稠油井井筒电加热功率优化方法与流程

本发明涉及稠油井举升节能降耗，特别是涉及到一种稠油井井筒电加热功率优化方法。

背景技术：

1、稠油开采其灵魂是“热”能，稠油井举升过程中，因粘度高、温度低、含水低等原因容易发生光杆缓下、举升困难的问题。井筒电加热技术利用稠油对温度敏感的特点，在空心杆内下入电缆，将电能转化为热能，提高井筒产液温度，以降低其粘度和改善其流动性。该技术具有适用范围广、管理简便的优点，是解决稠油开采举升难题的主导工艺。

2、在申请号cn202220172215.1的实用新型申请中，涉及一种油田稠油井电加热智能控制系统，包括加热智能机箱、电加热智控节能配电柜、抽油机控制柜、油电无线网、工控网、电脑、电机、载荷传感器以及温压传感器组成的硬件系统和数据采集系统、数据分析系统和方案执行系统和稠油井电加热智控系统组成的软件系统，应用于油田稠油井电加热辅助采油中，采用创新研发的智控系统对电加热运行模式进行智能化调节实现降功耗促节能目的。该实用新型主要是通过石化设备采集单井电流、电压、回压、出液温度、悬点载荷、示功图等实时数据并传送至数据分析系统，数据分析系统根据单井出液粘度、地面管线长度、季节等因素并结合采集系统相关数据确定运行方案，专业人员根据单井井况设定电加热功率上下限值，对电加热的功率如何确定缺乏理论依据。

3、在申请号cn201610844129.x的发明专利申请中，涉及一种稠油井筒降粘时机的选择方法，该稠油井筒降粘时机的选择方法包括：步骤1，测量各稠油在不同温度下粘度变化情况；步骤2，确定各稠油的拐点温度及其相对应的粘度；步骤3，根据各稠油的拐点温度，确定稠油拐点温度计算通式；步骤4，测定典型稠油井不同含水下粘温曲线，确定粘度界限值；步骤5，绘制典型稠油井不同温度下含水-粘度曲线图；步骤6，汇总各稠油的实验情况，制定不同乳化稠油井筒举升控制条件表；步骤7，根据不同乳化稠油井筒举升控制条件表，确定是否配套降粘措施。该稠油井筒降粘时机的选择方法具有适应性强、准确率高、简单易行的特点，同时井筒降粘措施的合理优化，可实现节能降耗。该发明专利根据乳化油的粘度优化了井筒降粘的时机，未对电加热功率进行优化。

4、在申请号cn201410534819.6的发明专利申请中，涉及一种基于空心杆电加热确定井筒温度场分布的方法及系统，所述方法包括：获取与空心杆电加热以及井筒相关的数据资料；根据所述井筒中动液面的高度以及井筒的深度设定步长；根据所述的步长将所述的井筒分为多个井筒段；根据所述的数据资料分别确定所述多个井筒段中液体的温度；所述的多个井筒段中液体的温度组成井筒温度场分布。实现了确定井筒温度场分布，为后续选择合理的电加热功率以满足现有稠油、特稠油以及超稠油的开采提供了数据依据。该发明专利通过获取与空心杆电加热以及井筒相关的数据资料确定了井筒温度场分布，为后续选择合理的电加热功率提供了数据依据，未给出具体电加热功率的优化方法。

5、上述发明对井筒的温度场、粘度变化等提供了相关的测试计算方法，但均未解决井筒电加热功率的优化，目前井筒电加热功率还是主要依靠经验设置，为了保障光杆不缓下，大部分井都存在电加热功率过高的问题，导致井筒电加热耗电量高，严重影响稠油井开发效益。

6、以上现有技术均与本发明有较大区别，未能解决我们想要解决的技术问题，为此我们发明了一种新的稠油井井筒电加热功率优化方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种根据油井不同含水、不同产液量，动态调整电加热功率的稠油井井筒电加热功率优化方法。

2、本发明的目的可通过如下技术措施来实现：稠油井井筒电加热功率优化方法，该稠油井井筒电加热功率优化方法包括：

3、步骤1，确定光杆缓下的临界粘度；

4、步骤2，确定光杆缓下的临界温度；

5、步骤3，建立该井的井筒温度场模型，绘制井筒电加热功率与井口温度关系图；

6、步骤4，回归关系图曲线得到井口温度与电加热功率关系式，动态优化电加热功率。

7、本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：

8、在步骤1，根据油井光杆缓下的情况，测量光杆缓下时井口产出液粘度，该粘度为光杆缓下的临界粘度。

9、在步骤1，观察油井生产情况，光杆缓下时，记录井口温度，测量该温度下，井口产出原油乳状液粘度μ0，该粘度为光杆缓下的临界粘度，需要保障油井生产过程中，产出液粘度低于μ0。

