重力热管抽油杆室内实验研究

论文摘要

随着我国常规石油资源可采储量的日益递减,稠油开采规模逐渐扩大。由于稠油特殊的粘温特性,在由井底流向井口的过程中,因散热、降温造成粘度急剧增加,流动性变差,出现滞留、堵塞和抽油机负荷过载,影响油井正常生产。为此,需要对油井井筒进行加热。目前广泛采用的是电加热,即靠电流产生的焦尔热首先加热抽油杆,然后通过抽油杆的外壁加热井筒中的原油。电加热方法存在的问题不仅有电加热抽油杆故障、电缆故障、控制柜故障等,使采油井下作业工艺变得复杂,更严重的问题是电加热方法能耗大、生产成本提高、经济效益变差。为了解决这些稠油生产问题,人们提出的最新技术是应用热管原理改善油井井筒温度分布技术,目前,已有个别油田和研究部门初步开展了研究工作,并且有越来越受到重视的趋势。因为应用热管原理采油问题的研究刚刚开始,笔者曾亲自到应用热管原理采油的华北油田楚32井现场调研、分析,认为应用重力热管原理采油仍有许多问题有待深入研究,至少包括如下问题:1、液池深度过深,液体处于过冷状态,失去了沸腾的条件;2、蒸汽流速过高,管径过小,遭遇到携带极限的屏障;3、蒸汽流动路径过长,流动阻力过大,蒸汽难以流动到终点。这一系列问题不加以解决,应用热管原理采油将是纸上谈兵。本文针对这些问题进行室内研究,目的是获得第一手实测数据或有效无效的结论,为开发及完善这一新的采油技术提供帮助。本文首先研究了重力热管抽油杆工作原理,从机理入手探索其可行性;文中重点之一是设计制造新型重力热管抽油杆实验装置。实验装置以模拟油田现场采油井井筒内实际工况为主体思路,装置包括了冷水循环系统、热水循环系统、温度采集系统和配电系统,其中冷水循环模拟井筒内散热环境,热水循环模拟油管内原油温度情况。文中重点之二是提出了一套重力热管抽油杆实验方法及研究筛选了工质。对应用该工质的重力热管抽油杆进行了室内实验研究。本文取得了重要的实验结果。实验证明:在一定的条件下,筛选的工质应用到重力热管抽油杆中是可行的,可使重力热管抽油杆冷凝段与蒸发段的温度之比大于0.7,本文实验的这种重力热管抽油杆可推广到油田现场应用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 创新点摘要
• 前言
• 一、问题的提出
• 二、热管的定义和分类
• 三、热管的历史
• 四、热管的现状
• 五、油田研究和试用热管的现状
• 六、本文主要研究内容
• 第一章 热管基本理论及分析
• 1.1 热管内部的压力平衡
• 1.2 毛细压头
• 1.2.1 表面张力
• 1.2.2 浸润现象
• 1.2.3 毛细现象
• 1.2.4 热管毛细压头
• L'>1.3 吸液芯内的液体压力损失ΔP_L
• L'>1.3.1 用圆管内流动的规律求ΔP_L
• L'>1.3.2 用渗透率求ΔP_L
• V'>1.4 管内蒸汽流动压力损失ΔP_V
• g'>1.5 液体重力（体积力） ΔP_g
• 1.6 热管的最大传热能力——吸液极限
• 1.7 汽-液界面的相互作用、携带极限
• 1.7.1 汽－液界面相互作用的特点
• 1.7.2 影响因素和研究结果
• 1.7.3 推荐的计算公式
• 1.8 声速极限
• 1.9 沸腾极限
• 第二章 室内实验装置设计及重力热管抽油杆制作
• 2.1 实验装置设计
• 2.1.1 装置设计总体思路
• 2.1.2 装置构成
• 2.2 重力热管抽油杆制作
• 2.2.1 充液量确定
• 2.2.2 充液温度保证
• 2.2.3 排气准备
• 2.2.4 充液和排气工艺
• 第三章 重力热管抽油杆室内实验
• 3.1 重力热管工质的选择
• 3.1.1 工作温度
• 3.1.2 热阻
• 3.1.3 工质与管材的相容性及自身稳定性
• 3.1.4 其他要求
• 3.1.5 工质的确定
• 3.2 重力热管的充液量
• 3.3 重力热管抽油杆实验装置冷/热水换热实验
• 3.3.1 实验目的
• 3.3.2 实验操作步骤
• 3.3.3 实验结果及分析
• 3.3.4 实验结论
• 3.4 重力热管抽油杆传热实验
• 3.4.1 实验目的
• 3.4.2 实验设备和仪表
• 3.4.3 实验方法和步骤
• 3.4.4 实验结果及分析
• 3.4.5 实验结论
• 3.5 重力热管抽油杆油田现场安装工艺初探
• 3.5.1 抽油杆的内部清洗
• 3.5.2 抽油杆的井下安装
• 3.5.3 热管制作段的安装
• 3.5.4 充液准备
• 3.5.5 充液和排气工艺
• 结论
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢
• 详细摘要