1、對抽油機井熱洗過程中溫度場變化的再認識摘要：本文針對抽油機井熱洗過程中，當回油溫度達到理想溫度時而洗井效果不理想的問題進行分析，我們認為熱洗過程中溫度場的變化不是線性降低的，60c的回油溫度是液體在距井口一段距離內(nèi)被洗井液重新加熱造成的一種假象。為驗證分析結果，我們從理論及現(xiàn)場實測等方面對抽油機井熱洗過程中溫度場的變化進行了認真研究，并取得了一些新的認識。主題詞：抽油機井熱洗溫度場一、前言大慶油田自開發(fā)以來，抽油機井的熱洗一直是清除井下結蠟，保證抽油泵正常工作的主要措施之一。一般認為在抽油機井熱洗過程中溫度場的變化是線性降低的，當井口回油溫度達到60c時，就認為達到了熱洗清蠟效果，抽油機井熱洗

2、分為化蠟、排蠟、鞏固三個階段。目前，我廠有4120口抽油機井采用熱洗清蠟，平均單井熱洗周期為158.47天，年熱洗井次為9490次，每年用于熱洗的成本為230萬元，年影響采油量4萬噸，熱洗投入成本較大。但是，在實際生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)，熱洗效果并不理想，如監(jiān)測井進行環(huán)空測試時，時常發(fā)生正常熱洗后儀器在油套環(huán)空仍遇阻下不去的現(xiàn)象。據(jù)統(tǒng)計，我廠2001年下半年共有環(huán)空找水井近300，有64口井不能測試，其中熱洗后儀器仍下不去的井有42口，占測試井數(shù)的14%針對這一情況，經(jīng)進一步分析，我們認為熱洗過程中溫度場的變化不是線性降低的，60c的回油溫度是液體在距井口一段距離內(nèi)被洗井液重新加熱造成的一種假象。為驗

3、證分析結果，我們對抽油機井熱洗過程中的熱量傳導、損失及溫度場的變化進行了認真研究，并取得了一些新的認識，這里與大家共同探討，以便為今后的熱洗工作提供一定的技術指導。為了準確考察熱洗過程中溫度場的變化情況，我們遵循事物從實踐到理論，再從理論到實踐的認識規(guī)律，通過理論計算和現(xiàn)場試驗兩個方面，對熱洗溫度場的變化情況重新加以認識。二、熱洗過程中泵吸入口溫度的理論計算熱洗過程中，溫度場的變化較為復雜，如在不同時間、不同排量、不同溫度的情況下，計算井筒任意深度點的溫度是比較困難的，因此這里僅計算了當熱洗達到穩(wěn)定狀態(tài)時，抽油泵吸入口處的溫度。（一）物理模型的建立由于地溫由地心至地表呈線性降低，當洗井液向下流

4、動時將熱量傳給地層及油管內(nèi)的液體，環(huán)空中的洗井液溫度沿井筒向下不斷下降，相反，油管中的液體溫度沿井筒向上不斷升高，井筒沿軸向?qū)儆诜欠€(wěn)態(tài)傳熱狀況。熱洗達到一定時間后，沿井筒某一深度的徑向散熱量趨于穩(wěn)定，此時，油套環(huán)空中的洗井液一方面通過對流換熱將熱量傳給套管內(nèi)壁，再從套管內(nèi)壁通過導熱傳給套管外壁、水泥環(huán)及地層；另一方面油套環(huán)空中的洗井液通過對流換熱將熱量傳給油管外壁，再通過導熱把熱量傳給油管內(nèi)壁，最后通過對流換熱將熱量傳給油管內(nèi)的液體。其熱傳遞過程見井筒結構示意圖。(二)數(shù)學模型i23456d2d3d41d5一d6依據(jù)物理模型中的溫度變化，我們采用簡化的計算方法，作出如下假設：1、油管內(nèi)對流換熱

5、系數(shù)ai及套管內(nèi)的對流換熱系數(shù)a2取全井管柱的平均值(按水處理)；2、沿徑向傳熱為穩(wěn)態(tài)傳熱；3、沿軸向為非穩(wěn)態(tài)傳熱；x井筒結構示意圖i一油管內(nèi)返出液2油管3一洗井液4套管5水泥環(huán)6沉積巖4、除水以外，其它所有物性都為常數(shù)；5、套管中洗井液到達泵口時的溫度與油管中從泵吸入口處抽出的液體溫度相同。在井筒結構示意圖中沿軸向，列能量守恒方程如下：m2Cp2(t2't0)=miCpi(ti"t0)+H/R(t2'+t0)/2-ts)(1)式中：m2一套管中洗井液的質(zhì)量流率kg/s;Cp2一套管中水的比熱J/kgC；t2'一套管中洗井液的溫度，C；to一套管及油管中洗井液

