稠油井井筒电加热解堵时间的预测方法与流程

本发明涉及稠油油藏提高采收率，特别是涉及到一种稠油井井筒电加热解堵时间的预测方法。

背景技术：

1、我国的稠油资源相当丰富，辽河油田的稠油产量约占原油总产量的70％，胜利油田的稠油产量约占原油总产量的20％。西北局的塔河超稠油塔河油田探明地质储量约13.3亿吨，其中稠油储量约7.54亿吨(占比57％)，目前储量动用5.55亿吨。国内主要稠油油田的族组分如表1所示。

2、表1国内主要稠油油田族组分分析表

3、

4、如何实现超稠油的井筒举升是稠油生产过程中的一个重要环节，是保证稠油油藏稳产的重要举措。由于断电等异常情况导致的停井、躺井的恢复生产等会导致部分稠油井井筒的堵塞现象，必须实施井筒解堵措施后方能保障油井后期的顺利举升。目前常用的稠油油井井筒解堵的工艺包括电加热、热水循环、化学溶解剂等，电加热解堵工艺以其操作简单、适用性广等特点而得到广泛应用。为了实现电加热的高效解堵，必须针对具体井况对加热功率以及加热深度、加热时间进行优化，确定最小的加热解堵时间，一方面可以提高开井时效，另一方面可以降低未充分解堵载荷过大导致的抽油杆拉断等事故的发生。

5、稠油中的蜡质、沥青质析出，高粘是导致井筒堵塞的根本原因。稠油油井的井筒堵塞分动态和静态2种情况：

6、动态堵塞的发生机理：稠油油井生产过程中，原油从井底沿井筒举升到地面，举升过程中油水混合物的温度自井底到井口逐渐降低，原油中所含的胶质、沥青质等杂质随着温度的不断降低而逐渐析出，吸附在油筒内壁上，造成油筒内径缩小，减少了油流通道，生产时间越长，结蜡越严重，井筒会出现不同程度的堵塞现象，最严重时，造成油井停井。对于动态堵塞，需要清除吸附在油筒内壁上的蜡以保证井筒顺畅是油井正常生产的关键。

7、静态堵塞的发生机理：由于断电等异常情况导致的意外停井，或者是长停井的扶停恢复生产，开井前井筒内的油水混合物的温度接近对应深度的地层温度，而且由井底到井口温度逐渐降低，通常要远低于生产过程对应的产液温度，导致沿井筒向上的某一井段因温度低、粘度高导致的凝固现象，必须实施井筒解堵措施后方能保障油井后期的顺利举升。

8、无论井筒动态堵塞还是静态堵塞，电加热都是一种非常有效的解读方法：通常采用电热杆电加热的方法解堵，提供一定加热功率、加热深度，经过一定的加热时间后，原油达到一定温度实现顺畅流动后，实现有效举升。

9、对静止不动的井筒油水混合物进行加热，属于非稳态传热的问题，加热后的温度与井筒内容物的物性、加热功率、加热时间关系密切，需要统筹考虑方能预测解堵时间，避免时间过长浪费电力资源，同时又可避免解堵不到位对设备造成的损坏。

10、稠油油藏的生产过程中经常涉及静态井筒电加热解堵措施，但无理论技术的指导，实施过程盲目性大，不仅影响到稠油井的生产时效，还可能导致电力资源的浪费，形成一套电加热解堵的理论优化方法非常有必要。

11、在申请号：cn202022044829.5的中国专利申请中，涉及到一种连续管缆井下电伴热解堵降粘系统，包括：位于井上方的地面电源控制器，其通过输出的地面为电伴热解堵降粘系统的井下部分供电；管柱系统包括原生产管柱和底部伴热管柱，地面电连接到管柱系统；井下安全阀用于控制井筒油管通道的开启和关闭，过电缆封隔器用于封隔油套环形空间，并为井下加热电缆提供通道；加热电缆，通过地面电源控制器控制加热温度和时间，加热电缆通过管缆保护器固定在管柱系统上，管柱系统下部的加热电缆通过底部伴热管柱直至油藏中部或加热目的层位，井底还设置有防砂段顶部封隔器；加热电缆包括外层的护套、中心的铜导体以及位于护套和铜导体之间的耐温绝缘层。

12、在申请号：cn202022044829.5的中国专利申请中，涉及到一种连续管缆井下电伴热解堵降粘系统，包括：位于井上方的地面电源控制器，其通过输出的地面为电伴热解堵降粘系统的井下部分供电；管柱系统包括原生产管柱和底部伴热管柱，地面电连接到管柱系统；井下安全阀用于控制井筒油管通道的开启和关闭，过电缆封隔器用于封隔油套环形空间，并为井下加热电缆提供通道；加热电缆，通过地面电源控制器控制加热温度和时间，加热电缆通过管缆保护器固定在管柱系统上，管柱系统下部的加热电缆通过底部伴热管柱直至油藏中部或加热目的层位，井底还设置有防砂段顶部封隔器；加热电缆包括外层的护套、中心的铜导体以及位于护套和铜导体之间的耐温绝缘层。

