抽油机井热洗过程中温度场的变化

1、.对抽油机井热洗过程中温度场变化的再认识摘要：本文针对抽油机井热洗过程中，当回油温度到达理想温度时而洗井效果不理想的问题进展分析，我们认为热洗过程中温度场的变化不是线性降低的，60的回油温度是液体在距井口一段间隔 内被洗井液重新加热造成的一种假象。为验证分析结果，我们从理论及现场实测等方面对抽油机井热洗过程中温度场的变化进展了认真研究，并获得了一些新的认识。主题词：抽油机井 热洗 温度场 一、前言大庆油田自开发以来，抽油机井的热洗一直是去除井下结蜡，保证抽油泵正常工作的主要措施之一。一般认为在抽油机井热洗过程中温度场的变化是线性降低的，当井口回油温度到达60时，就认为到达了热洗清蜡效果，抽油机

2、井热洗分为化蜡、排蜡、稳固三个阶段。目前，我厂有4120口抽油机井采用热洗清蜡，平均单井热洗周期为158.47天，年热洗井次为9490次，每年用于热洗的本钱为230万元，年影响采油量4万吨，热洗投入本钱较大。但是，在实际消费过程中发现，热洗效果并不理想，如监测井进展环空测试时，时常发生正常热洗后仪器在油套环空仍遇阻下不去的现象。据统计，我厂2001年下半年共有环空找水井近300口，有64口井不能测试，其中热洗后仪器仍下不去的井有42口，占测试井数的14%。针对这一情况，经进一步分析，我们认为热洗过程中温度场的变化不是线性降低的，60的回油温度是液体在距井口一段间隔 内被洗井液重新加热造成的一种

3、假象。为验证分析结果，我们对抽油机井热洗过程中的热量传导、损失及温度场的变化进展了认真研究，并获得了一些新的认识，这里与大家共同讨论，以便为今后的热洗工作提供一定的技术指导。为了准确考察热洗过程中温度场的变化情况，我们遵循事物从理论到理论，再从理论到理论的认识规律，通过理论计算和现场试验两个方面，对热洗温度场的变化情况重新加以认识。二、热洗过程中泵吸入口温度的理论计算热洗过程中，温度场的变化较为复杂，如在不同时间、不同排量、不同温度的情况下，计算井筒任意深度点的温度是比较困难的，因此这里仅计算了当热洗到达稳定状态时，抽油泵吸入口处的温度。 一物理模型的建立 由于地温由地心至地表呈线性降低，当洗

4、井液向下流动时将热量传给地层及油管内的液体，环空中的洗井液温度沿井筒向下不断下降，相反，油管中的液体温度沿井筒向上不断升高，井筒沿轴向属于非稳态传热状况。热洗到达一定时间后，沿井筒某一深度的径向散热量趋于稳定，此时，油套环空中的洗井液一方面通过对流换热将热量传给套管内壁，再从套管内壁通过导热传给套管外壁、水泥环及地层；另一方面油套环空中的洗井液通过对流换热将热量传给油管外壁，再通过导热把热量传给油管内壁，最后通过对流换热将热量传给油管内的液体。其热传递过程见井筒构造示意图。井筒构造示意图1油管内返出液 2油管 3洗井液4套管 5水泥环 6沉积岩二数学模型根据物理模型中的温度变化，我们采用简化的

5、计算方法，作出如下假设：1、油管内对流换热系数1及套管内的对流换热系数2取全井管柱的平均值按水处理；2、沿径向传热为稳态传热；3、沿轴向为非稳态传热；4、除水以外，其它所有物性都为常数；5、套管中洗井液到达泵口时的温度与油管中从泵吸入口处抽出的液体温度一样。在井筒构造示意图中沿轴向，列能量守恒方程如下：m2 Cp2 t2 t0= m1 Cp1t1 t0H/Rt2+t0/2-ts 1式中：m2套管中洗井液的质量流率kg/s； Cp2套管中水的比热J/kg·； t2套管中洗井液的温度，； t0套管及油管中洗井液在泵吸入口处的温度，； m1油管中洗井液的质量流率kg/s； Cp1油管中水的

6、比热J/kg·； t1油管出口液体的温度，； H下泵深度，m； R单位管长热阻； ts地层温度，。 R热阻，R=R3+R4+R5+R6； 2 R3套管中的洗井液与套管内壁的单位管长对流换热热阻； R4金属套管壁单位管长导热热阻; R5水泥环单位管长导热热阻; R6地层单位长度导热热阻。各项热阻的计算公式如下： 3 4 5 6 7 8 9式中： d3套管内径,m； d4套管外径,m； d5水泥环外径,m； d6地层直径,m； 3套管内水的导热系数，W/m·K； 4套管壁的导热系数，W/m·K； 5水泥环的导热系数,W/m·K； 6地层的导热系数，W/m&#