6、在泵吸入口處的溫度，C；mi油管中洗井液的質(zhì)量流率kg/s;Cpi一油管中水的比熱J/kgC；ti一油管出口液體的溫度，C；H一下泵深度，m；R一單位管長熱阻；ts地層溫度，C。R熱阻，R=R+R+R+R;R3一套管中的洗井液與套管內(nèi)壁的單位管長對流換熱熱阻;R4金屬套管壁單位管長導熱熱阻R5水泥環(huán)單位管長導熱熱阻；R6地層單位長度導熱熱阻。各項熱阻的計算公式如下：R31二2二d3(3)二2=Nu2d21Nu2=0.0296R18Pr2(4)(5)Re2-2d2/2(6)R4lnd4d3R512二-5lnd_5d4R6ln2二6d6d5(7)(8)(9)式中：d3套管內(nèi)徑，m；d4一套管外徑，

7、m;d5水泥環(huán)外徑，m;d6地層直徑，m;入3套管內(nèi)水的導熱系數(shù)，W/m-K;入4套管壁的導熱系數(shù)，W/m-K;入5水泥環(huán)的導熱系數(shù)，W/mK;入6地層的導熱系數(shù)，W/m-K;co2一洗井液的流動速度，m/s;2U2一洗井椒的運動粘度，m/s。（三）計算結果根據(jù)前面給出和推導的計算公式，我們以南4-丁2-336井為例，取其物性參數(shù)為:油管導熱系數(shù)為套管導熱系數(shù)為水泥環(huán)導熱系數(shù)為沉積巖導熱系數(shù)為油管內(nèi)徑d油管外徑d套管內(nèi)徑d套管外徑d水泥環(huán)外徑地層外徑泵掛深度入2=20W/(m-K);入4=20W/(m-K);入5=0.58W/(m-K);入6=5W/(m-K);i=62mm2=73mm3=12

8、4mm4=140mmd5=180mmd6=680mmH=969m;水的物性由相關物性表來確定。按目前的熱洗操作規(guī)程要求，洗井液入口溫度為750C,排量為35立方米，將數(shù)據(jù)代入上述相應公式，經(jīng)計算機計算，得出t。，即：抽油泵吸入口的溫度為52.1°C。據(jù)此，為了驗證理論計算與實際過程的差別，我們進行了現(xiàn)場試驗。三、現(xiàn)場試驗實測情況為了詳細觀察熱洗過程中井筒井溫的變化情況，我們選擇了不同產(chǎn)量的具有一定代表意義的南4丁2336和高189-603抽油機井進行了熱洗試驗，并采用井溫測井方法對兩口井洗井前、洗井過程中及洗井后溫度場的變化情況進行測試，具體試驗測試情況如下。（一）試驗方案1、試驗目

9、的：觀察抽油機井熱洗過程中油套環(huán)空中溫度場的變化。2、南4丁2336井(1)基礎數(shù)據(jù)：套管規(guī)范：140mm射孔井段：1001.2-1171.40m人工井底：1213m油層中部：1086.30m套補距：1.61m上次施工：98年8月9日(2)測前井下管柱情況：見南4丁2336井測前管柱圖生產(chǎn)管柱：導錐、篩管、防蠟器各一個，泵掛深堵水管柱：丟手接頭、定位器各一個,(3)測前生產(chǎn)情況：產(chǎn)液：85t/d泵效：58.7%液面：723.2m熱洗周期：134天3、高189-603井(1)基礎數(shù)據(jù)：套管規(guī)范：140mm套補距：2.08m人工井底：1237.54m油層中部：1133m上次施工：2000年4月(2

10、)測前井下管柱情況：佇日中壁阿卡.“已笈凄16電白臺力.片m產(chǎn).修1E=6Hcis7導：電召丁哈.工字0114蕓OBS.B7XXX丹一4±IWWXX114封所窗-y于XX粒EMnybEmu南4-丁2-336井測前管柱圖968.08米，完井深979.17米。5級細分堵水封隔胃產(chǎn)油：8t/d流壓：3.11MPa沉沒度：244.88m完井深988.571185.80米。含水：90.3%泵口壓力：2.29MPa功圖：正常24日見高189-603井測前管柱圖導錐、篩管、防蠟器各一個，泵掛深995.06米，完井深1005.35米。(3)測前生產(chǎn)情況:產(chǎn)液：14t/d產(chǎn)油：3t/d含水：76.8%

