早期检测新方法孟胡;周海峰;王雪;席岩;李文哲;蒋振新;杜琦元;张海波;刘锦江【摘要】在复杂地层钻进时,地层中的气体会以重力置换、欠平衡气侵等方式进入井筒,现有的气侵检测方法主要有泥浆池液面监测、地面出口流量检测和气侵声波时差监测,但这些方法存在气侵检测效率低、不能进行早期识别预警等多种问题.针对气侵早期识别困难的难题,在考虑侵入气体物性随井筒中温度、压力变化的基础上,结合地层渗流,建立了气侵井筒传热与多相流动瞬态模型,给出了数值求解方法.通过对该模型求解,计算结果表明:在气侵过程中井底压力不断降低,并且随着气侵时间的增加,井底压力减小速率加快,与此同时,井底温度不断升高,环空返出口温度不断降低.根据该变化规律提出了以井底压力与井口温度相结合或井底温度与井底压力相结合进行气侵早期检测的新方法.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2014(014)027【总页数】6页(P21-26)【关键词】气侵;瞬态传热;井筒温度;井筒压力;早期检测【作者】孟胡;周海峰;王雪;席岩;李文哲;蒋振新;杜琦元;张海波;刘锦江【作者单位】中国石油大学(北京),北京102249;中国石油西部钻探定向井技术服务公司,乌鲁木齐830011;中国石油西部钻探物资采购中心,乌鲁木齐830011;中国石油大学(北京),北京102249;西南油气田分公司,江油621700;中国石油大学(北京),北京102249;中国石油大学(北京),北京102249;中国石油大学(北京),北京102249;中国石油大学(北京),北京102249【正文语种】中文【中图分类】TE21在钻井过程中，储层中的气体会以直接侵入、扩散侵入、置换侵入和负压侵入四种不同侵入方式[1]进入井筒，进而可能诱发溢流、井喷等一系列井下问题，因此在明晰气体侵入方式的基础上，研究气体早期侵入时所带来的变化并且提出预防措施具有重要的意义。
通过研究表明，负压侵入是钻井时气体侵入的主要方式[2]。
油井热洗温度场计算及运用
油井热洗温度场计算及运用油井热洗是确保油井正常生产的常用设施设备，但是在使用的过程中存在较多的应用问题，其中，影响油井热洗的重要因素是热洗介质在整个井筒内部的分布比较分散，且在具体运行的过程中洗井温度和排量参数时常设置不够合理，最终会导致洗井效果不理想。
针对以上问题文章打造油井热洗时井筒温度分布数学模型，通过整个模型的打造能够更加直接的看出热洗时的温度变化，在此基础上实现对洗井温度、洗井排量的讨论分析。
标签：油井热洗温度场;计算;应用由于原油中含有不同程度的石蜡，较高韩玲的石蜡会影响使用的开采。
石油在不断析出的时候，其结晶就会相应的增大，最终积累到管壁上，出现结蜡现象。
我国原油包含海上油田的原油多数是由高凝结程度和高粘稠高度的原油组成。
从我国石油开采实际情况来看，蜡的沉积问题比较严重，蜡沉积问题已经成为提升采油速度和采油效率的重要影响因素，为此，在采油的过程中需要对油管结晶问题进行及时的处理。
一、影响油井热洗效果的因素分析对于一口油井的运行发展来讲，人们关注的问题一般是油井的热洗效果是否达到理想的效果，文章着重分析产液量、热水温度、热水流量、热洗方式对油井热洗效果的影响。
第一，产液量对油井热洗效果的影响。
在常规的热洗过程中产液量对结蜡点、井口温度的影响都不够明显，而出现这种现象的原因产液量是影响油井运行的重要参数信息，在热洗操作的过程中热水的运行影响了正常生产时油套内部的压力平衡，在這样的状态下油井的泵效压力会提升，产液量不再能够满足热洗过程中油管内的流量需求。
由此可以发现，泵理论意义上的排量深刻影响油井热洗温度场的计算结果。
同时，在热洗过程中，油套环空也是充满了热水的，含水率接近百分百的比例，为此，在具体操作的时候产液量量、含水率等油井生产系数都会对结蜡点的位置产生深刻的影响。
第二，热水流量对热洗效果的影响。
在油井热洗参数分布不平衡的情况下，热水流量结蜡阶段的最低程度会从53摄氏度升高到55摄氏度。
渤海油田热采井井筒剖面温度数值模拟
