遼寧石油化工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文譯文范例

1、遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙一種基于反饋的預(yù)測(cè)井筒穩(wěn)態(tài)溫度的反傳熱方法Gilberto Espinosa-Paredes Erick G. Espinosa-Mart nez i摘要本文闡述了一個(gè)以反饋為基礎(chǔ)， 通過(guò)測(cè)量井筒溫度預(yù)測(cè)穩(wěn)態(tài)地層溫度， 進(jìn)而解決反傳熱 問(wèn)題的方法。反饋功能利用了在停產(chǎn)過(guò)程中實(shí)際溫度與預(yù)測(cè)溫度之間的差值。由于穩(wěn)定地層溫度代表了井筒中最初的的情況，而井筒的測(cè)量溫度代表了在構(gòu)成和井筒系統(tǒng)中偏微分方程 控制過(guò)程的一個(gè)特解，因此，通過(guò)這種方法反傳熱問(wèn)題得到了解決。本文通過(guò)兩個(gè)實(shí)例驗(yàn)證 上述方法：（a）墨西哥灣沿海區(qū)域的油井 FE-1227和（b）塞羅普列托的地?zé)崽锞?

2、CP-0512。關(guān)鍵詞：反傳熱問(wèn)題；鉆井；停產(chǎn)；穩(wěn)態(tài)溫度；地?zé)峋?；油井遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙1引言穩(wěn)定地層溫度也被稱為靜態(tài)地層溫度，它是鉆井和形成熱干擾之前的一般溫度。穩(wěn)定地 層溫度知識(shí)在工程和科學(xué)研究中的許多領(lǐng)域是非常必要的，例如碳?xì)浠衔锊墒章屎豌@井完成的估算的油藏工程，還有地下水和含水土層潛力的記錄成果的研究1-4（水泥套管，水平井完井設(shè)計(jì)，流體，斷裂評(píng)估）,結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱系數(shù)的評(píng)估5-7,區(qū)域的超壓探測(cè)網(wǎng)，對(duì)能源礦 產(chǎn)的探測(cè)（石油和煤）網(wǎng)，古氣候?qū)W9,和地球的進(jìn)化論的研究10,等等。盡管在鉆井過(guò)程中穩(wěn)態(tài)地層溫度被破壞，但是可以通過(guò)鉆井中斷、循環(huán)停止和井中恢復(fù)熱平衡后獲得的信息

3、而被計(jì)算出來(lái)。井筒中穩(wěn)定地層溫度可以從溫度記錄11、經(jīng)驗(yàn)公式12或者流體包裹體的分析13中推測(cè)出來(lái)，也可由對(duì)鉆井溫度記錄進(jìn)行數(shù)字模擬得到。 數(shù)字模擬 需要比如鉆井液成分、進(jìn)口流體溫度、流體流通率、循環(huán)損失、井筒的幾何特性、地溫梯度（數(shù)字模擬的最初條件）和熱物理性質(zhì)等信息。鉆井是一個(gè)加熱和冷卻交替的瞬態(tài)過(guò)程。 在鉆井過(guò)程中，未知的地層溫度被破壞。因此， 已知直接測(cè)得量的反傳熱問(wèn)題決定了穩(wěn)定地層溫度，比如記錄的溫度或常規(guī)物理測(cè)井時(shí)井底 溫度。這是一個(gè)典型的逆向問(wèn)題，即從終溫預(yù)算出初始溫度。與由給定條件（穩(wěn)定地層溫度） 計(jì)算結(jié)果（井底溫度）的直接問(wèn)題相比，逆向問(wèn)題與因果次序相關(guān)，是通過(guò)結(jié)果找原因。這

4、 就導(dǎo)致瞬態(tài)干擾與鉆井泥漿循環(huán)有關(guān)，使井底溫度比實(shí)際地層溫度低22 0本文研究的是一個(gè)通過(guò)井底測(cè)量溫度估算二維完全瞬變熱對(duì)流地層溫度問(wèn)題。由于逆問(wèn)題的不適定性，其解決方案并不是直截了當(dāng)?shù)?，也就是說(shuō)在相應(yīng)的解決方案中，小擾動(dòng)在觀 察到的函數(shù)中可能帶來(lái)大的變化。 不適定的問(wèn)題需要數(shù)值技巧使計(jì)算結(jié)果正確，比如最小二乘法14,15和共腕梯度法160這些逆向算法是迭代的，因此在得到合理的估計(jì)值之前需要重復(fù) 地進(jìn)行控制方程的計(jì)算。與典型的解決反傳熱問(wèn)題方法相比，我們提出一個(gè)減小記錄溫度與模擬溫度之間誤差的 反饋控制方案，使估算穩(wěn)態(tài)地層溫度更加準(zhǔn)確。 墨西哥灣沿海區(qū)域的油井FE-1227和自塞羅 普列托的地

