井口出液温度计算方法与应用分析

2015-01-12

油气田地面工程 2015年8期

1大庆油田工程有限公司 2大庆油田采油九厂 3青海油田勘探开发研究院

井口出液温度计算方法与应用分析

亓福香1汪寿琴2吴瑾3

1大庆油田工程有限公司 2大庆油田采油九厂 3青海油田勘探开发研究院

在地面集油工艺建设中，油井井口出液温度的准确性直接关系到工艺设计参数的选取，而大庆外围油田目前尚未形成成熟的井口出液温度计算方法。为此，开展了井口出液温度计算模型的适用性分析。不同的井口出液温度计算模型有其适用范围，在设计时，应结合油井产液量情况选择应用。热力计算模型适用于单井产液量≥6.5 t/d的油井，而拟合计算模型适用于单井产液量＜6.5 t/d的油井，井口出液温度计算误差可控制在3%左右。

井口出液温度；计算模型；集油系统；参数

在地面集油工艺建设中，油井井口出液温度的准确性直接关系到工艺设计参数的选取，而大庆外围油田目前尚未形成成熟的井口出液温度计算方法。因此，针对井口出液温度的合理确定及对集油的影响进行了分析。

1井口出液温度计算模型

目前大庆外围油田井口出液温度的选取通常有两种方式：直接采用经验值（10～13℃）；采用老区的经验公式计算。但采用这两种方法得到的井口出液温度与实测值相比误差较大。就外围敖古拉油田而言，产液量高（日产液21 t）的油井井口出液温度高达36℃，而产液量低（日产液2 t）的油井井口出液温度仅11℃。针对这种情况，应采用不同方法对井口出液温度进行理论计算。

分析认为，井口出液温度与地层条件、井筒特性、流体组成及其物性有关。目前普遍采用的井口出液温度计算方法有两种：一种是采用传热学的方法，从井底开始对井筒内混合物进行热力计算，从而得出井口剩余温度[1]；另一种是对现场实测数据进行拟合处理，从而推导出井口出液温度的计算模型。

1.1 热力计算模型

在油井举升中，油井产液在油管内从井底上升到井口，其温度的变化依据传热学理论可以看作是具有内热源且径向是无限大的圆筒壁的热量传递过程，在径向上为稳态传热，在轴向上为非稳态传热。这样，油井产物从井底到井口，其温度变化主要受介质流速、井筒周围环境温度（地层温度）以及从油管到地层之间的介质传热效果的影响。又由于油井深度多在1 000 m以上，所以地层温度从地表到井底可看作是一个稳态升温过程。采用传热学理论推导出的热力计算模型如下

式中TL为距井底L处的介质温度（℃）；TQ为井底温度（℃）；T0为油管周围的介质温度（℃）；L为油管长度（m）；G为油管内介质的质量流率（kg/s）；c为介质的比热容［kJ/（kg·℃）］；D为油管的外直径（m）；K为油管到井筒周围的总传导系数［W/（m·K）］。

1.2 拟合计算模型

曲线拟合是根据实测数据确定自变量和函数之间的关系。拟合时首先假定一个经验公式，然后根据最小二乘法原理确定待定系数。拟合计算模型如下

式中T为井口出液温度（℃）；Q为井口产液量（t/d）；fw为质量含水率。

2计算模型的适用性分析

井口实测出液温度与油井产液量的关系见图1，热力计算模型、拟合计算模型、老区经验公式计算的井口出液温度值，以及井口实测温度值与单井产液量的关系见图2，计算值、实测值误差与产液量的关系见图3。由图1、图2、图3可看出：①井口出液温度主要是随产液量的增大而增大，由于井口产液量大，井筒内介质流速快，在相同的起点温度和环境条件下，井口出液流速快时温降小；②当产液量＜6.5 t/d时，应采用拟合计算模型计算井口出液温度；③当产液量≥6.5 t/d时，应采用热力计算模型计算井口出液温度。

图1 实测出液温度与产液量的关系

图2 温度与产液量的关系

图3 温度计算值、实测值误差与产液量的关系

3井口出液温度对设计参数的影响

目前大庆外围油田主要有单管树状电加热集油流程和单管环状掺水集油流程，井口出液加热热源来源于井口电加热器或站场供掺水。其中电加热器功率主要取决于产液量及井口出液温度，而掺水量的大小及温度是在控制进站温度及压力情况下由集油环管径、长度、所带井数及井口出液温度等因素决定。对于在运系统，运行费用与运行参数紧密关联，由于井口出液温度不可调，对于低产液井（单井产液量＜6.5 t/d），在通常的设计计算中，井口出液温度取值与实际基本吻合；而对于高产液井（单井产液量≥6.5 t/d），井口出液温度取值普遍偏低。所以，下面主要分析高产井在新建集油系统或改建集油系统设计时，井口出液温度对其建设的影响程度。

3.1 单管树状电加热集油流程

以敖古拉油田部分井为例进行计算得出，单井产液量和含水率越高的井，其井口温度对电加热器功率的选取影响越大，如果在设计时所采用的井口出液温度值偏低，将出现大马拉小车及资源浪费问题。就敖古拉油田而言，如果井口出液温度按热力计算模型或拟合计算模型计算，电加热器的设备投资将节省3.1万元，见表1。

3.2 单管环状掺水集油流程

单管环状掺水集油流程的井口出液由联合站或转油站提供热水加热，其加热温度由进站温度控制，满足原油凝固点温度进站。整个集油流程的耗热量主要包括给井口出液升温的耗热量和集油管道的散热量。如前所述，目前采用的井口出液温度值误差较大的主要原因是单井出液量较高。因此，选取产液量相对较高的敖古拉油田1#6阀组间的2环和3环油井参数进行计算分析。油井物性参数见表2，油井生产参数（单井平均值）见表3，不同井口出液温度下的计算参数见表4。从表4可知，在一定回油压力和回油温度下，当油井的集油系统在新建或者改造时，如果井口温度按经验值（10℃）计算，为了满足进站条件，平均单井掺水量、掺水温度、掺水压力都比实际（实测温度为20℃）需要的高，站内每口井加热设备热负荷将增加9.123 kW，转油站掺水泵单井平均排量将增加0.17 m3，能耗费用将增加21.298元，设备费用也将增加。由此可见，对于高产液井集油工艺的建设，其井口出液温度的准确取值对集油系统的工程投资和运行能耗将产生明显影响。