电加热高凝稠油井下温度分布研究-机械工程专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 Classified Index: TE345 U.D.C.: 621 Dissertation for the Master Degree in Engineering STUDY OF DOWNHOLE TEMPERATURE DISTRIBUTION OF ELECTRICAL HEATING WELLS OF HIGH POUR-POINT HEAVY OIL （Master of Engineering） Candidate： He Jun Supervisor： Prof. Wang Wuyi Academic Degree Applied for： Master of Engineering Speciality： Mechanical Engineering Affiliation： School of Mechatronics Engineering Date of Defence： July, 2014 Degree-Conferring-Institution： Harbin Institute of Technology 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 摘 要 稠油因为其十分可观的储量，逐渐成为未来世界经济发展所亟需的的能量 来源。我国许多稠油油田已处在蒸汽吞吐开采中后期, 其产量和经济效益不断 下降，电加热井筒降粘技术作为一种较为新颖的二次热采技术逐渐受到了各大 油田的重视与应用。目前电热井采用的电加热方式主要有空心杆电加热，油管 电加热，电磁加热举升技术三种。但上述三种电加热工艺能耗很大，为了优化 电加热效率，争取利用最小的能耗实现最好的加热效果，要对电加热井井筒温 度场进行分析，建模，并进行井下温度剖面监测，对所建的理论温度场模型进 行验证完善，然后利用该模型指导优化电加热工艺。 本文基于电磁学理论，建立了管状导体集肤效应理论模型。并利用 ANSYS 建立油管电加热及空心杆电加热集肤效应仿真模型，以得到导体截面电流分布 规律和电加热功率。基于传热学原理，应用能量守恒定律，考虑地层温度场的 耦合效应，建立空心杆电加热方式稠油举升过程中井底至初始加热点段、初始 加热点至动液面段，动液面至井口段温度数值模型。将各段整合组成全井段温 度分布模型。利用各迭代式，设置合理的起始参数，得到井筒温度分布曲线。 在空心杆电加热理论模型的基础上，建立了油管电加热及电磁电加热理论模型。 针对电加热井下监测的特殊工况，在分析拉曼光纤实时测温的原理及其优 点的基础上，确定了基于全分布式拉曼光纤传感器的井下温度监测系统方案。 对于井下监测条件恶劣，光纤易折损，易被腐蚀的特点，及井下长距离测量的 要求，对裸拉曼光纤采用 GFRP-TPEE 封装方式进行封装。利用稳态导热原理， 计算了封装后的光纤传感器的温度灵敏度，并实验获得传感器的静态特性。 本文针对空心杆电加热方式，利用 MATLAB 程序得到了完整的井筒温度 分布曲线。搭建了电加热井下分布式温度监测系统，并监测得到实验井空心杆 电加热油管温度分布曲线，与理论计算曲线对比，分析得到理论计算误差在合 理范围内，验证了模型的可行性。利用所建立的空心杆电加热 ANSYS 仿真模 型及温度理论模型，分析各电加热参数对井筒温度分布的影响。并以提高加热 效率，减少能耗为目标，考虑设备的安全性，对实验井的电加热参数进行了优 选。同时针对伊通地区某井，研究了不同分段数不同功率加热对井筒温度曲线 的影响，考虑节能及空心杆制造安装方便，选取了最优的分段加热工艺。 关键词：电加热采油；拉曼光纤；温度分布模型；加热效率；参数优选 I - Abstract The thickened oil has gradually become a vital energy source in the future development of the world economy because of its great reserves. However, the steam stimulation in many heavy oilfield of our country has developed into the middle and later periods, and the production of oil is declining. As a new technology of secondary thermal recovery, the electrical heating of super-heavy oil has been highly valued and used by major oil fields. It mainly i