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CO2井筒压力温度的分布 张 勇 唐人选 （中石化华东分公司采油厂，江苏泰洲，225300） 摘要：本文根据垂直管流的能量平衡方程，结合Ramy井筒温度分布计算方法，推导出CO2在不同的注入速度、注入温度、注入时间等因素下的井筒压力、温度分布。文章以苏北工区草8井试注实测数据为例加以验证，其中压力误差3.8%，温度误差2.5%。在此基础上进一步讨论了影响CO2井底温度的因素，并预测了3口注入井井筒压力温度分布。 关键题：二氧化碳 井筒压力 井筒温度 预测 前 言 苏北工区目前正在进行中石化《草舍油田泰州组油藏CO2驱提高采收率先导试验》项目，其中CO2注入井井底的压力和温度是大家关心主要问题之一。因为其大小直接决定了油田是否混相，如注入井井底附近均不能混相，那么其它地方更不能混相，因为注入井井底压力要高于油藏的压力。另外，实测压力温度也很费工费时，文章基于地层热力学计算及CO2物性数据，编制了相应的预测软件，预测井底压力和温度，实例表明该方法是可行的。 1、注入井压力计算方法 根据能量平衡方程，注入井单位管长的压降损失可写为（见文献[1]）： （1） 其中：为流体的重力；为加速度损失；为摩擦损失。 考虑加速度损失主要取决于速度的改变，对于可压缩流体而言主要取决于流体密度的改变，从实际数据分析，CO2在井筒中的密度变化不是很大，因此该项损失可忽略不计。θ为井筒轴线与水平方向的夹角，实际计算可用水平位移与相应的垂深来确定。 在上式中有关参数的确定： 1.1、 注入速度的计算 （2） 1.2、 密度的计算 为井筒中CO2的密度，与温度压力值有关。根据真实气体压缩方程，考虑气体偏差系数，则在不同压力温度下的气体密度为 （3） 1.3、气体偏差系数的计算 气体的偏差系数可采用Redlich-Kwong方程求得，Redlich-Kwong方程如下： （4） 给定实际压力和温度，求解方程（4）即得不同压力温度下的偏差系数（图1）。将偏差系数代入（3），即可求得不同压力温度下的井筒密度（图2）。 图1 不同压力温度下CO2的压缩系数 图 2 不同压力温度下CO2的密度 4、CO2在井筒中温度的计算 在CO2注入过程中，由于CO2温度与周围井筒温度不同而存在温差，因此注入的CO2必然与周围存在热交换，导致注入的CO2的温度发生改变，Ramy在文献[2]中推导出流体温度沿井筒的变化关系式，该关系式考虑了注入时间、注入速度等因素。 （5） 其中： （6） （7） 由于油管和套管的热阻很小，从注入流体到地层总的传热系数Ut可表示为 （8） Ut的求法见文献[3]，是经过反复迭代求得。另外，在求Ut的过程中需要用到若干参数，如环空是充满防腐液的水，需求不同温度下的水的密度、水的粘度、水的热膨胀系数、水的热容及水的导热系数等参数，这些参数均是压力温度的函数，其参数大小参见文献[3]。求出Ut后，再求出A，代入公式（5）即可求得某一深度下的温度T。 在采用Ramy法计算井筒中流体的温度时，需要对以下参数进行确定： ⑴ CO2的热容C 文献[4]列出了不同压力温度下CO2的热容值，经分析CO2的热容随温度的升高而降低，随压力的升高先升后降。实际应用时，可将其简化，在压力P10MPa，温度0≦t≦100℃条件下，CO2的热容变化范围在0.818~1.38kJ/(kg.K)，取其平均值1.09 kJ/(kg.K)；在P≧10MPa时，温度0≦t≦100℃条件下，CO2的热容变化范围在1.427~2.66kJ/(kg.K)，取其平均值2.04 kJ/(kg.K)。 ⑵ 地层的导热系数与地层热扩散系数 文献[3]列出了美国热采工程常用的油藏岩石热物性参数，典型的孔隙性岩石的导热系数K=1.7~2.4(W/(m.K))，取其平均值2.09(W/(m.K))，地层热扩散系数α约为0.0037m2/h。 ⑶ 水泥浆导热系数和水泥环导热系数，文献[3]列出了泥浆的导热系数0.60W/(m.K)，水泥环的导热系数0.35 W/(m.K)。 以上这些参数已为美国某些油公司广泛采用，并列入某些热采工程手册中。 1.5 摩阻系数的确定 摩阻系数的大