抽油機井熱洗過程中溫場的變化

1、對抽油機井熱洗過程中溫度場變化的再認(rèn)識摘要：本文針對抽油機井熱洗過程中，當(dāng)回油溫度達(dá)到理想溫度時而洗井效果不理想的問題進(jìn)行分析，我們認(rèn)為熱洗過程中溫度場的變化不是線性降低的，60的回油溫度是液體在距井口一段距離內(nèi)被洗井液重新加熱造成的一種假象。為驗證分析結(jié)果，我們從理論及現(xiàn)場實測等方面對抽油機井熱洗過程中溫度場的變化進(jìn)行了認(rèn)真研究，并取得了一些新的認(rèn)識。主題詞：抽油機井 熱洗 溫度場 一、前言大慶油田自開發(fā)以來，抽油機井的熱洗一直是清除井下結(jié)蠟，保證抽油泵正常工作的主要措施之一。一般認(rèn)為在抽油機井熱洗過程中溫度場的變化是線性降低的，當(dāng)井口回油溫度達(dá)到60時，就認(rèn)為達(dá)到了熱洗清蠟效果，抽油機井熱

2、洗分為化蠟、排蠟、鞏固三個階段。目前，我廠有4120口抽油機井采用熱洗清蠟，平均單井熱洗周期為158.47天，年熱洗井次為9490次，每年用于熱洗的成本為230萬元，年影響采油量4萬噸，熱洗投入成本較大。但是，在實際生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)，熱洗效果并不理想，如監(jiān)測井進(jìn)行環(huán)空測試時，時常發(fā)生正常熱洗后儀器在油套環(huán)空仍遇阻下不去的現(xiàn)象。據(jù)統(tǒng)計，我廠2001年下半年共有環(huán)空找水井近300口，有64口井不能測試，其中熱洗后儀器仍下不去的井有42口，占測試井?dāng)?shù)的14%。針對這一情況，經(jīng)進(jìn)一步分析，我們認(rèn)為熱洗過程中溫度場的變化不是線性降低的，60的回油溫度是液體在距井口一段距離內(nèi)被洗井液重新加熱造成的一種假象。

3、為驗證分析結(jié)果，我們對抽油機井熱洗過程中的熱量傳導(dǎo)、損失及溫度場的變化進(jìn)行了認(rèn)真研究，并取得了一些新的認(rèn)識，這里與大家共同探討，以便為今后的熱洗工作提供一定的技術(shù)指導(dǎo)。為了準(zhǔn)確考察熱洗過程中溫度場的變化情況，我們遵循事物從實踐到理論，再從理論到實踐的認(rèn)識規(guī)律，通過理論計算和現(xiàn)場試驗兩個方面，對熱洗溫度場的變化情況重新加以認(rèn)識。二、熱洗過程中泵吸入口溫度的理論計算熱洗過程中，溫度場的變化較為復(fù)雜，如在不同時間、不同排量、不同溫度的情況下，計算井筒任意深度點的溫度是比較困難的，因此這里僅計算了當(dāng)熱洗達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時，抽油泵吸入口處的溫度。 （一）物理模型的建立 由于地溫由地心至地表呈線性降低，當(dāng)洗井

4、液向下流動時將熱量傳給地層及油管內(nèi)的液體，環(huán)空中的洗井液溫度沿井筒向下不斷下降，相反，油管中的液體溫度沿井筒向上不斷升高，井筒沿軸向?qū)儆诜欠€(wěn)態(tài)傳熱狀況。熱洗達(dá)到一定時間后，沿井筒某一深度的徑向散熱量趨于穩(wěn)定，此時，油套環(huán)空中的洗井液一方面通過對流換熱將熱量傳給套管內(nèi)壁，再從套管內(nèi)壁通過導(dǎo)熱傳給套管外壁、水泥環(huán)及地層；另一方面油套環(huán)空中的洗井液通過對流換熱將熱量傳給油管外壁，再通過導(dǎo)熱把熱量傳給油管內(nèi)壁，最后通過對流換熱將熱量傳給油管內(nèi)的液體。其熱傳遞過程見井筒結(jié)構(gòu)示意圖。井筒結(jié)構(gòu)示意圖1油管內(nèi)返出液 2油管 3洗井液4套管 5水泥環(huán) 6沉積巖（二）數(shù)學(xué)模型依據(jù)物理模型中的溫度變化，我們采用簡化