5、熱田井CP-0512說(shuō)明了如何依靠合適的反饋控制來(lái)預(yù)測(cè)穩(wěn)定地層溫度。遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙2分析井筒循環(huán)過(guò)程與換熱器系統(tǒng)相似。在整個(gè)過(guò)程中，流體通過(guò)內(nèi)管注入井下，然后經(jīng)過(guò)內(nèi) 外管之間的空隙向上流動(dòng)。由于與井筒外地巖石有熱交換，所以整個(gè)系統(tǒng)就好比一個(gè)逆流換 熱器。流體從油管上部流入到井底，再?gòu)挠凸荛g的縫隙向上流動(dòng)。為了描述在系統(tǒng)中換熱器的換熱過(guò)程，做了一個(gè)簡(jiǎn)化的鉆井系統(tǒng)物理模型，如圖1所示。 在熱量傳遞過(guò)程中，不同區(qū)域?qū)?yīng)不同半徑，共分為四個(gè)分析區(qū)域：區(qū)域1:鉆井管（00卜r1）;區(qū)域2：鉆井管壁（r產(chǎn)卜；區(qū)域3:環(huán)空（r20Kq）；區(qū)域4:地層。井筒的流體溫度與熱對(duì)流和熱傳導(dǎo)過(guò)程

6、有關(guān)，如圖1所示。每個(gè)區(qū)域的傳熱過(guò)程簡(jiǎn)要描 述如下：區(qū)域1：入口流體溫度Vz1,溫度Tin。流體沿z方向順鉆井管流下，其溫度 與對(duì)流換熱速率和流體與金屬管壁的導(dǎo)熱速率有關(guān)。區(qū)域2:管壁溫度T2與對(duì)流換熱速率和管壁與環(huán)空之間的導(dǎo)熱速率有關(guān)。區(qū)域3:循環(huán)過(guò)程要求流出鉆井管的流體溫度與流入環(huán)空的溫度相同。本區(qū)域的溫度T3與流體在環(huán)空的熱對(duì)流速率和環(huán)空與管壁、流速為Vz3的環(huán)空流體與井壁的換熱速率有關(guān)。區(qū)域4:與地層或水泥中的傳熱相對(duì)應(yīng)，T4代表本區(qū)域的溫度。井壁內(nèi)表面可以看成是 流體可以出入的可滲透的媒介。遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙annulusRegion 3Region 4Drill

7、pipeFanruitiunRegion 14日on 2圖1油井（地?zé)峋┿@井過(guò)程(1a)(1b)(1c)(id)(1e)(if).2:t22-, r1 Mrr2, 0 0 z(2a)遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)用紙3正向問(wèn)題解決方案用偏微分方程組成的數(shù)學(xué)模型描述二維瞬態(tài)溫度場(chǎng) T(z,r,t)0基本假設(shè)如下：圓柱幾何, 巖石地層同性，物理性質(zhì)相同，忽略粘度彌散、熱擴(kuò)散影響和不可壓縮流體。另外，我們認(rèn) 為當(dāng)流體停止流動(dòng)時(shí)，軸流對(duì)稱導(dǎo)熱是主要導(dǎo)熱，也就是說(shuō)整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到熱平衡狀態(tài)。鉆井 的過(guò)程中地層受到熱干擾，我們認(rèn)為循環(huán)熱對(duì)流的損失流向井筒周圍的巖石。 各區(qū)域的控制方程、初始參數(shù)和邊界條件如

8、下： 區(qū)域11 z；:Ti1 ；:Ti?Ti；二21-八 r -(十vzi)=+廠+廠，0 r ri, 0 z 0ait t:z r 二 r二 r ： zICi:T(r, z, t) = f(r, z), 0 r ri, 0zD, t=0BCia：-匕0=h1(T2 -Ti), r =r，0 z D, t 0BCib:1 = 0, r = 0, 0 z D , t 0 .rBCic:Tn循環(huán)時(shí)1(r, z, t)= 一二,0r 0 1Ts停產(chǎn)時(shí)BCid:T1(r, z, t)=Ts+mD, 0 r 0其中ai =k RCpi為鉆井液熱擴(kuò)散率，D為井深，hi為鉆井管對(duì)流換熱系數(shù)，T.為流體入口溫