渤海油田热采井井筒剖面温度数值模拟林家昱;张羽臣;谢涛;霍宏博;王文【摘要】渤海油田稠油储量丰富,热采开发是现阶段高效开发稠油油藏的主要技术之一,在热循环条件下,复杂的交变应力易引起套管变形、断裂,极大地影响了油田的开采寿命及生产安全.通过对传热过程的分析,将传热过程作为井筒内的稳态传热过程和井筒外的非稳态传热过程的组合,应用ANSYS软件进行数值模拟,得到了350℃、330℃、310℃及280℃下水平井垂直+弯曲段井筒温度场分布图及水平井油层水平段井筒温度场分布图.并使用Landmark软件的Wellcat模块,根据NB35-2-X井实际注入参数,模拟计算热采工况下的井筒温度场.模拟结果表明:边界温度不变,只改变注汽温度,井筒温度分布规律不变,水平井中油层水平段温度梯度最高.【期刊名称】《石油工业技术监督》【年(卷),期】2019(035)007【总页数】4页(P4-7)【关键词】热采井;井筒温度场;数值模拟;渤海油田【作者】林家昱;张羽臣;谢涛;霍宏博;王文【作者单位】中海石油(中国)有限公司天津分公司,天津300459;中海石油(中国)有限公司天津分公司,天津300459;中海石油(中国)有限公司天津分公司,天津300459;中海石油(中国)有限公司天津分公司,天津300459;中海石油(中国)有限公司天津分公司,天津300459【正文语种】中文0 引言渤海油田自2008年起开始稠油热采开发实践，热采开发技术的应用使得单井产能明显增加[1-2]。
热采开发是现阶段高效开发稠油油藏的主要技术之一，注蒸汽阶段井筒条件最差，井内温度最高，产生的井周热应力最大[3-4]。
随着蒸汽注入，套管温度最终达到最高值，这一过程极易造成热采井套管损坏，甚至是采油阶段套损的成因[5]。
所以，井筒温度变化对于研究注蒸汽套管损坏问题至关重要。
针对热采井的井筒温度国内外相关学者也有较多研究，Fortanilla等[6]推导了蒸汽注入期间的井筒传热计算模型，Hasan等[7]完善了井筒压力和热损失计算问题，Gunnar Skulason Kaldal等[8]建立了高温注汽井管柱的有限元模型，为热采井的管柱设计提供支持，单学军等[9]对热采过程中井筒温度的影响因素进行了分析，王厚东[10]、陈勇[11]等应用数值模拟对井筒热应力进行了分析。
井筒流体温度分布计算方法
井筒流体温度分布计算方法井筒流体温度分布计算方法主要有传热传质方法和数值模拟方法。
传热传质方法主要包括经验公式计算法、热平衡计算法、温度修正计算法等；数值模拟方法主要包括有限差分法、有限元法、有限体积法、计算流体力学（CFD）方法等。
1.经验公式计算法：经验公式计算法是一种简单快捷的计算方法，适用于一般情况下的井筒流体温度分布计算。
常用的经验公式有Dahlberg公式、Kutateladze公式等。
这些公式通过对传热传质过程的相关参数进行简化，直接给出井筒流体温度分布结果。
2.热平衡计算法：热平衡计算法是一种基于热平衡原理的计算方法，适用于流体温度在井筒中实际变化较大的情况。
该方法将井筒流体划分为若干等温段，分别计算每一段的温度分布，然后根据热平衡原理来确定各等温段之间的温度。
3.温度修正计算法：温度修正计算法是一种对经验公式进行修正的方法，用于更精确地计算井筒流体温度分布。
这种方法考虑了上、下界温度的影响，以及其他一些边界条件，通过修正公式来改进流体温度分布的计算结果。
4.有限差分法：有限差分法是一种基于偏微分方程的数值解法，通过将井筒流体温度分布问题转化为离散化的差分方程来进行计算。
该方法将井筒划分为若干小区域，通过以离散方式近似偏微分方程，计算得到每一个小区域的温度，进而得到整个井筒中温度的分布情况。
5.有限元法：有限元法是一种将井筒流体温度分布问题离散化为一组有限元单元的方法。
该方法将井筒划分为若干形状各异的单元，通过建立单元之间的矩阵方程，利用有限元单元之间的连续性条件，求解得到井筒的温度分布。
6.有限体积法：有限体积法是一种将井筒流体温度分布问题离散化为有限体积单元的方法。
该方法将井筒划分为若干个体积单元，通过建立体积单元之间的质量、能量守恒的方程组，求解得到井筒中流体的温度分布。
7.计算流体力学（CFD）方法：计算流体力学（CFD）方法是一种基于数值模拟的方法，可以用于计算井筒流体温度分布。