井口注入參數對CO2注入井井底溫度、壓力影響研究

王 慶，吳曉東

（1.中原油田博士后工作站，河南 濮陽457001；2.中國石油大學，北京 昌平102249）

井口注入參數對CO2注入井井底溫度、壓力影響研究

王 慶1，2，吳曉東2

（1.中原油田博士后工作站，河南 濮陽457001；2.中國石油大學，北京 昌平102249）

CO2驅既可以提高原油采收率又可以實現CO2氣體的埋存，是目前國內外研究較多的驅油技術。對于CO2驅，一個重要工作就是根據油藏工程設計的井底壓力通過井筒計算來優選井口注入參數，從而為注入井設計提供理論依據。目前CO2注入井筒溫度、壓力剖面計算主要將井筒中的CO2考慮為單一相態進行計算，因而計算結果精度較差。若將井筒中CO2的相態變化加以考慮，建立計算模型，對實例井進行計算。計算結果與實測結果對比顯示模型計算精度較高。在此基礎上，對注入溫度、注入量等CO2井口注入參數進行了敏感性分析，結果表明，二者對CO2注入井井底溫度、壓力均有一定影響。

二氧化碳驅；井筒流動；溫度；壓力；注氣

利用CO2驅油可實現CO2埋存和提高原油采收率的雙重作用，是一項富有前景的綠色驅油技術。據油氣雜志報道，2010年世界范圍內的提高石油采收率（EOR）項目數為317個，其中CO2混相／非混相驅項目129個，年增產油量1394萬噸，占 EOR總產量的16.1%［1－2］。我國目前已在吉林、大慶、勝利、江蘇等地開展了多個CO2驅試驗區塊，但對CO2驅的相關研究仍與國外有較大差距［3－4］。對CO2驅工程設計來說，一個重要工作就是根據油藏工程設計的井底壓力通過井筒計算來優選井口注入參數，從而為注入井設計提供理論依據。

CO2在注入井筒過程中將會經歷液態、氣態以及超臨界態等相態轉變，前人的研究多以利用常規的氣體狀態方程來對CO2密度進行計算，未考慮到CO2在井筒中的相態變化。計算結果與實際有較大誤差［5］。本文根據文獻6提供的方法進行注二氧化碳井筒溫度、壓力場計算，并在此基礎上，對井口注入參數敏感性進行分析，以優化井口注入參數。

1 考慮相態變化的CO2注入井溫度、壓力計算模型［6］

1.1 井筒溫度模型

式中，Tf— 流體溫度，K；y— 井筒位置，m；Jt— 焦耳－湯姆遜系數；H—焓，KJ／Kg；Cpm—注入流體定壓比熱容，J／（Kg·K）；Q— 換熱量，KJ；g— 重力加速度，m／s2；φ— 井筒與水平面夾角，（）；v— 流體線速度，m／s。

地層到水泥環外緣的熱流量dQ／dy為：

式中，Ke— 地層導熱系數，J／（s·m·K）；W— 注入流體質量流量，Kg／s；TD— 瞬態傳熱函數；Tei— 地層溫度，K；Twb— 井筒溫度，K。

水泥環外緣到流體的熱流量dQ／dy為：

式中，Uto— 總傳熱系數，W／（m2·K）；rto— 油管外壁半徑，m。

則式（2）和式（3）結合消去Twb后，得：

將式（4）代入式（1）得井筒中能量守恒方程為：

1.2 井筒壓力模型

對于井筒中任一單元段dy，根據動量守恒有：式中，f—摩擦阻力系數；rti—油管內壁半徑，m。根據質量守恒有：

以上方程（5）、（6）組成了CO2注入井井筒溫度壓力場計算模型，通過數值差分方法可對該模型進行求解。模型中有關參數的計算詳見文獻6，本文不再詳述。

2 實例計算

根據以上建立的模型對實例井進行了計算，A井有注CO2井筒壓力溫度實測資料，實測資料與計算結果對比（見圖1、2）。計算中所取參數如下：井口注入溫度263K、注入壓力12.9 MPa，日注氣量40t／d，井深2400 m，地溫梯度0.0329 K／m，地面溫度293 K，油管內徑0.062 m，套管內徑0.1617m，井筒直徑0.24m，油套管導熱系數56.5J／（s·m·K），水泥環導熱系數14.0J／（s·m·K）。