9、度，Vzi為軸向流速，m為地?zé)崽荻?。區(qū)域21 E 1汀2廿T2=十十X2 2a2 二t r 二r二r遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)用紙IC2: TOC o 1-5 h z T2(r, z, t) = f2(r, z), 口工 0z0(2c)jrBC2b:.FT?-k2 =h1(T3T2), r=r2, 0 z 0(2d)2rBC2c：T2(r, z,t)=Ts,r1 r 0(2e)BC2d:T2(r, z, t) = Ts +mD, r1 r 0(2f)其中a2 = k2 / P2CP2為鉆井液熱擴(kuò)散率，h3為表面對(duì)流換熱系數(shù)，Ts為表面溫度。區(qū)域31 ,：T3盯3、1盯31t3；：2t3一

10、(+Vz3)=+2-+2-,r2=3, 0 z0(3a)a3 二tczr二 r二 r: zIC3:T3(r, z, t) = f3(r, z),2 E r %, 0zD, t=0(3b)BC3a：,FT3-k3 =h3(T2 -T3), r=r2, 0 z 0(3c)二 rBC3b:-k3空-T3), r/0z0(3d)二 rBC3c：T3(r, z, t) =Ts, rzWrc%, z = 0, t 0(3e)BC3d:(3f)遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙T3(r, z, t)=1 +mD, 0 M r 0式（3f）的邊界條件是井底溫度，可以看成是鉆井管中的鉆井液溫度區(qū)域4(吃明產(chǎn)+

11、v死 1式kef t z r ：:r22T412T4fr2；z2 r3 r, 0 z D, t 0IC4:T4(r, z, t)= f4(r, z), q _r, 0 _ z _ D, t = 0BC4a：,；Ts-kef= h3(T3 - Tef ), r =3， 0 - z - D, t - 0；:rBC4b:T4(r, z, t) =Ts +mz, r , 0 z 0BC4c：T4。，z, t)1, % 二 r, z = 0, t 0BC4d:T4(r, z, t)=Ts+mD,r3 0(4a)(4b)(4c)(4d)(4e)(4f)式中：片為徑向流速，地層認(rèn)為是可以滲透的，Ts為平均溫

12、度，（PCp）ef是平均密度和熱容量的乘積，T4是各部分導(dǎo)熱系數(shù)乘積。有效導(dǎo)熱系數(shù)計(jì)算式如下:(k0)(5)2； (3-2；)(k/k。)kef3 - ；(/k0)平均溫度與熱容量的乘積計(jì)算公式如下:（也p）ef =（PCpb + （1 -曾（PCp）。（6）式中：下腳標(biāo)“ 0”表示流體的狀態(tài)，“仃”表示固體的狀態(tài)，“名”為孔隙度。附錄B給出了計(jì)算軸向和徑向流速、井筒和地層壓力的模型。遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)用紙4數(shù)值解法利用隱含形式的容量控制方程將上文中的微分方程轉(zhuǎn)換成分離方程。由于是二維傳熱，利用隱含交替方向算法進(jìn)行求解，可以求解一個(gè)方向的隱含溫度和另一個(gè)方向的明確溫度此過(guò)程在前半

13、個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)完成。在后半個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)，前述的明顯的形式轉(zhuǎn)換成隱含的形式， 隱含的形式轉(zhuǎn)換成明顯的形式。數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：r方向的隱含形式和z方向的明顯形式 TOC o 1-5 h z 五巾/2+7產(chǎn)退1苫2=1(7)z方向的隱含形式和r方向的明顯形式e,jT：j+b ,jT：j +gi , jT：j 書+1=h,j(8)式中:a, b, c, d均為系數(shù)。利用遞歸方程列出代數(shù)方程，得出矩陣形式A,x=b(9)式中A是系數(shù)矩陣，x是應(yīng)變量向量，b是已知參數(shù)向量，式(9)是三角系數(shù)矩陣，利 用對(duì)這類舉陣有效的托馬斯定理24可以解出每個(gè)矩陣因子。遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙5正向問(wèn)題解法和驗(yàn)證的

14、步驟由于穩(wěn)定地層溫度是鉆井和形成熱干擾之前的一般溫度，t=0時(shí)的初始狀態(tài)（式（1b）,（2b）, （3b）, （4c）由下式給出：fi （r, z）=Ts+mz,i=1,2,3,4;Vr,0zD,t = 0（10）由方程（10）給出的假設(shè)初始溫度開始進(jìn)行模擬，井筒的熱平衡被鉆井液循環(huán)帶的冷量 破壞。在本階段結(jié)尾，鉆井液循環(huán)終止，井筒和地層溫度根據(jù)加熱過(guò)程的初始狀態(tài)決定。加 熱階段溫度上升，停產(chǎn)時(shí)測(cè)量溫度或者井底溫度被重新記錄。 如果記錄數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)不符， 涼井之前，假設(shè)一個(gè)新的初始溫度，再重新計(jì)算，直到結(jié)果相符為止，這樣就能得到穩(wěn)態(tài)地 層溫度。在前期工作中應(yīng)用本程序28,29,但其缺點(diǎn)如下：

