注蒸汽井高温参数测试数据的解释模型

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1、石油仪器·80·PETROLEUMINSTRUMENTS2007年04月·方法研究·注蒸汽井高温参数测试数据的解释模型邢玉德(辽河石油勘探局工程技术研究院辽宁盘锦)摘要:针对计算井筒总传热系数的常规算法的缺点,文章提出了一种改进算法,解决了常规算法在迭代过程中出现异常温度值和迭代依赖于初值选取这两个问题,在数学上严格地证明了改进算法具有与初值无关的迭代收敛性。给出了根据井筒热损失计算结果计算井筒任意深度蒸汽干度的解析公式,建立了高温参数测试的解释模型。关键词:井筒热损失;总传热系数;蒸汽干度;算法中图法分类号:TE341文献标识码:B文章编号:1004

2、29134(2007)02200802030引言在注蒸汽井的三参数高温测试中,测量仪器测得的是井筒中各深度点的温度、压力、涡轮转速等数据,而蒸汽干度、流体流速等数据是通过数学模型计算出来的。数学模型的精确程度、数值算法的收敛性能、热物性参数的数值等因素对解释成果有很大的影响。井筒热损失计算是解释模型中非常关键的部分。井筒热损失计算归结为井筒总传热系数的迭代计算,而目前常用的迭代算法有两个缺陷:(1)算法的收敛性与初值选取关系很大,当初值与真解相距较远时,迭代算法常不收敛;(2)中间计算过程中经常出现中间计算图1注蒸汽井井筒结构示意图参数超出合理范围的异

3、常情况。针对这些缺陷,本文将井筒总传热系数的迭代计算转换成热损失速度给出了一种改进算法,避免了中间计算参数出现异常,的迭代计算,提出了震荡收敛算法,初步解决了井筒总具有较快的迭代收敛速度和与初值选取无关的迭代收传热系数常规迭代算法的缺陷[1～6]。敛性。我们还从理论上证明了改进算法的收敛性。单位长度上的径向热流速度由下式计算:根据质量守恒原理、能量守恒原理,得到了计算井q=2πrtoUto(Ts-Th)(1)筒任意井深初蒸汽干度的解析公式。式(1)中,Uto为井筒总传热系数,由下式计算:依据以上研究,建立了三参数高温测试数据解释1Uto=(2)计算的数

4、学模型,使用实测温度、压力数据,可以得到2πrtoR1⋯7其中R1⋯7=R1+R2+R3+R4+R5+R6+R7,为精度很高的井筒中蒸汽干度、流速数据。到井眼半径处的总热阻。为简化书写,我们引进下面1井筒传热过程分析的热阻缩写记号:注蒸汽井的井筒结构示意图如图1所示。n当蒸汽注入多天以后,蒸汽在井筒中的流动可以Rm⋯n=∑Rii=m认为是稳态的,其沿井筒径向的热传导过程不随时间图1中所标注的各个半径处的温度计算公式参见变化。文献[6],本文不再赘述。第一作者简介:邢玉德,男,1968年生,工程师,1992年毕业于江汉石油学院石油地质系,现在辽河石油勘探

5、局工程技术研究院主要从事复杂结构井地质研究、水平井设计和监督等技术工作。邮编:1240102007年第21卷第2期邢玉德:注蒸汽井高温参数测试数据的解释模型·81·(0)(1)令q=0.05qmax,k1=-1,k2=-1,迭代次2井筒总传热系数计算的改进算法数k=0(k)(k)为使迭代过程中不出现温度为负值的异常情况,(2)由式(9)计算M=M(q)(k)(k)要求热流速度q满足下面不等式:(3)若

6、M

7、<ε,则已经得到根为q=q,停止qR1234

8、,(k+1)(k)Tci=Te+qR678(4)q=q/2,转第(2)步。(k)(k)(k)如果要求Tci0,则令q1=q,M1=M,不等式:k1=k,转下一步。qR12345678

9、M

10、<ε,则已经得到根为q=q,停止qmax=min,(6)R1234R12345678迭代,输出计算结果。由于(9)若M(k)>0,则令q(k+1)=(q(k)+qma

11、x)/2,转TsTs-TeR678Ts+R1234Te第(7)步。-=>0R1234R12345678R1234R12345678(k)(k)(10)若M<0,则令q2=q,k2=k,转下一式(6)可以简化为下面的等式:步。Ts-Te(11)若令q(k)(k)qmax=(7)=(q1+q2)/2,计算M。R12345678(k)(k)(12)若

12、M

13、<ε,则已经得到根为q=q,停热流速度上限qmax与环空参数无关,仅由井筒结止迭代,输出计算结果。构和地层性质决定。(k)(k)(k)(13)若M>0,则令q1=q,M1=M,转第消去其余温度参数,可以得到

14、:(11)步。Ts-Te=q(R5(q)+R12345678)(8)(k)(k)(k)(14)