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1、辽宁石油化工大学毕业设计（论文）GraduationProject (Thesis) for Undergraduate of LSHU题 目TITLE学 院School专业班级Major&Class姓 名Name指导教师Supervisor20 年 月 日论文独创性声明本人所呈交的论文，是在指导教师指导下，独立进行研究和开发工作所取得的成果。除文中已特别加以注明引用的内容外，论文中不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明并致谢。本声明的法律结果由本人承担。特此声明。论文作者（签名）： 年 月 日摘 要针对稠油热采过程中
2、注入大量高温蒸汽而造成井筒部分热损失难以控制的问题，从热工角度初步分析了高温蒸汽在井筒部分的传热过程，建立了井筒及周围地层部分的二维、瞬态传热数学模型，根据所求得的温度场以及定量热损失经验公式，探讨了隔热油管视导热系数和蒸汽温度对单位长度井筒热损失的影响。研究表明：井筒单位长度热损失随着隔热油管视导热系数和蒸汽温度的增加而增加，且隔热油管视导热系数对井筒单位长度热损失的影响更大。高温高压蒸汽流经井筒段后进入油层段，蒸汽通过射孔进入油层，并与油层进行传质传热，从而形成油层热影响区域。本文利用有限元分析软件ANSYS，对辽河某热采井建立了井筒、地层和油层部分的二维、非稳态数学模型，并模拟分析了油层
3、和周围地层温度场，在此基础之上探讨了注汽时间对油层热影响区域的影响。研究表明：油层热影响区域先随着注汽时间的增大而增大，而后基本不变，且注汽时间在35天最佳。关键词：视导热系数；注汽温度；热损失；热影响区域；ANSYSAbstractFor the purpose of reducing the heat loss in the mineshaft during the steam injection process, a two dimension, unsteady state heat transfer model of the mineshaft and surrounding soi
4、l was established and then the temperature field was obtained. Base the Heat loss experience formula, the apparent heat conductivity and steam temperature to heat loss per length of the mineshaft influence were discussed. The results shown that the heat loss per length of the mineshaft increased wit
5、h the apparent heat conductivity and steam temperature increase, furthermore, the apparent heat conductivity affected larger than that of steam temperature.High temperature and high pressure steam flows through the wellbore segment backward, such as the reservoir section, the steam through the perfo
6、ration into the reservoir, and reservoir mass and heat transfer, and thus the formation of a reservoir heat-affected zone is build. Using the finite element analysis software ANSYS, a thermal recovery wellbore, formation and reservoir part of the two non-steady-state mathematical model of Liaohe was
7、 build, and simulation Analysis of the temperature field of the reservoir and surrounding strata was made, and the relationship between the time of steam injection and the reservoir heat-affected zone was discussed. The studies have shown that: at first,reservoir heat-affected regionincreased with t
8、he increase of the steam injection time, and then kept install, the time of steam injection in 3 to 5 days was the best.Keywords: Thermalconductivity; Steamtemperature; Heat loss; Heat affected zone;ANSYS目录1 绪论11.1 目的意义11.2 国内外的研究现状21.2.1 井筒热损失的研究21.2.2 油层热影响区域的研究31.3 本文的研究内容及创新点41.3.1 研究内容41.3.2 创新
9、点52 研究方法62.1 有限元分析法简介62.2 ANSYS简介62.2.1 ANSYS发展过程72.2.2 ANSYS技术特点72.2.3 ANSYS使用环境82.2.4 ANSYS程序功能82.2.5 ANSYS热分析概述92.2.6 ANSYS求解步骤93 井筒热损失113.1 问题描述113.2 数学模型的建立113.2.1 能量平衡方程113.2.2 连续介质的守恒方程133.2.3 传热过程分析143.2.4 基本假设163.2.5 控制方程163.2.6 边界条件163.3 ANSYS模拟163.3.1 建立有限元模型163.3.2 施加载荷计算173.3.3 求解183.3.