15、（1）需要專業(yè)人士假設(shè)新的溫度。（2） 本程序繁瑣。（3）計(jì)算的準(zhǔn)確性受專業(yè)人士的主觀影響大。這些弊端嚴(yán)重影響了鉆井過(guò)程。將上述結(jié)果與卡試論-葉氏25假設(shè)傳熱問(wèn)題的分析解進(jìn)行比較，從而對(duì)本模型進(jìn)行驗(yàn)證， 驗(yàn)證部分如附錄C遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)用紙6反向問(wèn)題解決方案 TOC o 1-5 h z 反傳熱問(wèn)題是通過(guò)測(cè)量井底溫度預(yù)測(cè)穩(wěn)態(tài)地層溫度。井筒地層溫度方程如方程(1a),(2a), (3a), (4a)。Ti(r, z, t u0) =?, i =1, 2, 3, 4(11a)Ti(r, z, t)=Tbg(r, z, t), 0r rb 0zD, t=0(11b)本文的目的是研究一種

16、新的計(jì)算穩(wěn)態(tài)地層溫度的方法。本例中，部分計(jì)算結(jié)果已知，其 與井底溫度或者方程(11a)給出的記錄溫度相符。方程(11a)給出的穩(wěn)態(tài)地層溫度未知。 6.1基于反饋的方案在調(diào)整過(guò)程中反饋控制結(jié)構(gòu)計(jì)算最小近似誤差就是記錄和模擬的溫度。思路是：利用基于反饋的修正，模擬記錄溫度的軸側(cè)面沿記錄溫度的軸側(cè)面軌跡。從反饋控制理論看，記錄 溫度代表被追蹤的點(diǎn)。利用一個(gè)基于反饋方案，通過(guò)記錄和模擬溫度預(yù)測(cè)穩(wěn)態(tài)地層溫度。思路是利用穩(wěn)態(tài)地層溫度跟蹤實(shí)驗(yàn)記錄溫度。意思就是穩(wěn)態(tài)地層溫度反復(fù)修正，直到收斂于測(cè)量值。通過(guò)這種方法，會(huì)得到收斂值，預(yù)測(cè)的穩(wěn)態(tài)地層溫度會(huì)與收斂的反饋值相符100反饋修正誤差增加則模型判斷誤差就會(huì)隨之

17、增加。最簡(jiǎn)單的反饋控制是最基本的控制，反饋控制方塊圖如圖2Wdlbcuc圖2反饋控制模塊圖自20世紀(jì)40年代，基本反饋控制算法在過(guò)程工業(yè)中就被成功應(yīng)用， 且一直被廣泛應(yīng)用 21 0由于工程師對(duì)這一算法的充分理解， 這一算法被成功應(yīng)用于水蒸氣生產(chǎn)、 聚合工業(yè)和電 力設(shè)備控制。6.2反饋控制的實(shí)現(xiàn)遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)用紙記錄和模擬溫度的區(qū)別是：各種產(chǎn)生控制動(dòng)作的基本控制方案允許查找井筒側(cè)面的穩(wěn)態(tài)地層溫度。利用分離的比例控制，比例動(dòng)作的交互影響可以用下式表示：Tg(k+1) =TuFT(k)+Kpe(k)(式中 e(k) =%*)-Tiog(k)(13)其中Tuft (k +1)代表在k

18、 +1時(shí)的新值，&代表時(shí)間步長(zhǎng)。這個(gè)方程適用于所有 k +1交互影 響的空間網(wǎng)格各點(diǎn)。記錄溫度Tog通過(guò)以前鉆的井的信息建立，模擬記錄溫度Tog s通過(guò)前面的模擬井筒數(shù)學(xué)g g模型得到。11遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙7反饋控制算法利用控制理論預(yù)測(cè)穩(wěn)態(tài)地層溫度的步驟如下：.利用式（10）在模擬過(guò)程開始對(duì)初始狀態(tài)預(yù)測(cè)。.利用數(shù)字模型（式（7） - （9）得到模擬溫度穩(wěn)態(tài)地層溫度（tUft）和記錄溫度（Togs）.式（13）計(jì)算出了瞬時(shí)誤差，如果不滿足e80,則利用式（12）重新計(jì)算穩(wěn)態(tài)地層溫度。.將k+1時(shí)的T賦給k時(shí)的T,即Tw （k） =丁日（k +1）,然后再?gòu)牟襟E2重新計(jì)算，直到

