重力热管式抽油杆柱传热分析及计算.pdf

低温建筑技术
2010年第1期(总第139期
重力热管式抽油杆柱传热分析及计算
刘永建',黄禄鹏!,李巍',董全辉
(1,大庆石油学院,器龙江大庆163318;2.大庆油田飞马有限公司,票龙江大庆163411)
摘要】通过对重力热管式抽油杆柱传热特点的分析,给出了传热计算方法。结合辽河油田欢127-26
34井实际,选择工质A为传热介质进行传热计算,结果表明:其传热量达到13.68kW,能够满足现场应用的需要。
此项研究为重力热管式抽油杅柱在采油现场的有效应用提供了依据。
关键词』重力热管;抽油杆柱;传热;分析
中图分类号】1U832.22
文献标识码】B
文章编号】1001-6864(2010)01-0040-03
ANALYSS AND CALCULATION THE HEAT TRANSFER CHARACTERISTICS OF
TEIE GRAVITY HEAT PIPE SUCKER ROD STRING
LIU Yong-jian, HUANG Lu-peng', LI wei, DONG Quan-hui
(1. Daqing Petroleum Institute, Heilongjiang Daging 163318, China
Daqing Oilfield Feima Co. Ld, Heilongjiang Daqing 163411, China
Atract Though the analysis and caculation on the Heat Transfer Characteristics of the Gravity Heat
Pipe Sucker Rod String approach the method of its heat transfer. Combine with Liaohe Oilfield Huan 12726-
34 Well actual situation, choose A as the working fluid heat transfer medium for the heat transfer calculation
the results shows that the eat could achieve 13. 68kw, meet the on-site applications. This technology of
gravity heat pipe in the oil field sucker mod provides the basis for the effective application
. ey words: gravity heat pipe; sucker rod string rod column; heat transfer; analysis
我国目前石油开采中主要采用的电加热和热流
(3)热管处于稳态工作状态,管内工作液为饱和
体循环等工艺措施存在耗能大生产运行成本高及井蒸汽状态
下作业工艺复杂等缺陷。近年来,一种新的油井加热
井筒中的流体为一维稳态、垂向流动,井筒
方式,重力热管式抽油杆柱,受到了关注り。其基本中的流体在垂向的热传导忽略不计
原理是将空心抽油杆制成热管,并注入工质,利用热1.2井中原油和热管工质的轴向温度分布定性分析
管内工质的相变传热原理,将油井下部高温原油的热
为了顺利地进行传热计算,首先需定性地掌握该
量传至油管上部,用以提高油井中上部原油的温度,传热系统的轴向温度分布。传热系统轴向温度分布
从而降低井口流体粘度。通过对辽河油田欢127-26的定性分析结果如图1所示。
34井现场调研及试验,确定以工质A作为重力热管
式抽油杆柱内的工作介质,可以基本满足现场应用条
原油温度热管内温度
件,笔者对其传热能力进行了分析和计算。
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地层温度
1重力热管式抽油杆柱的传热过程分析
40℃
1.1热平衡的特点及假设
(1)在油井和抽油杅之间流动的原油既是热管
的热源(在下段),也是热管的冷源(在上段),在下段
蒸发段
凝结段
距热管底
(热管蒸发致)向热管传入的热量Qm等于在上段(热
部高度
管凝结段)由热管传出的热量Q和。
图1原油和热管内部工质的轴向温度分布
(2)热平衡分析时不考虑原油中的相变热及气
(1)原油温度曲线。在蒸发段,原油同时失去两
泡的存在,认为原油是单相液体的混合物,且具有均部分热量:Qm及原油向地层散热Q,因而原油温度呈
匀的物性值。
下降趋势,且在初始段,温度下降很快;而在凝结段,原
刘永建等:重力热管式抽油杆柱传热分析及计算
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油热娢有“得”有“失”,得到的是热管交出的热量Qm,
Q=△T/RLto
失去的是向地层的散热Q2,因此温度有可能不再继续
表1
热管传热系统几何条件
下降,反而会回升,而且在接近出口处,回升速度加快,
物理量
符号/单位
举例值
因为在该处,在单位管长上由热管获得的热量增加。
这一温度变化的特点已在室内试验中得到证实以。
抽油杆长度
L /m
L=100
2)热管内工质温度曲线。根据热管管内两相
拙油杆外径
dolma
do=38
流理论,在凝结段內蒸汽温度的回升值要小于素发段
抽油杆内径
d: /m
d;=26
内蒸汽温度的下降值,故在热管吸收的Q等于传出
油管外径
Ip-m
Do=86
油管内径
mm
的Q情况下,热管蒸发段与凝结段的分界点应向左
套管外径
Do/mm
移动,即蒸发段长度。小于凝结段长度。实验室
套管内径
D/mm
D;117
的测试也证实了这一现象2?。
热管蒸发段长度
待定
2重力热管式抽油杆柱的传热计算
热管凝结段长度
。/n
待定
给定原油进口温度Tm,原油出口温度Ta;计算
热管传热量Q
表2
出液的物性值
2.1计算参数及技术条件
物性
举例值
备注
根据欢127-26-34试验井给出下列相关条件,
产出液的密度/(kg'm-3)
在平均温度下
见表1~表3。
产出液的比热/(kJ?kg:℃
在平均温度下
2.2热管传热量的计算
产出液的粘度/kg·(rms
同(Pas)单位
由传热学中热阻的概念:传输单位热量(n)所产出被的导热系数w,(m)1o.s2
需温差(△7),表示为:
地层导热系数/W·(m℃)1
0.80
R=△T/QL℃
壁面导热系数/W·(m·℃)-1
传热量Q与R热阻成反比:
表
热管工质A物性值
管内工质温度
物性
50
饱和压力/bar
t5.55
20.34
26.16
液体密度(kg"m-3
579
562
545
蒸汽密度(kg·m-3
2.16
15.92
20,6
汽化潜热/(kJ·kg-)
1036
液