7、183;K； 2洗井液的流动速度，m/s； 2洗井液的运动粘度，m2/s。三计算结果 根据前面给出和推导的计算公式，我们以南4-丁2-336井为例，取其物性参数为：油管导热系数为 220W/m·K；套管导热系数为 420W/m·K；水泥环导热系数为 50.58W/m·K；沉积岩导热系数为 65W/m·K；油管内径 d1=62mm；油管外径 d2=73mm；套管内径 d3=124mm；套管外径 d4=140mm；水泥环外径 d5=180mm；地层外径 d6=680mm；泵挂深度 H=969m；水的物性由相关物性表来确定。按目前的热洗操作规程要求，洗井液入口

8、温度为750C，排量为35立方米，将数据代入上述相应公式，经计算机计算，得出t0，即：抽油泵吸入口的温度为52.10C。据此，为了验证理论计算与实际过程的差异，我们进展了现场试验。三、现场试验实测情况 为了详细观察热洗过程中井筒井温的变化情况，我们选择了不同产量的具有一定代表意义的南4丁2336和高189-603抽油机井进展了热洗试验，并采用井温测井方法对两口井洗井前、洗井过程中及洗井后温度场的变化情况进展测试，详细试验测试情况如下。 一试验方案1、试验目的：观察抽油机井热洗过程中油套环空中温度场的变化。 2、南4丁2336井1根底数据：套管标准：140mm射孔井段：1001.21171.40

9、m人工井底：1213m油层中部：1086.30m套补距：1.61m上次施工：98年8月9日2测前井下管柱情况：南4-丁2-336井测前管柱图见南4丁2336井测前管柱图消费管柱： 导锥、筛管、防蜡器各一个，泵挂深968.08米，完井深979.17米。 堵水管柱：丢手接头、定位器各一个，5级细分堵水封隔器，完井深988.571185.80米。 3测前消费情况：产液：85t/d 产油：8t/d 含水：90.3%泵效：58.7% 流压：3.11MPa 泵口压力：2.29MPa 液面：723.2m 漂浮度：244.88m 功图：正常热洗周期：134天 3、高189-603井1根底数据：套管标准：140

10、mm套补距：2.08m人工井底：1237.54m油层中部：1133m上次施工：2000年4月24日 高189-603井测前管柱图2测前井下管柱情况：见高189-603井测前管柱图导锥、筛管、防蜡器各一个，泵挂深995.06米，完井深1005.35米。 3测前消费情况： 产液：14t/d 产油：3t/d 含水：76.8% 泵效：37.1% 流压：2.18MPa 泵口压力：1.25MPa 液面：810.45m 漂浮度：184.61m 功图：气影响 热洗周期：96天 4、测试过程 1洗井前测一条全井井温曲线。 2洗井30分钟后，从泵吸入口至井口测一条井温曲线。 3当井口回油温度达60时，从井口至泵吸

11、入口测一条井温曲线。 4反复测试抽油泵吸入口处井温变化情况。 5其余全井井温测试工作量由抽油泵吸入口处温度变化情况现场确定。 二测试结果1、南4丁2336井测试结果此次试验测试了洗井前、洗井过程中及洗井后油套环空中温度的变化值，共测试了七条井温测井曲线，详细结果见附图南4-丁2-336井温测井曲线。由实测结果绘制了南4-丁2-336井井温测试结果表及抽油泵吸入口温度变化曲线，由表、曲线可以看出：当开场洗井时泵吸入口温度是降低的，随着洗井时间的延长，温度才缓慢升高，其变化幅度较小。分析原因是由于洗井时低温液体被洗井液携带推至泵吸入口处，致使抽油泵吸入口温度降低。当洗井时间达22小时时，抽油泵吸入

12、口温度由46.60C升高到51.50C，仅升高了4.90C。南4-丁2-336井温测试表测试曲线洗井时间h套管井口温度0C泵口温度0C油管井口温度0C备注第条曲线31.70C46.60C400C洗井前井温曲线第条曲线0.7650C42.80C600C14：40开场洗井，洗井排量35m3.第条曲线3.372.40C48.10C670C第条曲线3.5700C48.50C670C第条曲线20.8690C510C670C第条曲线22710C51.50C700C2、高189-603井测试结果此次试验测试了洗井前、洗井过程中油套环空中温度的变化值，共测试了四条井温测试曲线，详细结果见附图高189-603井

