Abstract: W ith the increase o f gas in jection period, form ation pressure decreases rap idly, w ell production rate and gas o il ra tio are decreased by the steam-assisted recovery m e thod. It is a new techno logy developed accord ing to the situation o f heavy o il recovery called N itrogen G as Insu lating H eat and A iding F low. T he techno logy uses the characteristics of nitrogen gas s low hea-t conduc-t coefficient and rapid expand ing in vo lum e after pressure re leased to get the purposes of hea-t insulting and flow-assisted. Through m odeling of d ifferent steam injection condit ions, these m odels are verified to be sc ientific and practical by rad ial tem perature fie ld in w ell bo re. It prov ides basis for indoor eva luation o f n itrogen insulat ion in steam in jection w e l.l A cco rd ing to the ana lysis o f site appliance , the techno logy preserves form ation energy , saved operation cos,t vo lum e of steam injection and increased o il production. K ey w ord s: n itrogen gas in jection; heat insulation technology; assistance flow; heavy o il deve lopm ent
温度 / 68. 324 70. 781 72. 557
缘温度 / 61. 533 60. 143 62. 863
温度 / 48. 886 51. 159 51. 230
( 3)不同真空度情况下井筒隔热效果评价。在
同心油管井 筒传热 模型的 油管内 注入 相同温 度、
相同压力的 饱和蒸 汽, 内油管 和隔热 油管 间环空 在不同真空度情况下分别测 定套管温度及整个温
图 1 常规蒸气吞吐管柱结构图
收稿日期: 2008- 05- 12 作者简介: 孙景涛 ( 1982- ), 男, 辽宁丹东人, 西南石油大学在读硕士研究生, 研究 方向: 稠油开采设备。
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孙景涛, 吕瑞典, 周锡容 : 油田注汽井氮气隔热技术的研究与应用
及整理结果可以看出: 同心油管间隔热层处的温 度梯度最大, 而在隔热层以外的区域温度变化较 小, 温度梯度较小, 隔热效果较好。随注汽温度 的升高, 注氮压力升高, 套管壁温度有所上升, 井 筒总传热系数增加, 但幅度较缓。即使注汽温度 达到 350 , 注氮气压力达到 16 M P a 以上, 套管 温度仍在 120 以内。
第 10卷 第 5期
重庆科技学院学报 ( 自然科学版 )
2008年 10月
油田注汽井氮气隔热技术的研究与应用
孙景涛 吕瑞典 周锡容
( 西南石油大学, 成都 610500)
摘 要: 采用蒸汽吞吐的方法开发稠油会造成油井产量下降, 油汽比降低, 油田开 采效果差。氮 气隔热是 根据稠油
开发现状开发出的一种 技术。该技 术是 利用氮 气导 热系 数低及 压力 降低后 体积 迅速 膨胀的 特点, 达 到隔热 的目
场分布 ( 见表 3) 。由表 3可以看出, 相同注汽条件
下, 抽真空后隔 热管外 壁温度 及套管 壁温 度均降 低 10 以上, 井筒总传热系数降低了 21. 89 % , 表
明同心油管间真空度对整个 井筒隔热效果影响较
孙景涛, 吕瑞典, 周锡容 : 油田注汽井氮气隔热技术的研究与应用
大, 抽真空情 况下, 隔热 层热 阻加大, 隔 热管 隔热 效果增强。
4 氮气隔热技术优点
( 1) 简化生产管柱。采用此项技术的生产管柱 与蒸汽吞吐相比节省了隔热管、封隔器、伸缩管, 不 仅使注汽过程更加安全可靠, 同时节省了生产成本。
