2气井井筒流态确定及参数优化方法一种注CO2气井井筒流态确定及参数优化方法.pdf

摘要
申请专利号：	CN201110123862.X	申请日：	2011.05.13
公开号：	CN102777159A	公开日：	2012.11.14
当前法律状态：	授权	有效性：	有权
法律详情：	授权\|\|\|实质审查的生效IPC(主分类):E21B 43/22申请日:20110513\|\|\|公开
IPC分类号：	E21B43/22	主分类号：	E21B43/22
申请人：	中国石油化工股份有限公司; 中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院
发明人：	石在虹; 林长志; 王步娥; 苏建政; 王雅茹; 史爱萍; 陈秋芬; 唐萍
地址：	100728 北京市朝阳区朝阳门北大街22号
优先权：
专利代理机构：	北京思创毕升专利事务所 11218	代理人：	刘明华
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内容摘要

本发明提供了一种注CO2气井井筒流态确定及参数优化方法，属于油气田开采中提高采收率的技术领域。本方法首先根据所用管柱以及CO2的注入流量、压力和温度对注CO2气井井筒进行生产动态模拟，然后根据所述生产动态模拟的结果在CO2相图上绘制CO2注入井井筒内的压力、温度分布图，再根据所述压力、温度分布图获得优选的CO2注入参数或者对CO2注入管柱结构进行优化。利用本方法实现了对CO2注入井生产动态的模拟和分析；实现了定量分析、模拟注CO2气井的生产动态，得出注入井筒压力、密度和粘度等参数沿井筒的分布规律；获得了最佳CO2注入参数、最佳CO2注入管柱结构；能够指导现场采取合理的注入工艺，取得更高的经济效益。

权利要求书

1：一种注 CO2 气井井筒流态确定及参数优化方法，其特征在于：所述方法首先根据所用管柱以及 CO2 的注入流量、压力和温度对注 CO2 气井井筒进行生产动态模拟，然后根据所述生产动态模拟的结果在 CO2 相图上绘制 CO2 注入井井筒内的压力、温度分布图，再根据所述压力、温度分布图获得优选的 CO2 注入参数或者对 CO2 注入管柱结构进行优化。
2：根据权利要求 1 所述的注 CO2 气井井筒流态确定及参数优化方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：（1）生产动态模拟，获得 CO2 气井的生产动态模拟结果；（2）将步骤（1）中获得的 CO2 气井的生产动态模拟结果绘制在 CO2 相图上：根据 CO2 气井的生产动态模拟结果，绘制不同生产参数下， CO2 注入井井筒的压力、温度分布图，这样可在图中直接查出沿井筒不同位置处 CO2 相态；（3）优选最佳的 CO2 注入参数：在保持管径、隔热材料等井身结构不变的前提下，通过改变注入参数，利用生产动态模拟计算得出注入到地层的 CO2 的压力、温度及相态，然后根据现场需求，反推确定 CO2 注入参数，获得最佳的 CO2 注入参数；（4）优选最佳的 CO2 注入管柱结构：在保持某一组注入参数不变的前提下，通过对管径、隔热材料等参数进行参数敏感性分析，利用生产动态模拟计算得出注入到地层的 CO2 的压力、温度及相态，根据现场需求，反推确定 CO2 注入管柱的结构，获得最佳的 CO2 注入管柱结构。
3：根据权利要求 2 所述的注 CO2 气井井筒流态确定及参数优化方法，其特征在于：所述步骤（1）是通过注 CO2 井筒动态参数模拟计算来实现的，具体包括以下步骤：（A）数据输入步骤：输入生产数据和井身结构数据；所述生产数据包括注入井的注入量、温度、压力；所述井身结构数据包括套管直径、下入深度、注入油管直径及下入深度、隔热状况；（B）注 CO2 数据处理步骤；所述步骤（B）包括以下步骤：（a）流态判断：判断注入流体的流动型态；（b）数据计算处理：根据不同的流态和注气参数依次对压缩系数、粘度、阻力系数、压降、温度及对应的高度进行计算；（c）油井高度迭代：从油井的井口至目标点进行高度迭代，直至注入井目标点，即可得到给定注入条件下的注 CO2 井筒动态参数沿井筒的分布规律。

