SAGD快速启动过程井筒-地层耦合传热传质模型及应用

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1、中图分类号：TE345单位代码：11414学号：2014312043题目SAGD快速启动过程井筒-地层耦合传热传质模型及应用学科专业油气田开发工程研究方向油气田开发理论与系统工程博士生田杰指导教师刘慧卿教授二○一七年五月WellBore-FormationCoupledHeatandMassTransferModelforSAGDQuickStartProcessandItsApplicationDissertationsubmittedtoChinaUniversityofPetroleum,Beijing

2、inpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofDoctorofEngineering(OrDoctorofNaturalScience)ByTianJie（Oil-GasFieldDevelopmentEngineering）DissertationSupervisorProf.LiuHuiqingMay,2017摘要摘要SAGD是目前开采特稠油和超稠油的一项较为前沿的技术。在正式转入SAGD生产阶段之前，要对井周围以及井间的区域进行预热，从而使原油黏度

3、降低，同时两井之间达到水力和热力连通，这一阶段被称为SAGD预热阶段或者SAGD启动阶段。在SAGD启动阶段中所使用的加热方式有多种，其中一种是蒸汽循环。对于常规的蒸汽循环预热过程而言，由于原油黏度高，使得蒸汽循环预热周期过长，加大操作成本，严重影响最终的开发效益。鉴于此，有学者提出了扩容加快预热的方法：先向地层内注入高压的蒸汽或者热水在井周围形成扩容区，再进行蒸汽循环。先对地层进行扩容处理的目的是为了通过提高井间以及近井地带的孔隙度和渗透率，使热量的传递过程由单一的热传导变为热传导和热对流，加快井间温度的升

4、高，从而缩短达到一定温度所需要的时间。这样，通过扩容缩短预热时间称为快速启动。目前对于SAGD启动过程传热传质的研究存在以下的问题：①现有的蒸汽循环模型几乎全部未考虑蒸汽进入地层；②没有考虑扩容区的存在，更没有考虑扩容区形态、大小、扩容区渗透率等参数对蒸汽循环过程的影响；③现有多数计算模型均只考虑单井的循环过程，没有考虑两井同时循环时可能存在的两井相互影响。针对这些问题，本文以传热学、热物理学、渗流力学以及流体力学等多个学科的理论为基础，对SAGD快速启动过程井筒-地层传热传质进行了系统的研究与分析。首先以长

5、短管管柱结构为研究对象，对考虑扩容区吸汽影响的单井和两井井筒多相流传热传质过程进行了表征，分别给出了长管和环空中蒸汽流动和传热过程的计算式，建立了多相流传热传质数学模型。其次，结合矿场实际情况，提出了扩容区简化方案，在此基础上对考虑扩容区影响的单井和两井井筒-地层传热传质过程进行了表征，分别给出了扩容区和原状地层温度压力计算式，建立了井筒-地层耦合传热传质模型。再次，结合所建立的单井和两井蒸汽循环模型，逐一分析了模型中需要确定和获取的中间变量，给出了模型整体求解思路和流程，并依据我国新疆油田某区块的实际参数，

6、对模型进行了求解。最后，以模型求解结果为基础，分析了单井和两井蒸汽循环过程中井筒内、井筒和扩容区之间，扩容区和原状地层之间的传热传质规律以及时变特征，还分-II-摘要析了影响扩容区有效性和预热时间的各个因素，找出了其主控因素，同时给出了两个模型的应用途径。本文的研究成果是对目前SAGD启动过程传热传质研究的重要补充，对于进一步认识和理解有扩容区存在时蒸汽循环过程的井筒-地层传热传质问题又十分重要的意义。关键词：SAGD；蒸汽循环；扩容；传热；传质-III-ABSTRACTWellBore-FormationC

7、oupledHeatandMassTransferModelforSAGDQuickStartProcessandItsApplicationABSTRACTSAGDisarelativelycutting-edgetechnologyforthecurrentexploitationofheavyandsuper-heavyoil.BeforetheSAGDproductionstage,theinjectorandproducerandtheareasaroundthemarepreheated.Duri

8、ngthepreheatingprocess,theviscosityofthecrudeoilisreducedandthetwowellswillachieveahydraulicandthermalcommunication.ThisstageiscalledtheSAGDwarm-upstageortheSAGDstart-upstage.Thereareavarietyofheatingm