一種高壓氣井井筒溫度分布的確定方法以及系統技術方案

本發明專利技術提供一種高壓氣井井筒溫度分布的確定方法及系統，所述方法包括：獲取與高壓氣井以及井筒相關的數據資料；獲取預先設定的步長；根據所述的步長將所述的井筒分為多個井筒段；根據所述的數據資料分別確定所述多個井筒段上端的溫度；所述的多個井筒段上端的溫度組成井筒溫度場分布。通過獲取與高壓氣井以及井筒相關的數據資料，根據設定步長將井筒分為多個井筒段，依次確定每個井筒段中上端的溫度，如此則得到了井筒溫度場分布，為后續據此進行高壓產氣井、儲氣庫井等單相流或氣液兩相流的開采提供了數據依據。

【技術實現步驟摘要】
一種高壓氣井井筒溫度分布的確定方法以及系統
本專利技術關于天然氣開采
，特別是關于高壓產氣井、儲氣庫井等單相流或氣液兩相流的開采技術，具體的講是一種高壓氣井井筒溫度分布的確定方法及系統。
技術介紹
現有技術中，許多研究者在井筒流體和圍巖之間的傳熱機理的各個方面做了大量的研究，并且給出了計算井筒溫度分布的方程式。Lesem等和Moss及White首先建議確定井筒流體溫度的程序和步驟，Ramey和Edwardson等則首先給出了確定作為井深和生產時間函數的流體溫度的理論模型，但是這兩項研究工作都忽略了動能和摩擦力的影響，只適用于單相流體的流動求解。Satter所提供的方法包括了注汽井相態變化的影響，從而提高了Ramey研究工作的精度。Shiu和Beggs闡述了確定Ramey方程式的參數的方法，引入了松弛距離的概念，但Shiu和Beggs是根據370油氣井的現場測試資料回歸的松弛距離簡單公式，因此存在一定的誤差。Witterholt及Tixier和Cutis及Witterholt采用了流體流量確定Ramey方程式中流體溫度的影響。他們將這些參數與流體實測溫度相耦合，定性的確定了各產層的產量，由于該方法取決于井筒流體和圍巖之間的恒溫差，其適用范圍受到限制，特別是在確定多層產量結果時，更受到限制。Ramey模型的這些應用結果僅限于井筒內單相流且半徑為趨于零的極小值。Sagar等擴展了Ramey法，可以確定考慮了動能效應和Joule-Thompson膨脹效應的多相流井筒內流體傳熱參數。上述現有技術中的各項研究結果在計算高壓產氣井的井筒溫度分布過程中產生的誤差都比較大，因此，如何精確的確定出高壓產氣井的溫度分布，進而據此進行高壓產氣井、儲氣庫井等單相流或氣液兩相流的開采是本領域亟待解決的技術難題。
技術實現思路
為了解決現有技術中的各項研究結果在計算高壓產氣井的井筒溫度分布過程中產生的誤差都比較大的難題，本專利技術提供了一種高壓氣井井筒溫度分布的確定方法及系統，是一種精確的高壓氣井井筒溫度分布的確定方案，通過獲取與高壓氣井以及井筒相關的數據資料，根據設定步長將井筒分為多個井筒段，依次確定每個井筒段中上端的溫度，如此則得到了井筒溫度場分布，為后續據此進行高壓產氣井、儲氣庫井等單相流或氣液兩相流的開采提供了數據依據。本專利技術的目的之一是，提供一種高壓氣井井筒溫度分布的確定方法，包括：獲取與高壓氣井以及井筒相關的數據資料；獲取預先設定的步長；根據所述的步長將所述的井筒分為多個井筒段；根據所述的數據資料分別確定所述多個井筒段上端的溫度；所述的多個井筒段上端的溫度組成井筒溫度場分布。本專利技術的目的之一是，提供了一種高壓氣井井筒溫度分布的確定系統，包括：數據資料獲取裝置，用于獲取與高壓氣井以及井筒相關的數據資料；步長設定裝置，用于獲取預先設定的步長；井筒段確定裝置，用于根據所述的步長將所述的井筒分為多個井筒段；溫度確定裝置，用于根據所述的數據資料分別確定所述多個井筒段上端的溫度；溫度場分布確定裝置，用于根據所述的多個井筒段上端的溫度組成井筒溫度場分布。