说明书

一种注 CO2 气井井筒流态确定及参数优化方法
    【技术领域】
     本发明属于油气田开采中提高采收率的技术领域，具体涉及一种注 CO2 气井井筒流态确定及参数优化方法。背景技术
     众所周知，注气驱油已被广泛应用于油气田的开发。目前在国内，气驱已成为除蒸汽驱之外发展很快的提高采收率的方法。注入气主要是烃气和 CO2，其次是氮气、烟道气以及空气。气驱在国外已经获得了广泛应用， 2000 年世界注气驱油产量达到了 2300 万吨。
     由于 CO2 在油藏流体中具有很高的溶解度，致使原油体积膨胀，显著降低原油粘度和界面张力，形成比较有利的原油流动，对原油开采和提高采收率十分有利，因此，注 CO2 混相 / 非混相驱被认为是提高原油采收率最有效的方法之一。随着 CO2 驱油技术应用的不断深入，如何快速准确地判定在不同注入参数下 CO2 在注入井筒中沿井筒温度、压力及相态分布特征，以避免注入过冷 CO2 液体对地层造成冷伤害，获得最大的驱油效果是 CO2 注入工艺亟待解决的问题。发明内容
     本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种注 CO2 气井井筒流态确定及参数优化方法，实现对 CO2 注入井生产动态的模拟和分析，确定井筒流态和优化参数。
     本发明是通过以下技术方案实现的：一种注 CO2 气井井筒流态确定及参数优化方法，所述方法首先根据所用管柱以及 CO2 的注入流量、压力和温度对注 CO2 气井井筒进行生产动态模拟，然后根据所述生产动态模拟的结果在 CO2 相图上绘制 CO2 注入井井筒内的压力、温度分布图，再根据所述压力、温度分布图获得优选的 CO2 注入参数或者对 CO2 注入管柱结构进行优化。
     所述方法包括以下步骤：（1）生产动态模拟，获得 CO2 气井的生产动态模拟结果；（2）将步骤（1）中获得的 CO2 气井的生产动态模拟结果绘制在 CO2 相图上：根据 CO2 气井的生产动态模拟结果，绘制不同生产参数下， CO2 注入井井筒的压力、温度分布图，这样可在图中直接查出沿井筒不同位置处 CO2 相态；（3）优选最佳的 CO2 注入参数：在保持管径、隔热材料等井身结构不变的前提下，通过改变注入参数，利用生产动态模拟计算得出注入到地层的 CO2 的压力、温度及相态，然后根据现场需求，反推确定 CO2 注入参数，获得最佳的 CO2 注入参数；（4）优选最佳的 CO2 注入管柱结构：在保持某一组注入参数不变的前提下，通过对管径、隔热材料等参数进行参数敏感性分析，利用生产动态模拟计算得出注入到地层的 CO2 的压力、温度及相态，根据现场需求，反推确定 CO2 注入管柱的结构，获得最佳的 CO2 注入管柱结构。所述步骤（1）是通过注 CO2 井筒动态参数模拟计算来实现的，具体包括以下步骤：（A）数据输入步骤：输入生产数据和井身结构数据；所述生产数据包括注入井的注入量、温度、压力；所述井身结构数据包括套管直径、下入深度、注入油管直径及下入深度、隔热状况；（B）注 CO2 数据处理步骤；所述步骤（B）包括以下步骤：（a）流态判断：判断注入流体的流动型态；（b）数据计算处理：根据不同的流态和注汽参数依次对压缩系数、粘度、阻力系数、压降、温度及对应的高度进行计算；（c）油井高度迭代：从油井的井口至目标点进行高度迭代，直至注入井目标点，即可得到给定注入条件下的注 CO2 井筒动态参数沿井筒的分布规律。
     与现有技术相比，本发明的有益效果是：（1）实现了对 CO2 注入井生产动态的模拟和分析；（2）实现了定量分析、模拟注 CO2 气井的生产动态，得出了注入井筒温度、压力及密度等参数沿井筒的分布规律；（3）根据 CO2 气井的生产动态模拟结果，在 CO2 相图上，绘制了不同生产参数下， CO2 注入井井筒的压力、温度分布图，可在图中直接查出沿井筒不同位置处的 CO2 相态；（4）利用本发明可以获得最佳 CO2 注入参数、最佳 CO2 注入管柱结构；（5）能够指导现场采取合理的注入工艺，取得更高的经济效益；（6）利用本发明简化了井口加热注汽流程，且可用普通管线替代隔热管，应用结果表明，利用本发明进行的 CO2 注汽工艺，与以往方法相比较，在其它生产条件都不改变的前提下，所需注汽成本降低了 10.8%，可见效益明显提高。附图说明图 1 是本发明实施例中对应于注 CO2 压力 P 为 5 MPa、 12.5 MPa、 20MPa 以及注入流量 Q 为 20 t/d、 50 t/d、 65 t/d 时，注入 CO2 温度 T 为 -20 ℃时， CO2 注入井井筒中的压力、温度分布图。
     图 2 是本发明实施例中对应于注 CO2 压力 P 为 5 MPa、 12.5 MPa、 20MPa 以及注入流量 Q 为 20 t/d、 50 t/d、 65 t/d 时，注入 CO2 温度 T 为 -10 ℃时， CO2 注入井井筒中的压力、温度分布图。
     图 3 是本发明实施例中对应于注 CO2 压力 P 为 5 MPa、 12.5 MPa、 20MPa 以及注入流量 Q 为 20 t/d、 50 t/d、 65 t/d 时，注入 CO2 温度 T 为 0 ℃时， CO2 注入井井筒中的压力、温度分布图。
     图 4 是本发明实施例中对应于注 CO2 压力 P 为 5 MPa、 12.5 MPa、 20MPa 以及注入 CO2 注入井井筒中的压力、流量 Q 为 20 t/d、 50 t/d、 65 t/d 时，注入 CO2 温度 T 为 15 ℃时，温度分布图。
     图 5 是本发明实施例中对应于注入流量 Q 为 24 t/d、注 CO2 压力 P 为 8 MPa 时，注入 CO2 温度 T 分别为 -20 ℃、 -10、 0、 10 时， CO2 注入井井筒中的压力、温度分布图。
     图 6 是本发明实施例中 Q 分别为 20 t/d、 50 t/d 时，对应不同的注 CO2 压力 P 的
     井深与密度的关系图。