19、滿 足e 劭。預(yù)測(cè)穩(wěn)態(tài)地層溫度的反饋控制算法的方塊圖見圖3這個(gè)過(guò)程在計(jì)算機(jī)程序中很容易完成。然而，要強(qiáng)調(diào)的是計(jì)劃溫度分配是很關(guān)鍵的，它是整個(gè)模擬過(guò)程的初始條件。Step 4Step 1Initial condition圖3估算穩(wěn)態(tài)地層溫度的比例控制算法12遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙8數(shù)字模擬通過(guò)兩個(gè)井的數(shù)字模擬驗(yàn)證方法的正確性：（a）墨西哥灣沿海區(qū)域的油井 FE-1227;（b）塞羅普列托的地?zé)崽锞?CP-0512。本模擬中，初始參數(shù)是預(yù)測(cè)的溫度，其可以通過(guò)利用結(jié)構(gòu)算法的地?zé)崽荻鹊玫?。?dāng)循環(huán) 和停產(chǎn)期間的油井或者油氣田井周圍的溫度通過(guò)數(shù)字模擬做出了30-32。井的平衡被鉆井液循環(huán)帶來(lái)

20、的冷量破壞。在本階段結(jié)尾，流體循環(huán)停止，記錄溫度重新改寫。如果記錄溫度與模 擬溫度不符，控制算法會(huì)賦給一個(gè)新的初始溫度，重新計(jì)算，直到相符為止，就如圖3所示。本節(jié)驗(yàn)證由式（11）和式（12）給出的用來(lái)預(yù)測(cè)油井和油氣田井的穩(wěn)態(tài)地層溫度的反饋 控制。8.1 FE-1227 油井在井筒結(jié)構(gòu)中由多個(gè)溫度記錄。圖 4顯示了在停產(chǎn)時(shí)在6, 12, 18, 24點(diǎn)的時(shí)候溫度記 錄從T/18到T/21。從圖中可以看出，地面記錄溫度大約為22C,并隨著井深的增加而增加， 我們還可以看出由于循環(huán)損失，大約在 2352到2920之間的溫度線是凹的，也就是說(shuō)，對(duì)流 換熱是主要傳熱。因此本例適用于有循環(huán)損失的油井的研究

21、，地層的傳熱主要是對(duì)流換熱和 導(dǎo)熱。為了模擬，我們初設(shè)溫度梯度為3C/100mo輸入模擬數(shù)據(jù)：泥漿的體積流量為173.52m3/h,溫度為22C ,地表溫度為22C。其物性參數(shù)為：對(duì)流換熱系數(shù) 0.85W/mK, 密度為1050kg/m3,運(yùn)動(dòng)粘度0.060Pas,比熱容4800J/kgK,循環(huán)周期8h。圖6給出了主要的計(jì)算結(jié)果，從圖5可以看出計(jì)算結(jié)果比較理想。圖6中右側(cè)的虛線是 沒(méi)有熱干擾下的地層溫度曲線，圖中也顯示了用霍納方法計(jì)算的穩(wěn)態(tài)地層溫度。很明顯，預(yù) 測(cè)溫度很接近用霍納算法算得的溫度。尤其是通過(guò)圖6可以看出哪些點(diǎn)有循環(huán)損失，哪些點(diǎn)沒(méi)有循環(huán)損失。13遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙

22、Temperature()20 30 40 50 &0 70 80 90 100 110-IT k I 1 I I 1 r 1 f I T1 1 I 10500-* 0T0o 24 hrbhukn lime, log T/211 18 hr(shut*in time. topT/20 W 12 hrfshuiE-mtirrie, logT/W) 6 nr (snut-m time log T/18)Esdmp 1=f1000J50O-2000*0*r 、*。 、r* 、r0 、-y 、 Reference geoaherinal 中京、Wnt 3*/100 mw。小*0100015002500

23、-30002000250010 20 30 40 5CCirculation losses (m3/hr)圖4油井FE-1227溫度記錄和相關(guān)地層溫度(即估算的初始溫度)0 10 20 3D 40 50 60 70 80 90 100 110 120 0500100015002000250030000 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120TemperatureC圖5油井FE-1227模擬記錄的溫度和預(yù)測(cè)的穩(wěn)態(tài)地層溫度14遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙(E LIldTP 色口且布M圖6油井FE-1227未破壞的溫度：通過(guò)模擬、分析和提到的相關(guān)地溫梯度