13、在申请号：cn201320563269.1的中国专利申请中，涉及到一种井场原油加热装置和系统，属于自动控制领域。所述装置包括集热器、储存集热器收集的太阳能的集热水箱、与输油管道中的原油进行热交换的换热水箱、集热循环泵、加热循环泵、电加热器、传感器组、控制模块以及电源模块；集热器和集热水箱通过集热循环泵连通，集热水箱和换热水箱通过加热循环泵连通，换热水箱设置在输油管道的外部，电加热器设置在换热水箱中；传感器组测量集热器温度、集热水箱温度、以及原油出口温度；控制模块分别与传感器器组、集热循环泵、加热循环泵和电加热器电连接，并根据传感器组测得的集热器温度、集热水箱温度、原油出口温度控制集热循环泵、加热循环泵和电加热器的启停。

14、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解堵时间的预测方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种建立了不稳定传热过程中物质的温度与加热时间的对应关系，为现场操作提供理论指导的稠油井井筒电加热解堵时间的预测方法。

2、本发明的目的可通过如下技术措施来实现：稠油井井筒电加热解堵时间的预测方法，该稠油井井筒电加热解堵时间的预测方法包括：

3、步骤1，确定原油顺利流动温度的θoil；

4、步骤2，确定研究对象的质量；

5、步骤3，确定研究对象的水当量；

6、步骤4，确定传热系数k；

7、步骤5，确定对应深度z的地层温度tz；

8、步骤6，预测解堵时间。

9、本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：

10、在步骤1，基于实验分析油井油样，确定油样顺利流动对应的θoil，θoil作为井筒电加热的考核指标。

11、在步骤2，研究对象为对应深度z处长度1m的油管内所容纳的油水混合物。

12、在步骤2，油水混合物中原油的质量：

13、

14、式中：

15、goil——原油的质量，kg；

16、d——油管的内径，m；

17、ρoil——原油的密度，kg/m3；

18、bwat——含水，小数；

19、油水混合物中水的质量：

20、

21、式中：

22、gwat——水的质量，kg；

23、ρwat——水的密度，kg/m3；

24、

25、式中：

26、d——研究井筒的直径，m；

27、ρoil：油水混合物中原油的密度，kg/m3；

28、ρwat：油水混合物中水的密度，kg/m3；

29、bwat：含水，小数；

30、由公式⑴、公式⑵计算确定对应深度z处长度1m的油管内所容纳的油水混合物的质量。

31、在步骤3，研究对象的水当量计算公式为：

32、w＝gwat×cwat+goil×coil  ⑶

33、式中：

34、w——研究对象的水当量，w/℃；

35、cwat——水的比热，kj/(kg·℃)；

36、coil——原油的比热，kj/(kg·℃)。

37、在步骤4，计算由研究管柱的内壁-外壁-油套环空-套管-水泥环-地层的传热系数k。

38、在步骤5，建立了非稳态传热能量守恒方程：

39、w·dθ+k·(θ-tz)·dτ＝n·dτ  ⑷

40、式中：

41、w——油水混合物的水当量，w/℃；

42、k——油管内油水混合物到地层的传热系数，与混合物的物性、管柱结构、油套环空的介质、套管尺寸、地层物性这些因素有关，w/(m·℃)；

43、θ——油水混合物的温度，℃；

44、tz——对应深度z的地层温度，℃；

45、n——线加热功率，w/m；

46、τ——加热时间，s；

47、初始条件：

48、τ＝0，θ＝tz  ⑸

49、地层温度与深度的对应关系：

50、tz＝tz0+m×z  ⑹

51、式中：

52、tz0——地表年平均温度，℃；

53、z——对应的地层深度，m；

54、m——地温梯度，℃/m。

55、在步骤6，建立了温度-加热时间的对应关系，对能量守恒微分方程进行解析求解，得到对应深度点油水混合物的温度—加热功率—加热时间的对应关系：

56、

57、井口处：

58、

59、在步骤6，给定深度zm,加热功率nm,水当量wm,传热系数km，地层温度tm，要求的加热温度θm,可以预测对应的解堵时间τm:

60、

61、在步骤6，解堵时间是加热功率、传热系数、水当量、地层温度、加热温度的函数，给定油井井况后，传热系数、水当量基本保持不变，关键是根据现场条件调节加热功率，确定解堵时间。

62、本发明中的稠油井井筒电加热解堵时间的预测方法，基于井筒内物质的质量和物性、能量守恒原理，建立了不稳定传热过程中物质的温度与加热时间的对应关系，从通电加热开始计时，当物质温度上升到正常流动要求的温度时，可以开启抽油机进行举升，所需要的加热时间就是井筒解堵的时间，为现场操作提供理论指导，不但可以避免过早开抽导致的载荷过大拉断抽油杆事故的发生，同时可以避免因加热时间过长造成的资源浪费。