[发明专利]油气井注气过程中干度、温度及压力耦合预测方法

说明书

技术领域

本发明属于油气藏开发工程管理技术领域，其涉及油气井注气过程中干度、温度及压力耦合预测方法，具体涉及到高温高压油气井注气过程中，油气两相瞬态流的干度、压力以及井筒-地层非稳态热传导耦合分析、数学建模及数值模拟，预测超深井干度、温度、压力分布情况。

背景技术

在油气井工程的注气工况中，传统方法通常考虑到微单元体机械能守恒以及内能变化，但往往忽略与外部环境的热交换，认为蒸汽内能的变化等于外部的变化，并且也忽略了注气过程的蒸汽的摩阻损失，然后计算井筒压力和温度，从而导致对井筒内干度、温度、压力分布预测极不准确。

在构建能量平衡方程时常常忽略了摩阻造成的能量损失并认为地层温度不变，只是受深度和地温梯度的影响，也忽略了由摩阻产生的蒸汽内能变化和周围环境的热传递导致的地层温度会因井筒和地层之间传热的变化。注气过程中的摩阻损失及井筒-地层的非稳态传热是构建微分方程耦合系统模型的重要因素，气层损害或改善程度的重要参数，对于精确预测井筒内干度、温度、压力分布有重要意义。

油气井热力学分析：在建立模型前，关于汽流和传热的假设如下所示：

(1)流体的物理性质和形成不受深度和温度的影响。

(2)蒸汽的所有参数(速度、压力、温度和干燥度)是常数。

(3)从管道到第二接触面的传热是稳定的，从第二接触面到地层的传热是非稳定的。

(4)蒸汽流被视为一维两相均匀流。

(5)其他材料的物理性质(蒸汽和一些隔热材料除外)不受时间和温度的影响。

(6)隔热材料的热导率与温度之间存在一种线性关系。

(7)地温梯度是常数。

地层温度场的假设如下:

(1)在地层里井筒周围的温度呈轴对称分布。

(2)在往井筒注入蒸汽时，远离井筒轴心的地层温度相同。

(3)地层温度场没有内生致热原并且是瞬态传导。

压力梯度：由于蒸汽注入是恒定具体的质量流，即：流入微元体质量等于流出微元体质量(参见图1),它遵循质量守恒方程：

M＝ρ₁υ₁A＝ρ₂υ₂A＝ρ_mυ_mA                 (1)

它遵循在一段时间dt中，微量体受到的冲量是Fdt＝P₁Adt+ρ_mAg cosθdzdt-P₂Adt-τ_fdt，在这段时间dt中，动量的变化是ρ₂υ₂Adt·υ₂-ρ₁υ₁Adt·υ₁＝Δ(mυ)。它遵循动量定理：

dPdz=ρmgcosθ-ρmυmdυmdz-fmρmυm24rti---(2)]]>

气体干度：鉴于由蒸汽流摩阻造成的能量损失，我们得出以下能量守恒方程：