24、8.2 地?zé)峋?CP-0512位于墨西哥西北部的下加利福尼亞州的與美國(guó)接壤的賽羅普列托被認(rèn)為是最大的水地?zé)崽?。熱源是大陸地殼地層的異常產(chǎn)生的。圖7顯示了在停產(chǎn)時(shí)在 7, 8, 12, 16點(diǎn)的時(shí)候溫度記錄從 T/32到T/35。2300-3000m 之間的溫度曲線說(shuō)明并在地?zé)峋奂瘏^(qū)，因?yàn)檫@段熱損失大。模擬的初始溫度曲線與前面的溫度梯度吻合，如圖7所示。輸入模擬數(shù)據(jù)：泥漿的質(zhì)量流量為 18.6kg/h,溫度為30C,地表溫度為30C。其物性 參數(shù)為：對(duì)流換熱系數(shù) 0.80W/mK,密度為1030kg/m3,運(yùn)動(dòng)粘度0.0430Pas,比熱容 1990J/kgK-,循環(huán)周期 18.5h。圖8顯示了

25、在停產(chǎn)4小時(shí)時(shí)的測(cè)量溫度曲線和模擬溫度曲線的比較。 圖9中的連續(xù)曲線 是比例控制方法得到的穩(wěn)態(tài)地層溫度曲線。這個(gè)井的模擬結(jié)果顯示在大約2300-3000m深的熱量聚集區(qū)的熱量傳遞是非常復(fù)雜的，可以推斷出這是因?yàn)樵诖蠹s2650m時(shí)的穩(wěn)態(tài)地層溫度有巨大的變化。值得注意的是本方法可以推斷出熱量聚集區(qū)的深度， 例如本例中的大約在15遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙2650m。本文中的模型還可以預(yù)測(cè)在不考慮熱量聚集區(qū)的沸騰、冷凝和多元復(fù)合過(guò)程下的穩(wěn)態(tài)地0溫50100 ISA25030035。L . I I, I J I . I L I A IReference geothermal gradient

26、 4 hr (shut-in time, log 1722) 8 hr (shut-in time, log T/23 12 hr(ihut-in tjmc log TZ24)16 hr (shut-in time, I邱 172550010001500200025003000iupeiiilurc (7)圖7地?zé)峋瓹P-0512記錄溫度和Horner萬(wàn)法得到地?zé)峋疁囟鹊谋容^002003001OOU -1500 -2000 -2500 -3000 -Temperalure （C*J圖8地?zé)峋瓹P-0512記錄溫度和預(yù)測(cè)的穩(wěn)態(tài)地層溫度16遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙t TR 狗，11WU

27、1500-2000-2500-3(*00-1Reference getiihernial giadient4 hr (shut-in time, log T/22)-Simulated 4 hrUFT.Tcmpcraturc圖9地?zé)峋瓹P-05132,未破壞的溫度:模擬的穩(wěn)態(tài)地層溫度，分析的低溫梯度和相關(guān)的低溫梯度17遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙9結(jié)論反饋控制方法已發(fā)展到可解決井筒中據(jù)記錄的溫度估計(jì)穩(wěn)定地層溫度的反傳熱問(wèn)題，被成功模擬的井筒中溫度變化與我們的結(jié)果一致。方法的效果通過(guò)兩個(gè)井的數(shù)值模擬表現(xiàn)出來(lái)：（a）來(lái)自墨西哥沿海區(qū)域海灣的油井 FE-1227和（b）來(lái)自塞羅普列托地?zé)崽锞?/p>

28、 CP-0512。 我們能夠表明這個(gè)方法適用于地?zé)峋?，同樣也適用于油井。我們發(fā)現(xiàn)在導(dǎo)電區(qū)以比例調(diào)節(jié)為基礎(chǔ)得到的穩(wěn)定地層溫度與用霍納爾算法得到的穩(wěn)定地層溫度很接近，也就是，不考慮循環(huán)損失。當(dāng)在對(duì)流區(qū)時(shí)，霍納爾算法得到的穩(wěn)定地層溫 度偏低。一般來(lái)說(shuō)，開始進(jìn)行以反饋為基礎(chǔ)的方法時(shí)，霍納爾算法可被用作“假定初始”溫 度?！凹俣ǔ跏肌睖囟惹€可以是線性的（油井）或非線性的（地?zé)峋?。這個(gè)操作提出反饋控制方法需要一個(gè)溫度測(cè)量來(lái)估計(jì)穩(wěn)定地層溫度，所有井的建模性能的復(fù)雜性不同于之前提到的解析模型（如30-32）,它只包括在井的建模的底部，并至少需 要三個(gè)溫度測(cè)量來(lái)估計(jì)穩(wěn)定地層溫度。18遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)

