SAGD注汽井筒温度梯度模型与温度监测系统研究

摘要

油气资源依然是21世纪最重要的能量来源。我国拥有丰富的稠油油藏,现阶段已从传统的蒸汽吞吐和蒸汽驱开采方式转变为更高技术层次的 SAGD(Steam Assisted Gravity Drainage)开采方式,该方式对井筒动态监测所获得的温度参数要求极高。通过对井筒温度的连续监测和分析,可以获得蒸汽腔在时间和空间上的发育过程;也是判断注汽井蒸汽腔与采油井热连通情况的重要理论研究依据。而常规的井下温度检测方法无法满足对注汽过程中油套环空和射孔段的蒸汽温度进行分布式实时在线监测的要求。
　　本文基于传热学理论,应用动量、质量和能量守恒定律,以地层纵向温度场为起始,建立了高温蒸汽由注汽管竖直段,造斜段至水平段注入过程中的压力和温度数值模型;研究了井底射孔段环孔内温度随蒸汽参数在注汽过程中的变化规律;将竖直段,造斜段,水平段统一组成完整的热采井温度梯度数值模型,利用各迭代式,设置合理的入口起始参数并得到了井筒的温度曲线。
　　针对注蒸汽井监测的特殊工况,在分析拉曼光纤温度传感技术的原理和优势基础上,确定采用拉曼光纤温度传感器搭建监测系统;对于高温、氢损等特殊条件,确定采用聚酰亚胺涂覆层的高温光纤作为核心原件;考虑到井下复杂环境与光纤本身易损性以及易氢损之间的矛盾,对光纤进行了合理的封装;利用传热学原理,对封装后的光缆温度灵敏度进行了计算和仿真分析,实验获得封装后传感器的性能;设计了光缆在井下的定位和保护装置并验证了其可行性。
　　使用 MATLAB软件对所建立的热采注汽管温度梯度模型进行计算,得到完整井筒温度曲线;应用 ANSYS流体和温度场分析模块对模型中的基本原理和模型进行仿真。利用拉曼光纤温度监测系统对试验井注汽过程中井筒温度进行多次监测,对比现场试验数据与本文所建立的热采井筒温度梯度模型计算得到的数据,合理说明了导致渐变升温区温度偏差的原因,从而验证本文所建立模型的准确性;利用所建立的温度梯度模型说明了各个注蒸汽参数和注汽管材料属性对温度曲线的影响,并选择井底高温范围作为注汽效果的标准,针对目前油田的蒸汽产能,对注蒸汽参数进行了优选,提高注蒸汽效率,使达到最佳注采效果的同时热能消耗最小。

目录

摘 要

Abstract

第1章 绪 论

1.1 课题背景

1.2 国内外研究现状

1.3 课题研究目标和拟解决的关键问题

1.4 本课题主要研究内容

第2章 热采井筒温度梯度模型建立

2.1 引言

2.2 温度数值模型建立的假设条件和主要步骤

2.3 井筒传热数值模型的建立和计算

2.4 本章小结

第3章 拉曼光纤高温井下分布式监测系统的研制

3.1 引言

3.2 基于拉曼散射的光纤分布式温度监测系统的总体设计

3.3 光纤传感器类型选择

3.4 传感器封装结构设计和标定实验

3.5 本章小结

第4章 基于温度模型的迭代计算与现场温度监测试验

4.1 引言

4.2 温度梯度模型的MATLAB迭代计算

4.3 温度场ANSYS仿真与理论模型结果对比分析

4.4 现场试验方案和试验数据采集与分析

4.5 现场试验数据与理论计算结果的对比

4.6 基于理论模型的注汽井热采参数优选

4.7 本章小结

结 论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文及其它成果

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

致 谢