空心抽油桿熱洗清蠟工藝井筒溫度場計算

傅作均，韓軍，張建民，張永軍

（吐哈油田公司機械廠，新疆 哈密 839000）

溫米油區(qū)有低壓井機采井約80口，井深2600m，平均粘度5～10mPa·s，原油平均蠟含量12%。常規(guī)油套反洗清蠟工藝會造成嚴重漏失和污染，目前采用刮蠟器機械清蠟?？招某橛蜅U熱洗清蠟工藝是針對油田低壓機采井的熱洗清蠟問題而開發(fā)，2019年開始在溫米油區(qū)進行試驗。熱洗過程中井筒溫度高低是評價該工藝清蠟效果的重要依據(jù)，但目前無檢測方法，只能通過油井載荷變化來籠統(tǒng)判定清蠟效果。國內(nèi)對該工藝井筒溫度場分布的相關(guān)研究較少，難度較大，筆者通過有限元法對該工藝井筒溫度場進行研究。

1 空心抽油桿熱洗工藝有限元模型

1．1 工藝流程

工藝流程如圖1，熱介質(zhì)從空心抽油桿注入，經(jīng)井下單流進入油管并返回地面流程管線。

1．2 基本控制方程

流體溫度場計算方程包括連續(xù)性方程、標準κ-ε模型湍動能和耗散率方程、能量方程。

圖1

標準κ-ε模型湍動能和耗散率方程：

能量方程：

1．3 計算假設(shè)

（1）套管氣溫度與地層溫度相同并呈線性分布，假設(shè)氣體溫度恒定不變，由于氣體導熱系數(shù)很低，忽略套管氣、套管、地層巖石間的換熱。

（2）假設(shè)材料熱物性參數(shù)恒定不變。

（3）假設(shè)流體為單相不可壓縮。

1．4 模型建立與網(wǎng)格劃分

溫米油區(qū)油井結(jié)蠟段為200～800m井段，空心抽油桿深1000m，使用φ36×6空心抽油桿和2-7/8英寸油管，熱洗介質(zhì)為清水。

建立1015m井段軸對稱2D模型，用線模擬空心抽油桿、油管的管壁厚度，采用Block法劃分四邊形網(wǎng)格，在各固體壁面附近提高單元密度，模型單元總數(shù)為556751。

1．5 模擬條件

入口溫度和流量是影響井筒溫度場的主要因素，本文分別計算比較在入口溫度為100℃時，2m3/h、6.5m3/h、10m3/h三種入口流量條件下和在入口流量為6.5m3/h時，80℃、100℃、120℃三種入口溫度條件下的井筒溫度場分布。

地溫梯度2.3℃/100m，恒溫層溫度11.3℃，使用軟件UDF功能設(shè)置套管氣溫度。出口壓力0.5MPa，管壁粗糙度0.3mm。

2 計算結(jié)果與討論

2．1 入口流量對井筒溫度場的影響

圖3為入口溫度100℃，入口流量2m3/h、6.5m3/h條件下的空心抽油桿/油管井溫曲線。

圖2 不同入口流量下空心抽油桿/油管介質(zhì)溫度曲線

從圖2知，100℃-2m3/h入口條件下，由于流速慢，介質(zhì)熱量在0～300m井段全部損耗，油管內(nèi)水溫降至22℃，300-1000m井段的地層溫度已高于井筒溫度，地層加熱井筒，溫度緩慢升高至25℃，出口溫度為76℃，清蠟深度不到50m。

100℃-6.5m3/h入口條件下，由于流速加快，更多熱量進入井筒下段，800m處油管水溫為55℃，出口溫度91℃，滿足溫米油井清蠟要求。

100℃-10m3/h入口條件下，出口溫度92℃，1000m處油管水溫65℃，清蠟深度達1000m。

計算結(jié)果表明，井筒溫度隨著井深而逐漸降低，相同入口溫度下，油管介質(zhì)溫度隨入口流量增加而增加，因此，流量越大，清蠟效果越好。

2．2 入口溫度對井筒溫度場的影響

圖3為6.5m3/h入口流量，入口溫度80℃、120℃條件下的空心抽油桿/油管介質(zhì)井溫曲線。

從圖3知：80℃-6.5m3/h入口條件下，出口溫度70℃，350m處油管介質(zhì)溫度為55℃。

120℃-6.5m3/h入口條件下，出口溫度達106℃，1000m處油管介質(zhì)溫度為55℃。

計算結(jié)果表明，入口流量相同，井筒溫度隨著入口溫度的增加而增加，溫度越高，清蠟效果越好，但超過100℃后，由于熱損失加劇，井底溫度升幅不到2℃，因此，入口溫度超過100℃時，繼續(xù)升高溫度對井底清蠟效果影響不大。

圖3 不同入口溫度下空心抽油桿/油管介質(zhì)溫度曲線

3 現(xiàn)場試驗

按照100℃-6.5m3/h入口條件，在溫西3-205井進行試驗，用液18m3，出口溫度達88℃，熱洗4h，洗后最大載荷降低2.28kN，最小載荷降低6.7kN，效果良好。

4 結(jié)語

（1）模擬了空心抽油桿熱洗清蠟工藝在不同入口工藝參數(shù)下井筒溫度分布情況和變化規(guī)律，為該工藝選擇合理工藝參數(shù)有一定參考價值。

（2）通過計算得出，入口排量超過6.5m3/h、溫度超過100℃，清蠟深度能達到800m，經(jīng)現(xiàn)場試驗，滿足溫米油區(qū)油井的清蠟要求，入口排量越大、溫度越高，效果越好。