29、計(jì)(論文)用紙附錄A,傳熱系數(shù)環(huán)空層流換熱系數(shù)利用Seider Tate關(guān)聯(lián)式計(jì)算26:Re :二 2300(A.1)1/3 / Dh、1/3 , 口 、0.14Nu =1.86(RePr)(十)(:) L w式中：Nu是努賽爾數(shù)，Re是雷諾數(shù)，Pr是普朗特?cái)?shù)，DH是水利直徑，L是管長(zhǎng)，粘度比 接近1。本式只適用于當(dāng)RePr(DH/L) )1時(shí)。管內(nèi)層流換熱系數(shù)用下式計(jì)算:Nu =4.364Re :二 2300(A.2)當(dāng)流動(dòng)狀態(tài)是過(guò)度階段和湍流時(shí)，應(yīng)用 Gnielinsky計(jì)算關(guān)聯(lián)式計(jì)算27：Nu =_(f/8)(Re 二1000)Pr_1 12.7、f /8(Pr2/3 -1)Re 230

30、0(A.3)其中摩擦力2f =1.82log(Re) -1.642(A.4)19遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙附錄B.井筒和地層流體動(dòng)力模型管內(nèi)和內(nèi)外管之間的環(huán)空的壓力曲線有宏觀動(dòng)量和連續(xù)方程給出(B.1):0 z1 G2DhF)G22：(B.2)式中：G是質(zhì)量流量,f是摩擦系數(shù)，D H是水利直徑，F(xiàn)是形狀系數(shù)邊界條件如下:區(qū)域1BC1a： G1AiBC2a：p1 = p0, 0 r r1, z = 0區(qū)域3BCIb :-A ，G3 = G1, 0_r_r3, z = DA3(B.5)BC2b:P3 = P1，0 Er Eq, z 二D(B.6)式中：w是流體最大流速，a和A3是鉆井管和

31、環(huán)空的截面積。管內(nèi)和環(huán)空的流體流速由下式計(jì)算:區(qū)域1Vz,1=包，0二小 0 MzM D1(B.7)區(qū)域3G3(B.8)地層動(dòng)力模型的數(shù)學(xué)表達(dá)式是根據(jù)一維均體方程列出的,維均體方程是通過(guò)各向同性介質(zhì)控制不可壓縮流體的動(dòng)力表現(xiàn)，如文獻(xiàn)18。K12W=0 r r r20遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙BC1c：/；不滲透邊界，-Dp = p3;滲透邊界(B.11)BC2c：(B.12)p=0, rT=o, 0 z D r式中：N是動(dòng)力粘度，p是壓力，K是各向同性介質(zhì)的滲透系數(shù)，q是質(zhì)量源項(xiàng)相關(guān)滲透系數(shù)8用Blake - Kozeny方程計(jì)算:K1,23dp ；2180(1 - ；)(B.13)

32、式中：dp為有效直徑，對(duì)流向地層的徑向流速而言，可以忽略軸向流速不計(jì) p21遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙附錄C.數(shù)字模型驗(yàn)證在前人的文章中已經(jīng)對(duì)本模型進(jìn)行了驗(yàn)證28,為了方便讀者，本部分再次驗(yàn)證。數(shù)字模型的驗(yàn)證時(shí)通過(guò)比較預(yù)測(cè)溫度和Carlaw和JaegeF4假設(shè)的問(wèn)題的分析溫度進(jìn)行的24。選用以恒定溫度流經(jīng)管內(nèi)的無(wú)限長(zhǎng)空?qǐng)A柱體的徑向溫度分布的穩(wěn)態(tài)解。驗(yàn)證對(duì)象是一個(gè)內(nèi)徑為0.305m,外徑為15.75m的空心圓管，在內(nèi)外邊界處的溫度恒定。認(rèn)為流體在管內(nèi) 恒定溫度為37.7C、管外包定溫度為148.8C的管內(nèi)循環(huán)，這樣數(shù)字模擬系統(tǒng)就有足夠長(zhǎng)的 時(shí)間（2500小時(shí)）達(dá)到穩(wěn)態(tài)。從圖B.1可以看

33、出，預(yù)測(cè)溫度和分析解基本一致，最大溫差不 超過(guò)6 C0再次考慮到數(shù)字模型計(jì)算和準(zhǔn)確結(jié)果的比較，用三個(gè)步長(zhǎng)建立三個(gè)計(jì)算機(jī)模擬。圖 B.2 顯示隨著時(shí)間步長(zhǎng)的縮短，預(yù)測(cè)溫度與準(zhǔn)確溫度越來(lái)越接近。如果結(jié)果是唯一的，逐步縮小 時(shí)間步長(zhǎng)的預(yù)測(cè)溫度收斂是必要特征，最佳時(shí)間步長(zhǎng)與井筒的幾何特性、初始溫度、網(wǎng)格問(wèn) 隔和溫度梯度有關(guān)。IIIIIO simulated solution wellbore thermal modelO analytical solution Carslaw and Jaeger (1959)二0246810121416Radial position (m)1820018016014