     图 7 是本发明实施例中对应于注 CO2 压力 P 为 12 MPa 和注入流量 Q 为 48 t/d 时，隔热和不隔热情况下的 CO2 注入井井筒中的压力、温度分布图。
     图 8 是本发明中注 CO2 井筒动态参数模拟计算的过程框图。具体实施方式
     下面结合附图对本发明作进一步详细描述： 1，本发明建立了注 CO2 井筒综合压降计算模型，解决了 CO2 驱注入井井筒的压力计算问题；注 CO2 井筒综合压降计算模型即压力分布计算方程为：（1） 2，本发明建立了注 CO2 井筒能量平衡方程，并给出了注 CO2 井筒 CO2 热力性质的计算方法及 CO2 状态判别的约束方程和能量方程，其中，能量方程为：（2）约束方程为：，过冷二氧化碳液体或过热二氧化碳气体（3）约束方程是指（3）式，但本申请使用的只是
     。（4）求解的初始条件：在井口处 z=0 时， p=p0， h=h0，求解的结果是 z=0 时， h 的初值。
     其中 p 为蒸汽的压力，单位为 Pa ； z 为蒸汽流过的管长，单位为 m ； ftp 为两相摩阻系数，为无因次； v 为蒸汽在管道内的平均流速，单位为 m/s ； d 为管内径，单位为 m ；为两相流动密度，单位为 kg/m3 ； g 为重力加速度常数， θ 为管线（流动方向）与水平面间的夹角； h 为二氧化碳蒸汽的比焓，单位为 J/kg ； KL 为单位管长的传热系数，单位为 W/(m.K) ； G 为二氧化碳的质量流量，单位为 kg/s ； T 为二氧化碳蒸汽的温度，单位为℃ ；为蒸汽散热环境的温度，单位为℃ ；为注汽管外表面的总传热系数，单位为 W/(m2·K) ； h0 为 z=0 时，二氧化碳蒸汽的比焓。
     将（2）、（3）、（4）式联立即得注 CO2 井筒能量平衡方程。
     3，本发明给出了井筒热传导方程为：（5），（6）5CN 102777159 A说明书（7）4/7 页（8）其中为注汽管外半径，单位为 m ；为注汽管外表面的总传热系数，单位为 W/(m2·K) ；为蒸汽温度，单位为 K ；为水泥环与地层交界面处的温度 ( 井壁温度 )，单位单位为 W/(m·K) ；为未受热影响的地层温度，单位为 K ；为为 K ；为地层导热系数，单位为 K/m ；为深度，单位为 m ；为地层热扩散系地表温度，单位为 K ；为地温梯度，单位为 h ；为水泥环与地层交界面半径 ( 井眼半径 )，数，单位为 m2/h ；为注蒸汽时间，单位为 m ；为注汽管外半径，单位为 m ；为外油管内半径，单位为 m ；为注汽管内半径，单位为 m ；为套管内半径，单位为 m ；为套管外半径，单位单位为 m ；为外油管外半径，为m；为井眼半径 ( )，单位为 m ；为流体温度与管壁温差下的传热系数，单位为隔热材料的导热率，单为 W/(m2·K) ；位为 W/(m·K) ； (m·K) ；
     为环空中对流放热系数，单位为 W/(m2·K) ；为水泥环的导热率，单位为 W/(m·K) ；为油管的导热率，单位为 W/为套管的导热率，单位为 W/(m·K)。4，本发明给出了二氧化碳热力性质的计算方法 1）压缩因子的计算方法处于油田井筒注入情况下的二氧化碳属于非理想气体，其热力性质采用实际气体状态方程计算。本发明中采用工程界熟知的 Lee-Kesler 对比态状态方程（简称为 L-K 方程）计算，请参考文献（童景山，流体热物理性质的计算 [M], 清华大学出版社， 1982）第 30 页。实际流体的压缩因子方程为： (9) 其中 , 分别为简单流体、参考流体和实际流体的压缩因子，分别为实际计算流体和参考流体的偏心因子 , 其计算方法请参考文献（童景山，流体热物理性质的计算 [M], 清华大学出版社， 1982）第 6 页。
     和用修正的 BWR 方程的对比形式表达为： (10)式中为对比容积，，为气体常熟，为 Lee-Kesler 常数，见表 1，为对比温度的函数， Lee-Kesler 给出了它们的计算公式为：，，及 (11)式中
     为 Lee-Kesler 常数，其取值请参考文献（童景山，流体热物理性质的计算 [M], 清华大学出版社， 1982）第 30 页表 2-5。计算流体的压缩因子时首先根据流体的临界压力和临界温度，计算得到对比温度， ,），根据简单流体的方程系数利用公式（10）、和对比压力（Tr， Pr）（（11）求出简单流体的压缩因子 Z(0)，同样再根据参考流体的方程系数利用公式（10）（11）、求出参考流体的压缩因子 Z(R), 再参考文献（童景山，流体热物理性质的计算 [M], 清华大学出版社， 1982）第 6 页的偏心因子公式求出待算流体的偏心因子，最后利用实际流体的压缩因子方程（9）求出压缩因子。 2）流体比热容（1）液态 CO2 的比热容根据 CO2 在井筒中相态的不同，采用不同的比热容公式计算。本发明中采用 Lyman-Danner 方程计算液态 CO2 的比热容：
     (12)式中为液态 CO2 的比热容，单位为 cal ﹒ gmol-1 ﹒ K-1，为理想气体比热容，单位， T 为温度，单位为 K ， A， B， C， D计算方法为为 cal ﹒ gmol-1 ﹒ K-1 ；B1~B5 为 Lyman-Danner 方程常数，可从文献（童景山，流体为与气体性质相关的常数； A1~A8，热物理性质的计算 [M], 清华大学出版社， 1982）的附录 B 中查得； κ 为缔合因子，对于 CO2 取值为 7.3589 ；为回转半径，对于 CO2 取值为 0.9918。
     （2）气态和超临界态 CO2 的比热容气态和超临界态 CO2 的比热容计算采用实际气体比热容计算式：（13）式中，为剩余比热容，单位为 cal ﹒ gmol-1 ﹒ K-1，其值的确定可参考文献（童景山，流体热物理性质的计算 [M], 清华大学出版社， 1982）第 94 页。