本專利技術的有益效果在于，提供了一種高壓氣井井筒溫度分布的確定方法及系統，是一種精確的高壓氣井井筒溫度分布的確定的方案，通過獲取與高壓氣井以及井筒相關的數據資料，根據設定步長將井筒分為多個井筒段，依次確定每個井筒段中上端的溫度，如此則得到了井筒溫度場分布，為后續據此進行高壓產氣井、儲氣庫井等單相流或氣液兩相流的開采提供了數據依據。本專利技術推導出的高壓氣井在兩相流條件下，在流體溫度和地層溫度已知的條件下，井深和時間函數的流體溫度方程，通過該方程可易于計算高壓氣井的井筒熱損失以及穩態雙相流的流動流體溫度分布。且本專利技術所涉及的方法具有良好的計算穩定性和較高的計算精度，計算結果更加精確。為讓本專利技術的上述和其他目的、特征和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合所附圖式，作詳細說明如下。附圖說明為了更清楚地說明本專利技術實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本專利技術的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本專利技術實施例提供的一種高壓氣井井筒溫度分布的確定方法的流程圖；圖2為圖1中的步驟S104的具體流程圖；圖3為圖2中的步驟S202的實施方式一的具體流程圖；圖4為圖2中的步驟S202的實施方式二的具體流程圖；圖5為圖2中的步驟S203的具體流程圖；圖6為本專利技術實施例提供的一種高壓氣井井筒溫度分布的確定系統的結構框圖；圖7為本專利技術實施例提供的一種高壓氣井井筒溫度分布的確定系統中的溫度確定裝置104的具體結構框圖；圖8為本專利技術實施例提供的一種高壓氣井井筒溫度分布的確定系統中的壓力確定模塊202的實施方式一的具體結構框圖；圖9為本專利技術實施例提供的一種高壓氣井井筒溫度分布的確定系統中的壓力確定模塊202的實施方式二的具體結構框圖；圖10為本專利技術實施例提供的一種高壓氣井井筒溫度分布的確定系統中的溫度確定模塊203的具體結構框圖；圖11為注氣井井筒單元結構示意圖。具體實施方式下面將結合本專利技術實施例中的附圖，對本專利技術實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本專利技術一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本專利技術中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本專利技術保護的范圍。本專利技術涉及天然氣開采領域，用于高壓產氣井、儲氣庫井等單相流或氣液兩相流情況下的氣井溫度分布計算，是一種計算高壓氣井溫度分布的簡單、精確方法。本專利技術針對Ramey等人的研究理論在計算的高壓氣井井筒溫度分布時精度不高的缺點，提出了一個改進方案。該方案是在Ramey推導的單相流條件下流體能量平衡方程式基礎上，在氣液兩相流條件下對其進行了改進，推導出能精確計算氣井的量平衡方程式。本專利技術的主要假設條件為：(1)、流體流動狀態為穩定流動；(2)、流體狀態為氣液兩相流(3)、井筒內傳熱為穩定傳熱；(4)、地層傳熱為不穩定傳熱，且服從Ramey的無因次時間函數；(5)、油套管同心。圖1為本專利技術提出的一種高壓氣井井筒溫度分布的確定方法的具體流程圖，由圖1可知，所述的方法包括：S101：獲取與高壓氣井以及井筒相關的數據資料。在具體的實施例中，與高壓氣井以及井筒相關的數據資料包括油管外半徑、油管內半徑、油管壁氣膜傳熱系數、油管導熱系數、環空流體自然對流及傳導熱傳熱系數、環空輻射熱傳熱系數、套管導熱系數、套管外半徑、套管內半徑、水泥環導熱系數、井眼半徑、注氣井的注氣壓力、注氣速率、注氣時間、產氣井的井口壓力、產氣量、生產時間。S102：獲取預先設定的步長。