( 2) 简化生产程序。生产程序与单纯蒸汽吞 吐相比, 由于采用注采一次管柱, 起码减少一次 作业施工, 如果抽油泵不出现故障, 原则上注采 一次泵可以多次使用。如果采用杆式泵, 则作业 施工更可以简化, 通过生产程序简化可以节省操 作费用。
( 7)减少作业对地层的污染。由生产程序的简 化, 减少了作业施工次数, 减少了由于作业压井施工 造成地层污染机会。
5结 论
( 1)氮气隔热技术原理表明, 油井注氮气具 有隔热助排的作用, 是提高蒸汽吞吐效果的有效 手段。
( 2)现场实施结果表明, 此项技术具 有施工程 序及井下管柱简单、安全可靠的特点。
的。通过模拟不同注汽条件, 证明氮气隔热技术的科 学性和实 用性。根 据现场 应用效果 分析, 该技 术可以 保持地
层能量, 节省作业费用及蒸汽注入量, 提高原油产量。
关键词: 注氮气; 隔热技术; 蒸汽吞吐; 稠 油开采
中图分类号: TE345
文献 标识码: A
文章编号: 1673-1980( 2008) 05-0019- 04
温度差 值/
0. 714 11. 696 10. 369 6. 068 - 0. 052
3 应用效果分析
通过对现场应用的效果分析, 可以发现: ( 1) 实施氮气隔热助排工艺井的套管温度变化 不大, 并且比较平稳, 隔热效果能达到要求, 高低温 差只有 20 左右, 而且温度较低, 套管升高幅度较 小, 只有 2cm , 适合稠油区块长期稳定开发, 但投资 相对较大。 ( 2) 液氮隔热工艺虽然套管温度及套管升高幅 度都符合要求, 但由于封隔器的介入, 注蒸汽时, 在 封隔器卡封点上产生温度差, 造成应力集中, 使套管 变形。 ( 3) 氮气隔热工艺可以使稠油井节省工具、 作业费。由于采用氮气隔热, 管柱为油管 + 杆伸缩 管、热敏 封隔 器, 作业 队不 用 起下 隔 热 管, 直接起下油管完井, 不但节省作业时间, 还能 减少投入, 另外, 还可以将套管温度控制在规定 范围内。
社, 1996. [ 3]潘建华. 氮气隔热井筒传热物 理模拟研究 [ J]. 特种油气
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油钻采工艺, 2003( 8): 1-3. [ 6]马庆芳. 传热学 [M ]. 北京: 人民教育出版社, 1979.
热容增加, 氮气有效换热系数增大, 套管环空热
量传递增加, 环空温度有所升高, 套管温度也随 之上升。
表 2 不同注氮压力条件 下井筒模型温度分布
注氮压力 油管中心 隔热管外 套管外壁 水泥环外 模拟地层
/M Pa 0. 11 1. 6 5. 0
温度 / 壁温度 / 206. 777 75. 444 207. 247 88. 022 207. 698 95. 056
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孙景涛, 吕瑞典, 周锡容 : 油田注汽井氮气隔热技术的研究与应用
Research and Application of N itrogen Insulation T echnology of O ilfield Steam Injection W ells
SUN J ing-tao LU Rui-d ian ZHOU X i-rong ( Sou thw est P etro leum Un iversity, Chengdu 610500)
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图 4 同心油管不同注汽温度条件下氮气隔热井筒温场分布图
表 1 不同注汽温度条件下 套管温度及总传热系数
注汽温度 / 注氮压力 /M Pa 套管温度 / 井筒总传热系数
200 116 70. 781 3. 928
270 510 86. 563 4. 313
300 810 105. 686 4. 366
320
350
1 112 1 615
108. 014 118. 466
4. 437 4. 559
( 2)不同注氮压力条件下氮气隔热效果评
价。在同一注汽温度 ( 200 ) 下, 进行不同环空 注汽压力的井筒传热模拟实验, 对井筒径向温度
进行监测 (见表 2 ) 。由表 2 可以看出, 随注入氮 气压力的升高, 套管环空中氮气的导热系数和比
( 3)油套管环空不连通情况下, 同心 油管间的 隔热层起主要作用, 井筒隔热效果较好。
( 4)同心油管间真空度的存在, 使隔 热管热阻 力加大, 隔热效果增强。
( 5)蒸汽与氮气的混容比还有待于进一步的理 论研究, 从而取得最佳效益。
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图 3 氮气隔热井筒传热物理模拟流程 图
2. 2 氮气隔热井筒传热物理模拟研究 ( 1) 同一真 空度 、不同 注汽 温 度下 氮气 隔 热