10、4 后处理183.4 模拟结果与分析183.4.1 隔热油管视导热系数对井筒热损失的影响183.4.2 注汽温度对单位长度井筒热损失的影响204 油层热影响区域224.1 问题描述224.2 数学模型的建立224.2.1 连续介质的守恒方程234.2.2 多孔介质的守恒方程254.2.3 传热过程分析264.2.4 基本假设274.2.5 边界条件274.3 ANSYS模拟274.3.1 建立有限元模型274.3.2 施加载荷计算284.3.3 求解294.3.4 后处理294.4 模拟结果与分析295 结论32参考文献33谢辞351 绪论1.1 目的意义稠油在世界石油资源中储量丰富，据统计，
11、其总量约为1000108吨，中国是世界上稠油资源丰富的国家之一，预测资源量约为198亿吨。稠油由于粘度大，流动性差等特点，常规开采方法并不适用，基于稠油对温度的敏感性特点，热力采油已成为国内外普遍认同的开采方法，即向地下油层内注入高温高压蒸汽，一方面可以提高油层温度、降低稠油粘度；另一方面可使油层压力升高、增加驱油能力。常见的热力采油方法有“蒸汽吞吐采油”和“蒸汽驱采油”两种方式。“蒸汽吞吐采油”是先向油井注入一定量的蒸汽，焖井一段时间，待蒸汽的热能向油层扩散后，再开井生产的一种开采稠油的增产方法。蒸汽吞吐作业的过程分为三个阶段，即注汽、焖井及回采。“蒸汽驱采油”是稠油油藏经过蒸汽吞吐采油之后
12、，为进一步提高采收率而采取的一项热采方法，因为蒸汽吞吐采油只能采油各个油井附近油层中的原油，在油井与油井之间还留有大量的死油区。“蒸汽驱采油”是由注入井连续不断地往油层中注入高干度的蒸汽，蒸汽不断地加热油层，从而大大降低了地层原油的粘度。注入的蒸汽在地层中变为热的流体，将原油驱赶到生产井的周围，并被采到地面上来。在注蒸汽的过程中，由于蒸汽与地层之间存在温差，蒸汽流动过程中又有摩擦阻力，因此注汽过程中存在着能量损失，注汽过程中的能量损失，特别是井筒中的能量损失，直接影响热采效果。为了有效地减少这部分能量损失，提高热采效果，需要对注汽井筒进行传热分析，进而探讨隔热油管视导热系数和蒸汽温度对单位长度
13、井筒热损失的影响，这为热采过程中热量的高效、合理利用提供了一定的理论依据。蒸汽流经井筒后进入目的层即油层，高温高压的蒸汽会通过射孔与油层进行传质传热，将热量释放给原油，使其温度升高，粘度降低，同时增加油层压力，达到驱油效果。但随着蒸汽与油层热量交换的进行，蒸汽自身温度降低，逐渐冷凝成液体，阻止热量继续扩散，会形成热影响区域。研究油层热影响区域对合理确定注汽时间和钻井位置具有重要指导意义。1.2 国内外的研究现状 井筒热损失的研究自本世纪初以来，就有许多研究者致力于井筒热损失的研究。井筒传热研究工作的先驱Ramey以能量平衡为基础，忽略了流体流动过程中动能和摩擦的影响，最先提出了考虑时间和井深影
14、响时的井筒液体温度计算的理论模型。该模型作为井筒热损研究的雏型，给出了井筒内注入气体和流体两种工质关于井深和时间的温度解析表达式，为后来的井筒热损研究奠定了基础。但该模型中的时间函数要求注入流体的时间不得小于7天，所以此模型的精度在时间小于 7 天的时候受到限制。另外该模型仅适用于单相流，并在建立模型过程中假设井筒流体的物性参数不随温度变化，这与实际物理过程不相符1。国内外许多研究者在Ramey模型的基础上继续做了多方面的研究，如Hasan和Kabir建立起井筒内两相流模型，改善了 Ramey模型仅适用于单相流的不足，此模型可用于计算井筒液体温度的分布26。Pacheco和Farouq Ali
15、以流体流动的能量平衡方程为基础，建立了能同时计算蒸汽压力和蒸汽干度的数学模型7。该模型弥补了Ramey模型中没有考虑水泥壳的影响的缺点。另外此模型结构形式较复杂。但它可以用来较精确地计算蒸汽物性和热损失随深度和时间的变化。不过此模型还用到了Ramey模型中不完善的理论，如地层时间函数f ( )的计算，所以适用精度也受到一定限制。Satter在使用Ramey模型时，考虑了注汽过程中的蒸汽相变影响，进而提出了一种预测冷凝流体干度随深度及时间变化的计算方法，模型中提出的关系式8可用于计算饱和蒸汽注入时的井筒热损失。Squier等人对热水通过井筒注入时提出了一个完整的分析方法9；Huygen和Huitt10给出了在蒸汽注入期间的井筒热损失理论和实验结果，同时指出辐射热损失的重要性；Willhite提出了完整的计算总传热系数的方法11。Holst和Flock以及Earlougher 总结前面的一些成果，并考虑了蒸汽压力的计算12,13；Eickmeier等人采用有限差分模型计算注入初期过渡过程特性14。Hasan等人又对井筒压力降和热损失计算进行了完善。但这些模型对于目前井筒注汽热损失的计算尚有一些不足，首先它们在计算过程中，把某些参数看作是不随温度变化的常量，这与实际并不完全相符