在本專利技術的具體實施方式中，預先設定的步長可以為任意值，來計算井筒溫度場的分布。S103：根據所述的步長將所述的井筒分為多個井筒段。在具體的實施方式中，假設井筒的總深度為1000米，預先設定的步長為100米，則該實施方式中總共可以將井筒分為10個井筒段，從井底到井口依次為0-100米、100-200米、200-300米、300-400米、400-500米、500-600米、600-700米、700-80本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高壓氣井井筒溫度分布的確定方法，其特征是，所述的方法包括：獲取與高壓氣井以及井筒相關的數據資料；獲取預先設定的步長；根據所述的步長將所述的井筒分為多個井筒段；根據所述的數據資料分別確定所述多個井筒段上端的溫度；所述的多個井筒段上端的溫度組成井筒溫度場分布。

【技術特征摘要】
1.一種高壓氣井井筒溫度分布的確定方法，其特征是，所述的方法包括：獲取與高壓氣井以及井筒相關的數據資料；獲取預先設定的步長；根據所述的步長將所述的井筒分為多個井筒段；根據所述的數據資料分別確定所述多個井筒段上端的溫度；所述的多個井筒段上端的溫度組成井筒溫度場分布；其中，根據所述的數據資料分別確定所述多個井筒段上端的溫度包括：依次確定每個井筒段的總傳熱系數；依次確定每個井筒段上端的壓力；根據所述的總傳熱系數以及所述每個井筒段上端的壓力確定每個井筒段上端的溫度；根據所述的總傳熱系數以及所述每個井筒段上端的壓力確定每個井筒段上端的溫度包括：根據時間函數的定義式確定井筒地層界面到地層之間的傳熱表達式；根據所述的總傳熱系數、傳熱方程以及井筒地層界面到地層之間的傳熱表達式確定隨井深變化的流體溫度計算式；根據隨井深變化的流體溫度計算式以及所述每個井筒段上端的壓力確定出井深度-生產時間函數的流體溫度表達式；根據所述的井深度-生產時間函數的流體溫度表達式確定每個井筒段上端的溫度。2.根據權利要求1所述的方法，其特征是，所述的數據資料包括油管外半徑、油管內半徑、油管壁氣膜傳熱系數、油管導熱系數、環空流體自然對流及傳導熱傳熱系數、環空輻射熱傳熱系數、套管導熱系數、套管外半徑、套管內半徑、水泥環導熱系數、井眼半徑、注氣井的注氣壓力、注氣速率、注氣時間、產氣井的井口壓力、產氣量、生產時間。3.根據權利要求2所述的方法，其特征是，確定每個井筒段的總傳熱系數通過如下公式進行：其中，Uto為總傳熱系數，rto為油管外半徑，rti為油管內半徑，hf為油管壁氣膜傳熱系數，Ktub為油管導熱系數，hc為環空流體自然對流及傳導熱傳熱系數，hr為環空輻射熱傳熱系數，Kcas為套管導熱系數，rco為套管外半徑，rci為套管內半徑，Kcem為水泥環導熱系數，rh為井眼半徑。4.根據權利要求3所述的方法，其特征是，當所述的高壓氣井為注氣井時，確定每個井筒段上端的壓力包括：獲取所述注氣井的注氣壓力；獲取所述注氣井的注氣速率；獲取所述注氣井的注氣時間；根據所述注氣井的注氣壓力、注氣速率、注氣時間以及貝格斯-比爾算法確定每個井筒段上端的壓力。5.根據權利要求3所述的方法，其特征是，當所述的高壓氣井為產氣井時，確定每個井筒段上端的壓力包括：獲取所述產氣井的井口壓力；獲取所述產氣井的產氣量；獲取所述產氣井的生產時間；根據所述產氣井的井口壓力、產氣量、生產時間以及貝格斯-比爾算法確定每個井筒段上端的壓力。6.一種高壓氣井井筒溫度分布的確定系統，其特征是，所述的系統包括：數據資料獲取裝置，用于獲取與高壓氣井以及井筒相關的數據資料；步長設定裝置，用于獲取預先設定的步長；井筒段...

【專利技術屬性】
技術研發人員：馬振，曲紹剛，楊寶春，王智博，賀夢琦，馬薇，王昕，王玲，崔冠麟，高艷，崔加利，李鵬日，李君，王河，黃稚，王強，
申請(專利權)人：中國石油天然氣股份有限公司，
類型：發明
國別省市：北京;11