     3）流体粘度 CO2 粘度计算采用文献（郭旭强等，基于 PR 状态方程的粘度模型 [J]，石油学报， 1999， 20（3）； 56-61）的 PR 粘度模型，该模型为预测气、液相粘度的统一模型，能够同时描述气、液相及超临界流体的粘度随温度、压力和组成的变化，表达式为：（14）模型中的参数详见文献（郭旭强等，基于 PR 状态方程的粘度模型 [J]，石油学报， 1999， 20（3）； 56-61）。 5，如图 8 所示，利用上述公式进行注 CO2 井筒动态参数模拟计算方法具体如下：（A）数据输入步骤：需要输入的数据包括生产数据（如注入井的注入量、温度、压力和井身结构数据（如套管直径、下入深度、注入油管直径及下入深度、隔热状况等）；（B）注 CO2 数据处理步骤所述注 CO2 数据处理步骤包括以下步骤：（a）流态判断：判断注入流体的流动型态；（b）数据计算处理：根据不同的流态和注汽参数依次对压缩系数、粘度、阻力系数、压降、温度及对应的高度进行计算；（c）油井高度迭代：从油井的井口至目标点进行高度迭代，直至注入井目标点，即可得到给定注入条件下的注 CO2 井筒动态参数沿井筒的分布规律。
     6，将 5 中获得的计算结果绘制在 CO2 相图（即 PT 相图）上：根据 CO2 气井的生产动态模拟结果，绘制不同生产参数下， CO2 注入井井筒的压力、温度分布图，这样可在图中直接查出沿井筒不同位置处 CO2 相态。
     7，利用本发明可优选最佳的 CO2 注入参数：在保持管径、隔热材料等井身结构不变的前提下，通过改变注入参数，模拟计算得出注入到地层的 CO2 的压力、温度及相态，然后根据现场需求，反推确定 CO2 注入参数，获得最佳的 CO2 注入参数，包括注入压力、温度、排量等。
     8，利用本发明能够优选最佳的 CO2 注入管柱结构：在保持某一组注入参数不变的前提下，通过对管径、隔热材料等参数进行参数敏感性分析，模拟计算得出注入到地层的 CO2 的压力、温度及相态，根据现场需求，反推确定 CO2 注入管柱的结构，获得最佳的 CO2 注入管柱结构，包括注入管直径、是否需要隔热管，环空是否需要隔热等。
     下面通过一个具体的实施例来证明本发明的效果：注 CO2 液态，温度较低，零下三十几度甚至更低，在下行过程中会吸热，导致 CO2 挥发（沸腾）从而产生两相流，随着流动的进行，二氧化碳可能完全挥发转化成单相流，这样注 CO2 过程中，沿程变化是比较复杂的。根据给定的注入井井身结构、注入流量，计算出二氧化碳沿程的相态变化。
     具体步骤如下： 1，计算参数（1）计算中用到的井身结构参数为：隔热油管内管内径 / 外径 : 62.00 mm 73.00 mm 隔热油管外管内径 / 外径 : 73.00 mm 89.00 mm 注入井套管内经 / 外径 : 121.36 mm 139.70 mm 注入井水泥环外径 : 244.50 mm
     注入井深： 2348m、直井（1）注入生产参数为：注 CO2 流量 Q : 20 t/d、 50 t/d、 65 t/d 注 CO2 压力 P : 5 MPa、 12.5 MPa、 20MPa 注 CO2 温度 T : -20 ℃、 -10 ℃、 0 ℃、 15 ℃ 2，直井注二氧化碳计算结果：对应于不同计算参数的组合，采用本发明方法计算结果，此计算的输入参数就是上述 1 中的所有参数。
     计算结果如附图所示。图 1 至图 4 给出的是对应于注 CO2 压力 P 为 5 MPa、 20MPa 以及注入流量 Q 为 20 t/d、 50 t/d、 65 t/d 时对于不同温度的 CO2 注入井井筒中的压力、温度分布图。其中，图 1 给出的是在注入 CO2 温度 T 为 -20 ℃时， CO2 注入井井筒中的压力、温度分布图，图 2 给出的是在注入 CO2 温度 T 为 -10 ℃时， CO2 注入井井筒中的压力、温度分布图，图 3 给出的是在注入 CO2 温度 T 为 0℃时， CO2 注入井井筒中的压力、温度分布图，图4 给出的是在注入 CO2 温度 T 为 15℃时， CO2 注入井井筒中的压力、温度分布图。从图 1 至图 4 能够清楚地看出 CO2 注入井井筒中的压力、温度及流态分布不但受井口温度、压力的影响，同时还与井筒注入量密切相关。这是本发明效果的具体体现，即能够将定量描述图形化，更便于现场应用。图 5 给出的是在注入流量 Q 为 24 t/d、注 CO2 压力 P 为 8 MPa 时，注入 CO2 温度 T 分别为 -20 ℃、 -10、 0、 10 时， CO2 注入井井筒中的压力、温度分布图。图 5 给出的是井口注入温度敏感性分析结果，据此可以根据地层流体温度及注入 CO2 相态决定是否需要在井口对注入的 CO2 进行加热处理，此结果可指导现场进行工艺流程设计。是本发明实施效果之一。
     图 6 给出的是注入流量 Q 分别为 20 t/d、 50 t/d 时，对应不同的注 CO2 压力 P 的井深与密度的关系图，其中，左边数第一条线是 Q 为 20 t/d 对应于注 CO2 压力 P 为 12.5 MPa 时的井深与密度的关系曲线，左边数第二条线是 Q 为 50 t/d 对应于注 CO2 压力 P 为 12.5 MPa 时的井深与密度的关系曲线，左边数第三条线是 Q 为 20 t/d 对应于注 CO2 压力 P 为 20 MPa 时的井深与密度的关系曲线，最右边的线是 Q 为 50 t/d 对应于注 CO2 压力 P 为 20 MPa 时的井深与密度的关系曲线。图 6 给出的是注 CO2 过程中井筒中 CO2 密度的变化规律，是本发明的实施效果之一。
     图 7 给出的是对应于注 CO2 压力 P 为 12 MPa 和注入流量 Q 为 48 t/d 时，隔热和不隔热情况下的 CO2 注入井井筒中的压力、温度分布图。从图 8 能清楚地看出井筒是否采取隔热措施对 CO2 注入井井筒中的压力、温度分布的影响效果，是本发明的实施效果之一。
     根据 7 个附图中 CO2 注入井井筒中的压力、温度、相态及密度分布关系，可以优选注入参数、井口加热措施、井筒管柱是否采取隔热措施，从而获得优化的最佳 CO2 注入参数和最佳的管柱结构。
     上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。