10、在步骤2，测量不同乳化含水条件下，该井原油乳状液粘温变化情况，乳状液粘度为临界粘度时的温度，为此含水条件下，光杆缓下的临界温度。

11、在步骤2，测量不同乳化含水条件下，该井原油乳状液粘温变化情况，记录不同含水率i％条件下，乳状液粘度为μ0时的温度t0i，该温度为此含水条件下，光杆缓下的临界温度，需保障生产过程中井口温度大于t0。

12、在步骤3，建立该井的井筒温度场模型，计算不同产液量、不同井筒电加热功率条件下，井筒温度变化情况，得到井筒电加热功率与井口温度关系，并绘制关系图。

13、步骤3包括：

14、步骤31，建立井筒温度场模型；

15、步骤32，进行井筒温度场模型求解。

16、在步骤31中，计算油管中心至水泥环外缘的传热，由稳态传热公式得：

17、dq＝k(tf-th)·dz                    (1)

18、

19、式中，k为传热系数，w/(m·℃)，r为总传热热阻；tf为产液温度，k；th为水泥环外缘初温度，k；dz为井筒长度，m；dq为单位时间内dz长度上的热损失，kw。

20、在步骤31中，热阻r包括以下5部分：

21、a.液膜层和污垢层对流换热热阻：

22、

23、式中，h1为液膜和污垢对流换热系数，kw/(m2·k)；r1为油管内半径，m；

24、b.油管的导热热阻：

25、

26、式中，λtub为油管导热系数，kw/(m·k)；r2为油管外半径，m；

27、c.环空的自然对流和辐射换热的热阻：

28、

29、式中，hc为环空内自然对流换热系数，kw/(m2·k)；hr为环空内辐射换热系数，kw/(m2·k)；

30、d.套管的导热热阻：

31、

32、式中，λcas为套管的导热系数，kw/(m·k)；r4为套管外半径，m；r3为套管内半径，m；

33、e.水泥环的导热热阻：

34、

35、式中，λcem为水泥环导热系数，kw/(m·k)；r5为水泥环外缘半径，m；

36、在这五项中，r1，r2，r4其值太小，可忽略不计，若以油管外表面为基准面积，总传热热阻r可写为：

37、

38、总传热系数k为：

39、

40、式中：hc和hr分别为组成环空热阻的对流换热系数和辐射换热系数。

41、在步骤31中，计算从水泥环外缘至地层的导热，由于这是不稳定的热传导，随时间而变化，用公式可表示为：

42、

43、式中，te为初始地层温度；te＝ta+adz，k；ta为地表温度，k；ad为地温梯度，k/m；z为井深，m；λe为地层导热系数，j/(m·k)；f(t)为无因次地层导热时间函数；

44、无因次地层导热时间函数的经验表达式：

45、

46、式中，a为热扩散系数，m2/h；t为生产时间，h。

47、在步骤31中，进行井筒温度场的计算，产液在沿井筒上升时，由于向井筒散热温度不断降低，在井筒上取长为dz的微元段，可列出以下能量方程：

48、w·dtf＝k(tf-te)·dz  (11)

49、式中，w为产液的水当量，w/k；

50、上式通解为：

51、

52、当已知井口产液温度时，即当z＝0时，tf＝tf0，由此可以得到：

53、

54、从而有：

55、

56、在步骤31中，进行井筒热量损失计算，油管内产出液到地层的散热量为：

57、dq＝2πr2k(tf-te)dz  (14)。

58、在步骤32中，根据已知数学模型进行离散、迭代，进行模型的求解，具体步骤如下：

59、(1)由估计压力梯度和饱和压力，计算气油比；

60、(2)从井底开始，以一定长度为一个步长，计算各段热阻；

61、(3)由油层温度和计算出的热阻，从井底开始计算各段温度。

62、在步骤4中，回归关系图曲线得到井口温度与电加热功率关系式，当井口温度低于临界温度时，根据关系式计算电加热功率。

63、本发明中的稠油井井筒电加热功率优化方法，通过观察油井生产情况，得到光杆缓下时的临界粘度，然后通过开展不同含水条件下油水乳状液粘温测试，得到不同含水率条件下光杆缓下的临界温度，最后通过计算得到不同产液量条件下，井筒电加热功率与井口温度关系，回归得到井口温度与电加热功率关系式，计算临界电加热功率。该方法根据含水及井口温度变化，及时调整电加热功率，保障油井正常生产的同时，最大限度的降低耗电量，提升开发效益。