13、温测井曲线。由实测结果绘制了高189-603井井温测试表。高189-603井温测试表测试曲线洗井时间h套管井口温 度0C泵口温度0C油管井口温 度0C备注第条曲线300C50.80C320C洗井前井温曲线第条曲线1.2750C44.20C750C11:20开场洗井第条曲线3.8750C44.80C750C第条曲线23750C46.00C750C 三理论计算与实测比照由于理论计算是在洗井达稳定状态下的泵吸入口的温度，没有考虑不同时间、不同排量、不同温度等情况，计算出的结果是抽油泵吸入口处温度最高能到达多少。如南4丁2336井，计算的泵吸入口温度为52.1 0C，实测结果是：当洗井22小时时，泵吸

14、入口温度由46.60C升高到51.5 0C，实测与计算结果根本一致。假设按目前的洗井时间要求一般4小时不可能到达稳态，因此，在实际洗井过程中，泵吸入口的温度将更低。四、热洗效果的评价及分析1、按抽油机井热洗规程要求，洗井液进口温度为75 0C以上，回油温度须到达60 0C，洗井时间一般4小时左右，排量一般控制在3040立方米。从理论计算及实测数据分析，温度场变化不是线性降低的，回油温度60 0C是洗井液在油管内上返过程中距井口300米左右一段间隔 里，被洗井液重新加热造成的回油温度达60 0C，这与我们的认识是相吻合的，因此有必要对抽油机井的热洗重新加以认识。见热洗过程中井筒温度场变化示意图。

15、2、从热洗过程中实测的井温变化情况可以看出，洗井液温度与地层及油管的热传导、热交换、对流是较快的，洗井液温度损失较大。观察两口不同产量井的热洗回油温度变化速度，发现低产井井口回油温度升高的较快，分析原因是由于低产井产量低，液体在油管内流速较慢，与油套环空中的洗井液热交换较充分。想象的热洗过程中井温变化 实际热洗过程中井温变化3、根据实测井温曲线绘制了井筒内同一温度点500C、550C、600C随洗井时间的变化情况表及井筒内600C温度点随时间的变化曲线。从表和曲线可以看出：当洗井时间达3小时后，600C温度点位于280米深度，当洗井23.6小时后，600C温度点位于410米深度，所以在现行的热

16、洗工况条件下使井筒温度全部到达600C是不可能的。南4-丁2-336井同一温度点深度与时间的关系表 温度0C 第条曲线 第条曲线 第条曲线 第条曲线 第条曲线深度m时间h深度m时间h深度m时间h深度m时间h深度m时间h602401.928033205.232020.541023.6553401.74603.3540552020.862023.2504401.57103.78004.44、根据实测井温曲线绘制了井筒内同一深度点在不同洗井时间内的温度变化情况表及310米、410米深度不同时间内温度变化曲线。南4-丁2-336井同一深度点温度与时间的关系表测试曲线深度210米时间小时22.85.42

17、0.323.9温度度61.162.962.563.866.4深度310米时间小时1.835.320.523.7温度度56.35960.460.262.95深度410米时间小时1.63.25.120.723.5温度度51.856.157.957.660深度510米时间小时1.43.34.920.923.3温度度4753.555.555.357.1深度610米时间小时1.33.54.72123.1温度度45.251.453.353.455.1深度710米时间小时1.13.74.521.222.9温度度43.15051.552.453.4深度810米时间小时0.93.84.321.422.7温度度4

18、2.248.949.951.652.4深度910米时间小时0.844.121.622.5温度度42.348.248.851.151.7由表和曲线可以看出：当洗井排量、温度一定时，井筒内某一点的温度与时间的关系是对数关系，并且随热洗时间的延长井筒温度上升的较缓慢。例如：南4-丁2-336井，假设热洗时间达48小时，310米深度的温度可达650C，410米深度的温度可达630C，510米深度的温度可达59.80C。5、为了更好地评价热洗清蜡的效果，我们在试验室条件下，作了溶蜡试验。将现场取的蜡样，放在水中加热，温度点分别取450C、500C、550C、600C，加热时间为4小时，观察蜡样的变化情况，蜡样在500C600C时变软，蜡样溶解的温度是600C，说明：在洗井4小时之内，300米以下深度，原来析出蜡仍然以晶体形式存在，只是在300米以上才开场溶化，这一结果可以用来解释油井在300500米处结蜡严重的原因。6、通过上述