5、的計算方法，作出如下假設(shè)：1、油管內(nèi)對流換熱系數(shù)1及套管內(nèi)的對流換熱系數(shù)2取全井管柱的平均值（按水處理）；2、沿徑向傳熱為穩(wěn)態(tài)傳熱；3、沿軸向為非穩(wěn)態(tài)傳熱；4、除水以外，其它所有物性都為常數(shù)；5、套管中洗井液到達(dá)泵口時的溫度與油管中從泵吸入口處抽出的液體溫度相同。在井筒結(jié)構(gòu)示意圖中沿軸向，列能量守恒方程如下：m2 Cp2( t2 t0)= m1 Cp1(t1 t0)H/R(t2+t0)/2-ts) （1）式中：m2套管中洗井液的質(zhì)量流率kg/s； Cp2套管中水的比熱J/kg； t2套管中洗井液的溫度，； t0套管及油管中洗井液在泵吸入口處的溫度，； m1油管中洗井液的質(zhì)量流率kg/s； Cp

6、1油管中水的比熱J/kg； t1油管出口液體的溫度，； H下泵深度，m； R單位管長熱阻； ts地層溫度，。 R熱阻，R=R3+R4+R5+R6； （2） R3套管中的洗井液與套管內(nèi)壁的單位管長對流換熱熱阻； R4金屬套管壁單位管長導(dǎo)熱熱阻; R5水泥環(huán)單位管長導(dǎo)熱熱阻; R6地層單位長度導(dǎo)熱熱阻。各項熱阻的計算公式如下： （3） （4） （5） （6） （7） （8） （9）式中： d3套管內(nèi)徑,m； d4套管外徑,m； d5水泥環(huán)外徑,m； d6地層直徑,m； 3套管內(nèi)水的導(dǎo)熱系數(shù)，W/mK； 4套管壁的導(dǎo)熱系數(shù)，W/mK； 5水泥環(huán)的導(dǎo)熱系數(shù),W/mK； 6地層的導(dǎo)熱系數(shù)，W/mK； 2

7、洗井液的流動速度，m/s； 2洗井液的運動粘度，m2/s。（三）計算結(jié)果 根據(jù)前面給出和推導(dǎo)的計算公式，我們以南4-丁2-336井為例，取其物性參數(shù)為：油管導(dǎo)熱系數(shù)為 220W/(mK)；套管導(dǎo)熱系數(shù)為 420W/(mK)；水泥環(huán)導(dǎo)熱系數(shù)為 50.58W/(mK)；沉積巖導(dǎo)熱系數(shù)為 65W/(mK)；油管內(nèi)徑 d1=62mm；油管外徑 d2=73mm；套管內(nèi)徑 d3=124mm；套管外徑 d4=140mm；水泥環(huán)外徑 d5=180mm；地層外徑 d6=680mm；泵掛深度 H=969m；水的物性由相關(guān)物性表來確定。按目前的熱洗操作規(guī)程要求，洗井液入口溫度為750C，排量為35立方米，將數(shù)據(jù)代入

8、上述相應(yīng)公式，經(jīng)計算機計算，得出t0，即：抽油泵吸入口的溫度為52.10C。據(jù)此，為了驗證理論計算與實際過程的差別，我們進(jìn)行了現(xiàn)場試驗。三、現(xiàn)場試驗實測情況 為了詳細(xì)觀察熱洗過程中井筒井溫的變化情況，我們選擇了不同產(chǎn)量的具有一定代表意義的南4丁2336和高189-603抽油機井進(jìn)行了熱洗試驗，并采用井溫測井方法對兩口井洗井前、洗井過程中及洗井后溫度場的變化情況進(jìn)行測試，具體試驗測試情況如下。 （一）試驗方案1、試驗?zāi)康模河^察抽油機井熱洗過程中油套環(huán)空中溫度場的變化。 2、南4丁2336井（1）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：套管規(guī)范：140mm射孔井段：1001.21171.40m人工井底：1213m油層中部：10