11、泵效：37.1%流壓：2.18MPa泵口壓力：1.25MPa液面：810.45m沉沒度：184.61m功圖：氣影響熱洗周期：96天4、測試過程(1)洗井前測一條全井井溫曲線。(2)洗井30分鐘后，從泵吸入口至井口測一條井溫曲線。(3)當井口回油溫度達60c時，從井口至泵吸入口測一條井溫曲線。(4)反復測試抽油泵吸入口處井溫變化情況。(5)其余全井井溫測試工作量由抽油泵吸入口處溫度變化情況現(xiàn)場確定。(二)測試結果1、南4丁2336井測試結果此次試驗測試了洗井前、洗井過程中及洗井后油套環(huán)空中溫度的變化值，共測試了七條井溫測井曲線，具體結果見附圖(南4-丁2-336井溫測井曲線)。由實測結果繪制了南

12、4-丁2-336井井溫測試結果表及抽油泵吸入口溫度變化曲線，由表、曲線可以看出：當開始洗井時泵吸入口溫度是降低的，隨著洗井時間的延長，溫度才緩慢升高，其變化幅度較小。分析原因是由于洗井時低溫液體被洗井液攜帶推至泵吸入口處，致使抽油泵吸入口溫度降低。當洗井時間達22小時時，抽油泵吸入口溫度由46.6°C升高到51.5°C,僅升高了4.9°C。南4-丁2-336井溫測試表測試曲線洗井時間(h)套管井口溫度(00泵口溫度(0c)油管井口溫度(0c)備注第I條曲線31.70c46.60c400C洗井前井溫曲線第n條曲線0.7650C42.80C600C14:40開始洗井，

13、洗井排量356第出條曲線3.372.40c48.10C670C第IV條曲線3.5700C48.50C670C第V條曲線20.8690C510C670C第V1條曲線22710C51.50C700C80時間(小時)泵口溫度一=套管井口溫度.油管井口溫度泵吸入口溫度變化曲線2、高189-603井測試結果此次試驗測試了洗井前、洗井過程中油套環(huán)空中溫度的變化值，共測試了四條井溫測試曲線，具體結果見附圖(高189-603井溫測井曲線)。由實測結果繪制了高189-603井井溫測試表。高189-603井溫測試表測試曲線洗井時間(h)套管井口溫度0(C)泵口溫度0(C)油管井口溫度0(C)備注第I條曲線300C

14、50.80c320C洗井前井溫曲線第n條曲線1.2750C44.20C750C11:20開始洗井第出條曲線3.8750C44.80C750C第IV條曲線23750C46.00C750C(三)理論計算與實測對比由于理論計算是在洗井達穩(wěn)定狀態(tài)下的泵吸入口的溫度，沒有考慮不同時間、不同排量、不同溫度等情況，計算出的結果是抽油泵吸入口處溫度最高能達到多少。如南4-丁2336井，計算的泵吸入口溫度為52.1°C,實測結果是：當洗井22小時時，泵吸入口溫度由46.60C升高到51.50C,實測與計算結果基本一致。如果按目前的洗井時間要求(一般4小時)不可能達到穩(wěn)態(tài)，因此，在實際洗井過程中，泵吸入

15、口的溫度將更低。四、熱洗效果的評價及分析1、按抽油機井熱洗規(guī)程要求，洗井液進口溫度為750c以上，回油溫度須達到600C,洗井時間一般4小時左右，排量一般控制在3040立方米。從理論計算及實測數(shù)據(jù)分析，溫度場變化不是線性降低的，回油溫度600c是洗井液在油管內(nèi)上返過程中距井口300米左右一段距離里，被洗井液重新加熱造成的回油溫度達60°C,這與我們的認識是相吻合的,因此有必要對抽油機井的熱洗重新加以認識。見熱洗過程中井筒溫度場變化示意圖。2、從熱洗過程中實測的井溫變化情況可以看出，洗井液溫度與地層及油管的熱傳導、熱交換、對流是較快的，洗井液溫度損失較大。觀察兩口不同產(chǎn)量井的熱洗回油溫

