杆中杆密闭循环加热工艺的研究

孙洪舟李大伟任小磊张红

胜利油田河口采油厂257000

摘要：河口采油厂有60口零散边远油井由于地处偏远，不具备实施空心杆掺水降粘工艺的地面条件，采用电热杆加热井筒降粘工艺生产，而电热杆加热井筒降粘工艺存在能耗高，作业费用高等问题，引进杆中杆循环井筒加热工艺替代电热杆工艺，通过建立杆中杆循环井筒掺热流体加热条件下的井筒流体温度计算模型，为稠油井杆中杆循环井筒加热抽油系统举升预警提供支持，为油井生产调控提供依据。通过对已经试验应用该举升工艺的油井资料进行拟合计算和模型的修正，提高稠油井杆中杆循环井筒热流体循环加热举升工艺设计水平和设计的科学性，改善稠油的举升效果和效益。

主题词：电热杆工艺杆中杆循环热流体降粘流入动态

1概括

河口采油厂稠油储量较大，合计含油面积35.42km2，探明储量5837.8×104t，动用地质储量4972.46×104t，占全厂动用储量的11.1%，年产油60×104t，占全厂的22.8%。截止目前，河口采油厂在用60口零散边远区块电热杆井均不具备泵上掺水条件，主要分布在陈家庄、太平、义东等油田，对应日产液量854.6吨，日产油量277.4吨。根据目前生产现状，在满足生产需要、安全生产要求的前提下，顺应节能减排的大形势，实施杆中杆循环井筒加热工艺替代电热杆井。但在应用过程中，杆中杆循环井筒掺热流体循环加热的理论及举升工艺设计方法的研究尚少，缺少杆中杆循环井筒加热工艺循环加热条件下的井筒流体温度的计算，造成杆中杆循环井筒加热工艺设计理论不完整，不能很好的指导现场试验与应用。

2杆中杆循环井筒加热举升参数优化设计思路与方法

2.1抽油杆柱力学模型

目前国内多采用美国石油学会(API)推荐的方法，即用修正古德曼图来进行抽油杆强度校核和杆柱设计，抽油杆柱的许用最大应力的计算公式为：

式中，为压力；为气液混合物平均密度；为加速度；为混合物平均流速；为单位质量的气液混合物的机械能量损失；为流动方向；为管线与水平方向的夹角。

3杆中杆循环井筒加热举升参数优化计算及分析

3.1掺热液体的井筒流体温度分布计算与敏感性分析

不同掺入热液体的温度对井筒中地层产出流体温度的影响,在掺入热液体的质量流率为24t/d不变时，对正循环和反循环两种方式下，不同掺入热液体的温度对井筒中地层产出流体的温度分布做了敏感性分析，如图1所示。

在相同掺入方式下随着掺入热液体的温度和质量流率的增大井筒中地层产出流体的温度升高；正循环方式更有利于提高热交换井段深部的井筒中地层产出流体温度。

3.2热载体返出液及产出液温度计算分析

热循环介质上返温度以及油井产出液温度的实测数值与计算数值的对比结果，热载体返回温度的平均相对误差为1.08%；油井产出液温度的平均相对误差为3.73%，计算结果表明所建立的温度计算模型具有很高的计算精度，从而为油井工况校核和生产参数的优化设计提供了保证。

3.3各油井热流体循环参数的界限值和预警分析

利用埕南91-平29井的油井生产数据、油井基础数据及相关流体物性参数，进行了油井热流体循环参数的敏感性分析，分析得出了各循环参数的界限值。各循环参数的敏感性分析范围分别是循环量为24、32、40、48m3/d，循环温度为80、90、100、110、120℃，循环深度为600、700、800、900、1000、1100、1200、1300m，地面脱气油粘度为2000、20000、100000、200000mPa.s，产量范围是5、10、15、20、25、30m3/d。

根据油井实际循环参数，限定循环深度为1300m、循环温度为110℃、产量为15m3/d，在其他参数不变的前提下，随着循环量增大，均表现出悬点最大载荷变小、最小载荷变大、载荷差变小的趋势；随着循环量增大，井口产出液温度和循环液返出温度均呈现增大的趋势。根据油井实际循环参数，限定循环温度为110℃、循环量为48m3/d、产量为15m3/d，在其他参数不变的前提下，随着循环深度增大，均表现出悬点最大载荷变小、最小载荷变大、载荷差变小的趋势，但载荷差的降低幅度变小。

4结论

(1)建立了杆中杆循环井筒掺热流体加热条件下的井筒流体温度计算模型、稠油井杆中杆循环井筒加热抽油系统举升参数优化设计的数学模型以及杆中杆循环井筒加热强度设计模型，构建该工艺的生产参数优化设计方法；

(2)通过循环深度的敏感性分析计算，得到不同流体粘度、不同循环温度、不同产量条件下的循环深度与悬点最大、最小载荷的对应关系，有利于现场技术人员根据当前的设备条件确定循环极限深度。

参考文献：

[1]万仁溥，罗英俊《采油技术手册.第四分册》.北京：石油工业出版社，2006：210-220

[2]韩修廷编著《有杆泵采油原理及应用》.北京：石油工业出版社，2007：155-156.

[3]张琪《采油工艺原理》.北京：石油工业出版社，2000.：105-136.

[4]邹龙庆,贾光政.石油机械润滑与密封[M].哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社,2010.

[5]高德利,刘凤梧,徐秉业.油气井管柱的屈曲行为研究[J].自然科学进展,2011,11(9):976-980.