9、86.30m套補距：1.61m上次施工：98年8月9日（2）測前井下管柱情況：南4-丁2-336井測前管柱圖見南4丁2336井測前管柱圖生產(chǎn)管柱： 導(dǎo)錐、篩管、防蠟器各一個，泵掛深968.08米，完井深979.17米。 堵水管柱：丟手接頭、定位器各一個，5級細(xì)分堵水封隔器，完井深988.571185.80米。 （3）測前生產(chǎn)情況：產(chǎn)液：85t/d 產(chǎn)油：8t/d 含水：90.3%泵效：58.7% 流壓：3.11MPa 泵口壓力：2.29MPa 液面：723.2m 沉沒度：244.88m 功圖：正常熱洗周期：134天 3、高189-603井（1）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：套管規(guī)范：140mm套補距：2.08m人

10、工井底：1237.54m油層中部：1133m上次施工：2000年4月24日 高189-603井測前管柱圖（2）測前井下管柱情況：見高189-603井測前管柱圖導(dǎo)錐、篩管、防蠟器各一個，泵掛深995.06米，完井深1005.35米。 （3）測前生產(chǎn)情況： 產(chǎn)液：14t/d 產(chǎn)油：3t/d 含水：76.8% 泵效：37.1% 流壓：2.18MPa 泵口壓力：1.25MPa 液面：810.45m 沉沒度：184.61m 功圖：氣影響 熱洗周期：96天 4、測試過程 （1）洗井前測一條全井井溫曲線。 （2）洗井30分鐘后，從泵吸入口至井口測一條井溫曲線。 （3）當(dāng)井口回油溫度達(dá)60時，從井口至泵吸入口

11、測一條井溫曲線。 （4）反復(fù)測試抽油泵吸入口處井溫變化情況。 （5）其余全井井溫測試工作量由抽油泵吸入口處溫度變化情況現(xiàn)場確定。 （二）測試結(jié)果1、南4丁2336井測試結(jié)果此次試驗測試了洗井前、洗井過程中及洗井后油套環(huán)空中溫度的變化值，共測試了七條井溫測井曲線，具體結(jié)果見附圖（南4-丁2-336井溫測井曲線）。由實測結(jié)果繪制了南4-丁2-336井井溫測試結(jié)果表及抽油泵吸入口溫度變化曲線，由表、曲線可以看出：當(dāng)開始洗井時泵吸入口溫度是降低的，隨著洗井時間的延長，溫度才緩慢升高，其變化幅度較小。分析原因是由于洗井時低溫液體被洗井液攜帶推至泵吸入口處，致使抽油泵吸入口溫度降低。當(dāng)洗井時間達(dá)22小時時

12、，抽油泵吸入口溫度由46.60C升高到51.50C，僅升高了4.90C。南4-丁2-336井溫測試表測試曲線洗井時間（h）套管井口溫度（0C）泵口溫度（0C）油管井口溫度（0C）備注第條曲線31.70C46.60C400C洗井前井溫曲線第條曲線0.7650C42.80C600C14：40開始洗井，洗井排量35m3.第條曲線3.372.40C48.10C670C第條曲線3.5700C48.50C670C第條曲線20.8690C510C670C第條曲線22710C51.50C700C2、高189-603井測試結(jié)果此次試驗測試了洗井前、洗井過程中油套環(huán)空中溫度的變化值，共測試了四條井溫測試曲線，具體

13、結(jié)果見附圖（高189-603井溫測井曲線）。由實測結(jié)果繪制了高189-603井井溫測試表。高189-603井溫測試表測試曲線洗井時間（h）套管井口溫 度（0C）泵口溫度（0C）油管井口溫 度（0C）備注第條曲線300C50.80C320C洗井前井溫曲線第條曲線1.2750C44.20C750C11:20開始洗井第條曲線3.8750C44.80C750C第條曲線23750C46.00C750C （三）理論計算與實測對比由于理論計算是在洗井達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)下的泵吸入口的溫度，沒有考慮不同時間、不同排量、不同溫度等情況，計算出的結(jié)果是抽油泵吸入口處溫度最高能達(dá)到多少。如南4丁2336井，計算的泵吸入口溫度