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1、10申请公布号CN102777159A43申请公布日20121114CN102777159ACN102777159A21申请号201110123862X22申请日20110513E21B43/2220060171申请人中国石油化工股份有限公司地址100728北京市朝阳区朝阳门北大街22号申请人中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院72发明人石在虹林长志王步娥苏建政王雅茹史爱萍陈秋芬唐萍74专利代理机构北京思创毕升专利事务所11218代理人刘明华54发明名称一种注CO2气井井筒流态确定及参数优化方法57摘要本发明提供了一种注CO2气井井筒流态确定及参数优化方法，属于油气田开采中提高采收率的技。

2、术领域。本方法首先根据所用管柱以及CO2的注入流量、压力和温度对注CO2气井井筒进行生产动态模拟，然后根据所述生产动态模拟的结果在CO2相图上绘制CO2注入井井筒内的压力、温度分布图，再根据所述压力、温度分布图获得优选的CO2注入参数或者对CO2注入管柱结构进行优化。利用本方法实现了对CO2注入井生产动态的模拟和分析；实现了定量分析、模拟注CO2气井的生产动态，得出注入井筒压力、密度和粘度等参数沿井筒的分布规律；获得了最佳CO2注入参数、最佳CO2注入管柱结构；能够指导现场采取合理的注入工艺，取得更高的经济效益。51INTCL权利要求书1页说明书7页附图4页19中华人民共和国国家知识产权局12。

3、发明专利申请权利要求书1页说明书7页附图4页1/1页21一种注CO2气井井筒流态确定及参数优化方法，其特征在于所述方法首先根据所用管柱以及CO2的注入流量、压力和温度对注CO2气井井筒进行生产动态模拟，然后根据所述生产动态模拟的结果在CO2相图上绘制CO2注入井井筒内的压力、温度分布图，再根据所述压力、温度分布图获得优选的CO2注入参数或者对CO2注入管柱结构进行优化。2根据权利要求1所述的注CO2气井井筒流态确定及参数优化方法，其特征在于所述方法包括以下步骤（1）生产动态模拟，获得CO2气井的生产动态模拟结果；（2）将步骤（1）中获得的CO2气井的生产动态模拟结果绘制在CO2相图上根据CO2。

4、气井的生产动态模拟结果，绘制不同生产参数下，CO2注入井井筒的压力、温度分布图，这样可在图中直接查出沿井筒不同位置处CO2相态；（3）优选最佳的CO2注入参数在保持管径、隔热材料等井身结构不变的前提下，通过改变注入参数，利用生产动态模拟计算得出注入到地层的CO2的压力、温度及相态，然后根据现场需求，反推确定CO2注入参数，获得最佳的CO2注入参数；（4）优选最佳的CO2注入管柱结构在保持某一组注入参数不变的前提下，通过对管径、隔热材料等参数进行参数敏感性分析，利用生产动态模拟计算得出注入到地层的CO2的压力、温度及相态，根据现场需求，反推确定CO2注入管柱的结构，获得最佳的CO2注入管柱结构。。

5、3根据权利要求2所述的注CO2气井井筒流态确定及参数优化方法，其特征在于所述步骤（1）是通过注CO2井筒动态参数模拟计算来实现的，具体包括以下步骤（A）数据输入步骤输入生产数据和井身结构数据；所述生产数据包括注入井的注入量、温度、压力；所述井身结构数据包括套管直径、下入深度、注入油管直径及下入深度、隔热状况；（B）注CO2数据处理步骤；所述步骤（B）包括以下步骤（A）流态判断判断注入流体的流动型态；（B）数据计算处理根据不同的流态和注气参数依次对压缩系数、粘度、阻力系数、压降、温度及对应的高度进行计算；（C）油井高度迭代从油井的井口至目标点进行高度迭代，直至注入井目标点，即可得到给定注入条件下。

6、的注CO2井筒动态参数沿井筒的分布规律。权利要求书CN102777159A1/7页3一种注CO2气井井筒流态确定及参数优化方法技术领域0001本发明属于油气田开采中提高采收率的技术领域，具体涉及一种注CO2气井井筒流态确定及参数优化方法。背景技术0002众所周知，注气驱油已被广泛应用于油气田的开发。目前在国内，气驱已成为除蒸汽驱之外发展很快的提高采收率的方法。注入气主要是烃气和CO2，其次是氮气、烟道气以及空气。气驱在国外已经获得了广泛应用，2000年世界注气驱油产量达到了2300万吨。0003由于CO2在油藏流体中具有很高的溶解度，致使原油体积膨胀，显著降低原油粘度和界面张力，形成比较有利的。