圖1、圖2分別為A井井筒壓力、溫度分布曲線，從實測數據與計算數據對比來看，井筒中溫度計算最大相對誤差為1.48%，壓力為2.05%，46個測試點與計算點的總的平均相對誤差壓力為1.11%，溫度為0.68%。計算與實測數據對比吻合較好，說明本文模型計算較準確。

圖1 A井井筒溫度剖面計算與實測對比

圖2 A井井筒壓力剖面計算與實測對比

3 注入參數敏感性分析

根據以上模型計算結果，對CO2井口注入溫度、注入流量對井筒溫度、壓力剖面的影響進行分析（見圖3、4、5、6），具體結果如下：

從圖3可以看出，井口注入溫度對井筒壓力分布有一定影響，井口注入溫度越低，則相同井口注入壓力情況下，井底壓力越高，因此，為了能在較低的注入壓力下達到較大的井底壓力，應該盡可能地降低井口注入溫度。從圖4可以看出，井口注氣溫度對井筒溫度分布有影響，但隨著井深的增加，影響幅度逐漸減小。

圖3 井口注氣溫度對井筒壓力分布的影響

圖4 井口注氣溫度對井筒溫度分布的影響

圖5 、圖6為井口注入流量對井筒壓力、溫度分布的影響。圖5顯示隨著井口注入流量的增加，井底壓力增加；圖6顯示不同井口注入流量對井筒溫度剖面影響較大，相同狀況下井口注入流量較大時則井底溫度較低，但隨著井深的增加，影響幅度逐漸減小。

圖5 井口注入流量對井筒壓力分布的影響

圖6 井口注入流量對井筒溫度分布的影響

4 結論

1）根據能量守恒原理建立了CO2注入井井筒溫度、壓力分布計算模型，運用該模型對實例井進行了計算，對比結果表明，模型計算數據與實測數據吻合較好。

2）對井口注入溫度、注入流量對井筒溫度、壓力分布的影響進行了分析，結果表明，井口注入溫度越低、注入流量越大則井底壓力越高；不同注入溫度、注入流量對井筒溫度分布影響較大，但隨著井深的增加，影響幅度變小。

［1］江懷友，沈平平，陳立滇等.北美石油工業二氧化碳提高采收率現狀研究［J］.中國能源，2007，29（7）：30－34.

［2］Guntis Moritis.Special Report：EOR／Heavy Oil Survey：CO2miscible，stream dominate enhanced oil recovery processes.Oil ＆ Gas Journal，Apr.19，2010，P.41.

［3］李士倫，周守信，杜建芬等.國內外注氣提高石油采收率技術回顧與展望［J］.油氣地質與采收率，2002，9（2）：1－5.

［4］谷麗冰，李治平，歐謹.利用二氧化碳提高原油采收率研究進展［J］.中國礦業，2007，16（10）：66－69.

［5］唐人選.CO2注入井井筒壓力溫度分布研究［J］.試采技術，2007，28（1）：53－57.

［6］吳曉東，王慶，何巖峰.考慮相態變化的注CO2井筒溫度、壓力場耦合計算［J］.中國石油大學學報（自然科學版）2009，33（1）：73－77.

The Impact of Well Injection Parameters on the Temperature and Pressure of the Bottom of the CO2Injection Well

WANG Qing，WU Xiao－dong
（1.Zhongyuan Oilfield working station for post－doctoral study，Puyang，Henan，457001，China；2.China Petroleum University，Changping，Beijing，102249，China）

CO2flooding，the most studied oil displacement technique home and broad，can increase crude oil recovery and pull off CO2sealing.The key link for CO2flooding is to provide theoretical backup for injection well designs by choosing the best well injection parameter according to shaft calculations based on the bottom－hole pressure designed by reservoir projects.The existing calculating methods of shaft temperature and pressure profile tend to consider CO2in a single phase state which result in poor accuracy.If taking the phase change of CO2into consideration，the calculation model achieves higher accuracy in measuring the tested well according to the comparison of calculated results and the measured results.A sensitivity analysis shows that the temperature and amount of CO2injection both has affected the temperature and pressure of the bottom of the injection well.

CO2Flooding；Shaft Flow；Temperature；Pressure；Gas Injection

TE357.7

A

1009—301X（2012）04—0022—03

2012－03－31

王慶（1976－），男，中原油田博士后工作站在站博士后，主要研究方向為氣驅提高采收率。

［責任編輯 郭華玉］