技术特征：

1.稠油井井筒电加热功率优化方法，其特征在于，该稠油井井筒电加热功率优化方法包括：

2.根据权利要求1所述的稠油井井筒电加热功率优化方法，其特征在于，在步骤1，根据油井光杆缓下的情况，测量光杆缓下时井口产出液粘度，该粘度为光杆缓下的临界粘度。

3.根据权利要求2所述的稠油井井筒电加热功率优化方法，其特征在于，在步骤1，观察油井生产情况，光杆缓下时，记录井口温度，测量该温度下，井口产出原油乳状液粘度μ0，该粘度为光杆缓下的临界粘度，需要保障油井生产过程中，产出液粘度低于μ0。

4.根据权利要求1所述的稠油井井筒电加热功率优化方法，其特征在于，在步骤2，测量不同乳化含水条件下，该井原油乳状液粘温变化情况，乳状液粘度为临界粘度时的温度，为此含水条件下，光杆缓下的临界温度。

5.根据权利要求4所述的稠油井井筒电加热功率优化方法，其特征在于，在步骤2，测量不同乳化含水条件下，该井原油乳状液粘温变化情况，记录不同含水率i％条件下，乳状液粘度为μ0时的温度t0i，该温度为此含水条件下，光杆缓下的临界温度，需保障生产过程中井口温度大于t0。

6.根据权利要求1所述的稠油井井筒电加热功率优化方法，其特征在于，在步骤3，建立该井的井筒温度场模型，计算不同产液量、不同井筒电加热功率条件下，井筒温度变化情况，得到井筒电加热功率与井口温度关系，并绘制关系图。

7.根据权利要求6所述的稠油井井筒电加热功率优化方法，其特征在于，步骤3包括：

8.根据权利要求7所述的稠油井井筒电加热功率优化方法，其特征在于，在步骤31中，计算油管中心至水泥环外缘的传热，由稳态传热公式得：

9.根据权利要求8所述的稠油井井筒电加热功率优化方法，其特征在于，在步骤31中，热阻r包括以下5部分：

10.根据权利要求9所述的稠油井井筒电加热功率优化方法，其特征在于，在步骤31中，计算从水泥环外缘至地层的导热，由于这是不稳定的热传导，随时间而变化，用公式可表示为：

11.根据权利要求10所述的稠油井井筒电加热功率优化方法，其特征在于，在步骤31中，进行井筒温度场的计算，产液在沿井筒上升时，由于向井筒散热温度不断降低，在井筒上取长为dz的微元段，可列出以下能量方程：

12.根据权利要求11所述的稠油井井筒电加热功率优化方法，其特征在于，在步骤31中，进行井筒热量损失计算，油管内产出液到地层的散热量为：

13.根据权利要求7所述的稠油井井筒电加热功率优化方法，其特征在于，在步骤32中，根据已知数学模型进行离散、迭代，进行模型的求解，具体步骤如下：

14.根据权利要求1所述的稠油井井筒电加热功率优化方法，其特征在于，在步骤4中，回归关系图曲线得到井口温度与电加热功率关系式，当井口温度低于临界温度时，根据关系式计算电加热功率。

技术总结
本发明提供一种稠油井井筒电加热功率优化方法，该稠油井井筒电加热功率优化方法包括：步骤1，确定光杆缓下的临界粘度；步骤2，确定光杆缓下的临界温度；步骤3，建立该井的井筒温度场模型，绘制井筒电加热功率与井口温度关系图；步骤4，回归关系图曲线得到井口温度与电加热功率关系式，动态优化电加热功率。该稠油井井筒电加热功率优化方法可以根据油井不同产液量、不同含水条件，动态优化井筒电加热功率，保障油井正常生产的同时，降低井筒耗电量，提升开发效益。

技术研发人员：刘青峰,徐效平,刘海宁,李培伦,孙超,高冠一,王景峰,关盛凯,王方超,张玉
受保护的技术使用者：中国石油化工股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23