7、原油流动，对原油开采和提高采收率十分有利，因此，注CO2混相/非混相驱被认为是提高原油采收率最有效的方法之一。随着CO2驱油技术应用的不断深入，如何快速准确地判定在不同注入参数下CO2在注入井筒中沿井筒温度、压力及相态分布特征，以避免注入过冷CO2液体对地层造成冷伤害，获得最大的驱油效果是CO2注入工艺亟待解决的问题。发明内容0004本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种注CO2气井井筒流态确定及参数优化方法，实现对CO2注入井生产动态的模拟和分析，确定井筒流态和优化参数。0005本发明是通过以下技术方案实现的一种注CO2气井井筒流态确定及参数优化方法，所述方法首先根据所用管柱。

8、以及CO2的注入流量、压力和温度对注CO2气井井筒进行生产动态模拟，然后根据所述生产动态模拟的结果在CO2相图上绘制CO2注入井井筒内的压力、温度分布图，再根据所述压力、温度分布图获得优选的CO2注入参数或者对CO2注入管柱结构进行优化。0006所述方法包括以下步骤（1）生产动态模拟，获得CO2气井的生产动态模拟结果；（2）将步骤（1）中获得的CO2气井的生产动态模拟结果绘制在CO2相图上根据CO2气井的生产动态模拟结果，绘制不同生产参数下，CO2注入井井筒的压力、温度分布图，这样可在图中直接查出沿井筒不同位置处CO2相态；（3）优选最佳的CO2注入参数在保持管径、隔热材料等井身结构不变的前提。

9、下，通过改变注入参数，利用生产动态模拟计算得出注入到地层的CO2的压力、温度及相态，然后根据现场需求，反推确定CO2注入参数，获得最佳的CO2注入参数；（4）优选最佳的CO2注入管柱结构在保持某一组注入参数不变的前提下，通过对管径、隔热材料等参数进行参数敏感性分析，利用生产动态模拟计算得出注入到地层的CO2的压力、温度及相态，根据现场需求，反推确定CO2注入管柱的结构，获得最佳的CO2注入管柱结构。说明书CN102777159A2/7页40007所述步骤（1）是通过注CO2井筒动态参数模拟计算来实现的，具体包括以下步骤（A）数据输入步骤输入生产数据和井身结构数据；所述生产数据包括注入井的注入量。

10、、温度、压力；所述井身结构数据包括套管直径、下入深度、注入油管直径及下入深度、隔热状况；（B）注CO2数据处理步骤；所述步骤（B）包括以下步骤（A）流态判断判断注入流体的流动型态；（B）数据计算处理根据不同的流态和注汽参数依次对压缩系数、粘度、阻力系数、压降、温度及对应的高度进行计算；（C）油井高度迭代从油井的井口至目标点进行高度迭代，直至注入井目标点，即可得到给定注入条件下的注CO2井筒动态参数沿井筒的分布规律。0008与现有技术相比，本发明的有益效果是（1）实现了对CO2注入井生产动态的模拟和分析；（2）实现了定量分析、模拟注CO2气井的生产动态，得出了注入井筒温度、压力及密度等参数沿井筒。

11、的分布规律；（3）根据CO2气井的生产动态模拟结果，在CO2相图上，绘制了不同生产参数下，CO2注入井井筒的压力、温度分布图，可在图中直接查出沿井筒不同位置处的CO2相态；（4）利用本发明可以获得最佳CO2注入参数、最佳CO2注入管柱结构；（5）能够指导现场采取合理的注入工艺，取得更高的经济效益；（6）利用本发明简化了井口加热注汽流程，且可用普通管线替代隔热管，应用结果表明，利用本发明进行的CO2注汽工艺，与以往方法相比较，在其它生产条件都不改变的前提下，所需注汽成本降低了108，可见效益明显提高。附图说明0009图1是本发明实施例中对应于注CO2压力P为5MPA、125MPA、20MPA以及。

12、注入流量Q为20T/D、50T/D、65T/D时，注入CO2温度T为20时，CO2注入井井筒中的压力、温度分布图。0010图2是本发明实施例中对应于注CO2压力P为5MPA、125MPA、20MPA以及注入流量Q为20T/D、50T/D、65T/D时，注入CO2温度T为10时，CO2注入井井筒中的压力、温度分布图。0011图3是本发明实施例中对应于注CO2压力P为5MPA、125MPA、20MPA以及注入流量Q为20T/D、50T/D、65T/D时，注入CO2温度T为0时，CO2注入井井筒中的压力、温度分布图。0012图4是本发明实施例中对应于注CO2压力P为5MPA、125MPA、20MPA。

13、以及注入流量Q为20T/D、50T/D、65T/D时，注入CO2温度T为15时，CO2注入井井筒中的压力、温度分布图。0013图5是本发明实施例中对应于注入流量Q为24T/D、注CO2压力P为8MPA时，注入CO2温度T分别为20、10、0、10时，CO2注入井井筒中的压力、温度分布图。0014图6是本发明实施例中Q分别为20T/D、50T/D时，对应不同的注CO2压力P的说明书CN102777159A3/7页5井深与密度的关系图。0015图7是本发明实施例中对应于注CO2压力P为12MPA和注入流量Q为48T/D时，隔热和不隔热情况下的CO2注入井井筒中的压力、温度分布图。0016图8是本发。