34、0120100806040200-20圖B.1解析法和數(shù)值法求得的井筒徑向溫度比較 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙601n1 l1 l1 l1 lr-after 2000 hours (steady state)401o o o o o2 0 8 6 41 1p) emagEoln1 l1 la國(guó)由-肝effect of the time step size (At)analytical solution Carslaw and Jaeger (1959) simulated solution (At = 0.01 hr),O simulated solution (At = 0.50

35、hr)O simulated solution (At = 1.50 hr)200246810 12 14 16 18 20Radial position (m)圖B.2時(shí)間步長(zhǎng)對(duì)溫度分布的影響和與解析法的比較23遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)用紙參考文獻(xiàn)Jutten J, Morriss SL. Cement job evaluation. In: Nelson EB, editor. Wellcementing. Amsterdam: Elsevier;1990. p. 16.1 -44.Wooley GR. Computing downhole temperatures in circ

36、ulation, injection, and production wells. J Petrol Technol 1980;55:509 -1521.Hill AD. Temperature logging. In: Production logging - theoretical and interpretative elements. vol. 14. Memoir. Richardson (TX): Society of Petroleum Engineers; 1990. p. 19-36.Fialka BN, Pyszka MH, Chhina HS. The evaluatio

37、n of temperature logging in thermal application SPE-20084 SPE. In: California regional meeting proceedings. Society of Petroleum Engineers; 1990. p. 571 -80.Conaway JG , Beck AE. Fine-scale correlation between temperature gradient logs and lithology. Geophysics 1977;42:401 -1410.Kutasov IM, Kagan M.

38、 Cylindrical probe with a constant temperature determination of the formation thermal conductivity and contact thermal resistance. Geothermics 2003;32:187 -93.Kutasov IM. Dimensionless temperatures at the wall of an infinitely long,variable-rate, cylindrical heat source. Geothermics 2007;36:223 -9.F

39、ertl WH, Leach WG . Formation temperature and formation pressure affect the oil and gas distribution in Tertiary Gulf Coast sediments. Trans Gulf Coast Assoc Geol Soc 1990;40:205 T5.Harrison WD. Permafrost response to surface temperature change and its implications for the 40,000-year surface temper

40、ature history at Prudhoe Bay. Alaska J Geophys Res 1991;96:683 -95.Sass JH, Lachenbruch AH, Moses TH, Morgan P. Heat flow from a scientific research well at Cajon Pass, California. J Geophys Res 1992;97:5017 W0.Ikeuchi K, Doi N, Sakagawa Y, Kamenosono H, Uchida Y . High-temperature measurements in w

41、ell WD-1a and the thermal structure of the Kakkonda geothermal system, Japan. Geothermics 1998;27:591 -607.Kutasov IM, Caruthers RM, Targhi AK, Chaaban HM. Prediction of downhole circulating and shut-in24遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙temperatures. Geothermics 1988;14:607 -18.Saito S, Sakuma S, Uchida T. Drillin

42、g procedures, techniques and test results for 3.7 km deep, 500 _C exploration well, Kakkonda, Japan. Geothermics 1998;27:573 -90.Marquardt DW. An algorithm for least-square estimation of nonlinear parameters. SIAM J Appl Math 1963;11:431 -41.Beck JV , Blackwell B, St-Clair CR. Inverse heat conductio

43、n: ill-posed problems. New York: John Wiley; 1985.Jarney Y, Ozisik MN, Bardon JP. A general optimization method using adjoint equation for solving multi-dimensional inverse heat conduction. Int J Heat Mass Transfer 1991;34:2911-9.Kaviany M. Principles of heat transfer in porous media. New York: Spri

44、nger; 1999.Aziz K, Settari A. A petroleum reservoir simulation. London: Applied Science Publishers Ltd.; 1979.Whitaker S. The method of volume averaging. Dordrecht: Kluwer Academic Publishers; 1999.Kailath T. Linear systems. Englewood Cliffs (NJ): Prentice Hall; 1980.Marlin T. Process control: desig

45、n process and control systems for dynamic performance. Singapore: McGraw-Hill International Editions; 1995.Astr KJ, Hagglund T. PID controllers: theory, design and tuning. USA: International Society for Measurement and Control; 1995.Patankar SV. Numerical heat transfer and fluid flow. New York: McGraw-Hill Book Co