14、為52.1 0C，實測結(jié)果是：當(dāng)洗井22小時時，泵吸入口溫度由46.60C升高到51.5 0C，實測與計算結(jié)果基本一致。如果按目前的洗井時間要求（一般4小時）不可能達(dá)到穩(wěn)態(tài)，因此，在實際洗井過程中，泵吸入口的溫度將更低。四、熱洗效果的評價及分析1、按抽油機井熱洗規(guī)程要求，洗井液進(jìn)口溫度為75 0C以上，回油溫度須達(dá)到60 0C，洗井時間一般4小時左右，排量一般控制在3040立方米。從理論計算及實測數(shù)據(jù)分析，溫度場變化不是線性降低的，回油溫度60 0C是洗井液在油管內(nèi)上返過程中距井口300米左右一段距離里，被洗井液重新加熱造成的回油溫度達(dá)60 0C，這與我們的認(rèn)識是相吻合的，因此有必要對抽油機井

15、的熱洗重新加以認(rèn)識。見熱洗過程中井筒溫度場變化示意圖。2、從熱洗過程中實測的井溫變化情況可以看出，洗井液溫度與地層及油管的熱傳導(dǎo)、熱交換、對流是較快的，洗井液溫度損失較大。觀察兩口不同產(chǎn)量井的熱洗回油溫度變化速度，發(fā)現(xiàn)低產(chǎn)井井口回油溫度升高的較快，分析原因是由于低產(chǎn)井產(chǎn)量低，液體在油管內(nèi)流速較慢，與油套環(huán)空中的洗井液熱交換較充分。想象的熱洗過程中井溫變化 實際熱洗過程中井溫變化3、根據(jù)實測井溫曲線繪制了井筒內(nèi)同一溫度點（500C、550C、600C）隨洗井時間的變化情況表及井筒內(nèi)600C溫度點隨時間的變化曲線。從表和曲線可以看出：當(dāng)洗井時間達(dá)3小時后，600C溫度點位于280米深度，當(dāng)洗井23

16、.6小時后，600C溫度點位于410米深度，所以在現(xiàn)行的熱洗工況條件下使井筒溫度全部達(dá)到600C是不可能的。南4-丁2-336井同一溫度點深度與時間的關(guān)系表 溫度（0C） 第條曲線 第條曲線 第條曲線 第條曲線 第條曲線深度（m）時間（h）深度（m）時間（h）深度（m）時間（h）深度（m）時間（h）深度（m）時間（h）602401.928033205.232020.541023.6553401.74603.3540552020.862023.2504401.57103.78004.44、根據(jù)實測井溫曲線繪制了井筒內(nèi)同一深度點在不同洗井時間內(nèi)的溫度變化情況表及310米、410米深度不同時間內(nèi)溫度

17、變化曲線。南4-丁2-336井同一深度點溫度與時間的關(guān)系表測試曲線深度210米時間（小時）22.85.420.323.9溫度（度）61.162.962.563.866.4深度310米時間（小時）1.835.320.523.7溫度（度）56.35960.460.262.95深度410米時間（小時）1.63.25.120.723.5溫度（度）51.856.157.957.660深度510米時間（小時）1.43.34.920.923.3溫度（度）4753.555.555.357.1深度610米時間（小時）1.33.54.72123.1溫度（度）45.251.453.353.455.1深度710米時間

18、（小時）1.13.74.521.222.9溫度（度）43.15051.552.453.4深度810米時間（小時）0.93.84.321.422.7溫度（度）42.248.949.951.652.4深度910米時間（小時）0.844.121.622.5溫度（度）42.348.248.851.151.7由表和曲線可以看出：當(dāng)洗井排量、溫度一定時，井筒內(nèi)某一點的溫度與時間的關(guān)系是對數(shù)關(guān)系，并且隨熱洗時間的延長井筒溫度上升的較緩慢。例如：南4-丁2-336井，如果熱洗時間達(dá)48小時，310米深度的溫度可達(dá)650C，410米深度的溫度可達(dá)630C，510米深度的溫度可達(dá)59.80C。5、為了更好地評價熱洗清蠟的效果，我們在試驗室條件下，作了溶蠟試驗。將現(xiàn)場取的蠟樣，放在水中加熱，溫度點分別取450C、500C、550C、600C，加熱時間為4小時，觀察蠟樣的變化情況，蠟樣在500C600C時變軟，蠟樣溶解的溫度是600C，表明：在洗井4小時之內(nèi)，300米以下深度，原來析出蠟仍然以晶體形式存在，只是在300米以上才開始溶化，這一結(jié)果可以用來解釋油井在300500米處結(jié)蠟嚴(yán)重的