14、明中注CO2井筒动态参数模拟计算的过程框图。具体实施方式0017下面结合附图对本发明作进一步详细描述1，本发明建立了注CO2井筒综合压降计算模型，解决了CO2驱注入井井筒的压力计算问题；注CO2井筒综合压降计算模型即压力分布计算方程为（1）2，本发明建立了注CO2井筒能量平衡方程，并给出了注CO2井筒CO2热力性质的计算方法及CO2状态判别的约束方程和能量方程，其中，能量方程为（2）约束方程为，过冷二氧化碳液体或过热二氧化碳气体（3）约束方程是指（3）式，但本申请使用的只是。0018求解的初始条件（4）在井口处Z0时，PP0，HH0，求解的结果是Z0时，H的初值。0019其中P为蒸汽的压力，单。

15、位为PA；Z为蒸汽流过的管长，单位为M；FTP为两相摩阻系数，为无因次；V为蒸汽在管道内的平均流速，单位为M/S；D为管内径，单位为M；为两相流动密度，单位为KG/M3；G为重力加速度常数，为管线（流动方向）与水平面间的夹角；H为二氧化碳蒸汽的比焓，单位为J/KG；KL为单位管长的传热系数，单位为W/MK；G为二氧化碳的质量流量，单位为KG/S；T为二氧化碳蒸汽的温度，单位为；为蒸汽散热环境的温度，单位为；为注汽管外表面的总传热系数，单位为W/M2K；H0为Z0时，二氧化碳蒸汽的比焓。0020将（2）、（3）、（4）式联立即得注CO2井筒能量平衡方程。00213，本发明给出了井筒热传导方程为（。

16、5），（6）说明书CN102777159A4/7页6（7）（8）其中为注汽管外半径，单位为M；为注汽管外表面的总传热系数，单位为W/M2K；为蒸汽温度，单位为K；为水泥环与地层交界面处的温度井壁温度，单位为K；为地层导热系数，单位为W/MK；为未受热影响的地层温度，单位为K；为地表温度，单位为K；为地温梯度，单位为K/M；为深度，单位为M；为地层热扩散系数，单位为M2/H；为注蒸汽时间，单位为H；为水泥环与地层交界面半径井眼半径，单位为M；为注汽管内半径，单位为M；为注汽管外半径，单位为M；为外油管内半径，单位为M；为外油管外半径，单位为M；为套管内半径，单位为M；为套管外半径，单位为M；为井。

17、眼半径，单位为M；为流体温度与管壁温差下的传热系数，单位为W/M2K；为环空中对流放热系数，单位为W/M2K；为隔热材料的导热率，单位为W/MK；为水泥环的导热率，单位为W/MK；为油管的导热率，单位为W/MK；为套管的导热率，单位为W/MK。00224，本发明给出了二氧化碳热力性质的计算方法1）压缩因子的计算方法处于油田井筒注入情况下的二氧化碳属于非理想气体，其热力性质采用实际气体状态方程计算。本发明中采用工程界熟知的LEEKESLER对比态状态方程（简称为LK方程）计算，请参考文献（童景山，流体热物理性质的计算M,清华大学出版社，1982）第30页。实际流体的压缩因子方程为9其中,分别为简。

18、单流体、参考流体和实际流体的压缩因子，分别为实际计算流体和参考流体的偏心因子,其计算方法请参考文献（童景山，流体热物理性质的计算M,清华大学出版社，1982）第6页。0023和用修正的BWR方程的对比形式表达为10说明书CN102777159A5/7页7式中为对比容积，为气体常熟，为LEEKESLER常数，见表1，为对比温度的函数，LEEKESLER给出了它们的计算公式为，11式中及为LEEKESLER常数，其取值请参考文献（童景山，流体热物理性质的计算M,清华大学出版社，1982）第30页表25。0024计算流体的压缩因子时首先根据流体的临界压力和临界温度，计算得到对比温度和对比压力（TR，。

19、PR）（，,），根据简单流体的方程系数利用公式（10）、（11）求出简单流体的压缩因子Z0，同样再根据参考流体的方程系数利用公式（10）、（11）求出参考流体的压缩因子ZR,再参考文献（童景山，流体热物理性质的计算M,清华大学出版社，1982）第6页的偏心因子公式求出待算流体的偏心因子，最后利用实际流体的压缩因子方程（9）求出压缩因子。00252）流体比热容（1）液态CO2的比热容根据CO2在井筒中相态的不同，采用不同的比热容公式计算。本发明中采用LYMANDANNER方程计算液态CO2的比热容12式中为液态CO2的比热容，单位为CALGMOL1K1，为理想气体比热容，单位为CALGMOL1K。

20、1；计算方法为，T为温度，单位为K，A，B，C，D为与气体性质相关的常数；A1A8，B1B5为LYMANDANNER方程常数，可从文献（童景山，流体热物理性质的计算M,清华大学出版社，1982）的附录B中查得；为缔合因子，对于CO2取值为73589；为回转半径，对于CO2取值为09918。0026（2）气态和超临界态CO2的比热容气态和超临界态CO2的比热容计算采用实际气体比热容计算式（13）式中，为剩余比热容，单位为CALGMOL1K1，其值的确定可参考文献（童景山，流体热物理性质的计算M,清华大学出版社，1982）第94页。00273）流体粘度CO2粘度计算采用文献（郭旭强等，基于PR状态。

21、方程的粘度模型J，石油学报，1999，20（3）；5661）的PR粘度模型，该模型为预测气、液相粘度的统一模型，能够同时描述气、说明书CN102777159A6/7页8液相及超临界流体的粘度随温度、压力和组成的变化，表达式为（14）模型中的参数详见文献（郭旭强等，基于PR状态方程的粘度模型J，石油学报，1999，20（3）；5661）。00285，如图8所示，利用上述公式进行注CO2井筒动态参数模拟计算方法具体如下（A）数据输入步骤需要输入的数据包括生产数据（如注入井的注入量、温度、压力和井身结构数据（如套管直径、下入深度、注入油管直径及下入深度、隔热状况等）；（B）注CO2数据处理步骤所述注。