16、度變化速度，發(fā)現(xiàn)低產(chǎn)井井口回油溫度升高的較快，分析原因是由于低產(chǎn)井產(chǎn)量低，液體在油管內(nèi)流速較慢，與油套環(huán)空中的洗井液熱交換較充分。3、根據(jù)實測井溫曲線繪制了井筒內(nèi)同一溫度點(500c550c60°C)隨洗井時間的變化情況表及井筒內(nèi)600C溫度點隨時間的變化曲線。從表和曲線可以看出：當洗井時間達3小時后，600C溫度點位于280米深度，當洗井23.6小時后，600C溫度點位于410米深度，所以在現(xiàn)行的熱洗工況條件下使井筒溫度全部達到600C是不可能的。南4-丁2-336井同一溫度點深度與時間的關系表溫度(0C)第n條曲線第出條曲線第IV條曲線第V條曲線第V1條曲線深度(m)時間(h)深

17、度(mD時間(h)深度(m)時間(h)深度(m)時間(h)深度(m)時間(h)602401.928033205.232020.541023.6553401.74603.3540552020.862023.2504401.57103.78004.4時間(小時)井筒內(nèi)60度溫度點隨時間的變化84、根據(jù)實測井溫曲線繪制了井筒內(nèi)同一深度點在不同洗井時間內(nèi)的溫度變化情況表及310米、410米深度不同時間內(nèi)溫度變化曲線。南4-T2-336井同一深度點溫度與時間的關系表測試曲線nmWVVI深度210米時間（小時）22.85.420.323.9溫度（度）61.162.962.563.866.4深度310米時間

18、（小時）1.835.320.523.7溫度（度）56.35960.460.262.95深度410米時間（小時）1.63.25.120.723.5溫度（度）51.856.157.957.660深度510米時間（小時）1.43.34.920.923.3溫度（度）4753.555.555.357.1深度610米時間（小時）1.33.54.72123.1溫度（度）45.251.453.353.455.1深度710米時間（小時）1.13.74.521.222.9溫度（度）43.15051.552.453.4深度810米時間（小時）0.93.84.321.422.7溫度（度）42.248.949.951.

19、652.4深度910米時間（小時）0.844.121.622.5溫度（度）42.348.248.851.151.7由表和曲線可以看出：當洗井排量、溫度一定時，井筒內(nèi)某一點的溫度與時間的關系是對數(shù)關系，并且隨熱洗時間的延長井筒溫度上升的較緩慢。例如：南4-丁2-336井，如果熱洗時間達48小時，310米深度的溫度可達65°C,410米深度的溫度可達63°C,510米深時間（小時）溫度變化曲線溫度回歸曲線410米深度不同時間內(nèi)溫度的變化度的溫度可達59.8°C時間（小時）05101520255055i60:65溫70y=2.3962Ln（x）+55.757一溫度變化曲

20、線溫度回歸曲線310米深度不同時間內(nèi)溫度的變化5、為了更好地評價熱洗清蠟的效果，我們在試驗室條件下，作了溶蠟試驗。將現(xiàn)場取的蠟樣，放在水中加熱，溫度點分別取450c500c550C、60七，力口熱時間為4小時，觀察蠟樣的變化情況，蠟樣在500C600C時變軟，蠟樣溶解的溫度是600C,表明：在洗井4小時之內(nèi)，300米以下深度，原來析出蠟仍然以晶體形式存在，只是在300米以上才開始溶化,這一結果可以用來解釋油井在300500米處結蠟嚴重的原因。6、通過上述分析，對熱洗過程中溫度場的變化有了新的認識，分析熱洗的作用主要是在熱洗過程中，由于排量的增加，洗井液對軟蠟及蠟的結晶體具有沖刷作用，對于蠟塊較小,與管壁粘結面積也較小，蠟可以變軟與管壁脫離，被洗井液沖走；而對于大塊、較厚的硬蠟,在洗井過程中，由于洗井時間、溫度、排量的關系，不能使硬蠟完全變軟或溶化，也不能使蠟與管壁完全脫離，因此出現(xiàn)了前面提到的熱洗后儀器仍下不去的現(xiàn)象。五、對抽油機井熱洗的建議及認識通過理論計算及現(xiàn)場實測，對抽油機井熱洗過場中溫度場的變化有了重新認識，抽油機井的熱洗不能完全達到化蠟、排蠟、鞏固的目的，我們認為目前抽油機井的熱洗只能在一定程度上