22、CO2数据处理步骤包括以下步骤（A）流态判断判断注入流体的流动型态；（B）数据计算处理根据不同的流态和注汽参数依次对压缩系数、粘度、阻力系数、压降、温度及对应的高度进行计算；（C）油井高度迭代从油井的井口至目标点进行高度迭代，直至注入井目标点，即可得到给定注入条件下的注CO2井筒动态参数沿井筒的分布规律。00296，将5中获得的计算结果绘制在CO2相图（即PT相图）上根据CO2气井的生产动态模拟结果，绘制不同生产参数下，CO2注入井井筒的压力、温度分布图，这样可在图中直接查出沿井筒不同位置处CO2相态。00307，利用本发明可优选最佳的CO2注入参数在保持管径、隔热材料等井身结构不变的前提下，。

23、通过改变注入参数，模拟计算得出注入到地层的CO2的压力、温度及相态，然后根据现场需求，反推确定CO2注入参数，获得最佳的CO2注入参数，包括注入压力、温度、排量等。00318，利用本发明能够优选最佳的CO2注入管柱结构在保持某一组注入参数不变的前提下，通过对管径、隔热材料等参数进行参数敏感性分析，模拟计算得出注入到地层的CO2的压力、温度及相态，根据现场需求，反推确定CO2注入管柱的结构，获得最佳的CO2注入管柱结构，包括注入管直径、是否需要隔热管，环空是否需要隔热等。0032下面通过一个具体的实施例来证明本发明的效果注CO2液态，温度较低，零下三十几度甚至更低，在下行过程中会吸热，导致CO2。

24、挥发（沸腾）从而产生两相流，随着流动的进行，二氧化碳可能完全挥发转化成单相流，这样注CO2过程中，沿程变化是比较复杂的。根据给定的注入井井身结构、注入流量，计算出二氧化碳沿程的相态变化。0033具体步骤如下1，计算参数（1）计算中用到的井身结构参数为隔热油管内管内径/外径6200MM7300MM隔热油管外管内径/外径7300MM8900MM注入井套管内经/外径12136MM13970MM注入井水泥环外径24450MM说明书CN102777159A7/7页9注入井深2348M、直井（1）注入生产参数为注CO2流量Q20T/D、50T/D、65T/D注CO2压力P5MPA、125MPA、20MPA。

25、注CO2温度T20、10、0、152，直井注二氧化碳计算结果对应于不同计算参数的组合，采用本发明方法计算结果，此计算的输入参数就是上述1中的所有参数。0034计算结果如附图所示。图1至图4给出的是对应于注CO2压力P为5MPA、20MPA以及注入流量Q为20T/D、50T/D、65T/D时对于不同温度的CO2注入井井筒中的压力、温度分布图。其中，图1给出的是在注入CO2温度T为20时，CO2注入井井筒中的压力、温度分布图，图2给出的是在注入CO2温度T为10时，CO2注入井井筒中的压力、温度分布图，图3给出的是在注入CO2温度T为0时，CO2注入井井筒中的压力、温度分布图，图4给出的是在注入C。

26、O2温度T为15时，CO2注入井井筒中的压力、温度分布图。从图1至图4能够清楚地看出CO2注入井井筒中的压力、温度及流态分布不但受井口温度、压力的影响，同时还与井筒注入量密切相关。这是本发明效果的具体体现，即能够将定量描述图形化，更便于现场应用。0035图5给出的是在注入流量Q为24T/D、注CO2压力P为8MPA时，注入CO2温度T分别为20、10、0、10时，CO2注入井井筒中的压力、温度分布图。图5给出的是井口注入温度敏感性分析结果，据此可以根据地层流体温度及注入CO2相态决定是否需要在井口对注入的CO2进行加热处理，此结果可指导现场进行工艺流程设计。是本发明实施效果之一。0036图6给。

27、出的是注入流量Q分别为20T/D、50T/D时，对应不同的注CO2压力P的井深与密度的关系图，其中，左边数第一条线是Q为20T/D对应于注CO2压力P为125MPA时的井深与密度的关系曲线，左边数第二条线是Q为50T/D对应于注CO2压力P为125MPA时的井深与密度的关系曲线，左边数第三条线是Q为20T/D对应于注CO2压力P为20MPA时的井深与密度的关系曲线，最右边的线是Q为50T/D对应于注CO2压力P为20MPA时的井深与密度的关系曲线。图6给出的是注CO2过程中井筒中CO2密度的变化规律，是本发明的实施效果之一。0037图7给出的是对应于注CO2压力P为12MPA和注入流量Q为48。

28、T/D时，隔热和不隔热情况下的CO2注入井井筒中的压力、温度分布图。从图8能清楚地看出井筒是否采取隔热措施对CO2注入井井筒中的压力、温度分布的影响效果，是本发明的实施效果之一。0038根据7个附图中CO2注入井井筒中的压力、温度、相态及密度分布关系，可以优选注入参数、井口加热措施、井筒管柱是否采取隔热措施，从而获得优化的最佳CO2注入参数和最佳的管柱结构。0039上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。说明书CN102777159A1/4页10图1图2说明书附图CN102777159A102/4页11图3图4说明书附图CN102777159A113/4页12图5图6说明书附图CN102777159A124/4页13图7图8说明书附图CN102777159A13。

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