注入参数（精选3篇）
注入参数 篇1
中国海上油田稠油资源丰富,具有黏度和密度大等特点,采用常规采油方法难以对油藏进行有效动用,原油采出程度很低,因此主要采用热采方式进行开采[1,2,3]。近年来,很多区块相继采用多元热流体热采技术进行稠油开发,取得了较好的开发效果[4,5],主要是利用航天火箭发动机的燃烧喷射机理,燃油与空气混合燃烧后产生高温高压的烟道气,将水加热汽化,形成N2、CO2、水蒸气、热水等组成的高压多元热流体混合物,注入井下、油层,从而提高单井产量。
为进一步掌握各注热参数对周期产油量的影响,通过数模研究注入温度、焖井时间、注入量对周期产油量及产出投入比的影响预测,对注入参数进行优化设计。
1注入参数优化
1.1注入温度优化
模拟了井底温度为200~300℃,周期累产油和产出投入比的变化规律,如图1所示。
结果表明:随着注入温度的增加,累产油量不断增加;高于240℃后产出投入比开始下降,因此综合分析确定注入温度为240℃。
1.2焖井时间优化
模拟了焖井时间为1~8d,周期累产油和产出投入比的变化规律,如图2所示。
对多元热流体吞吐而言,合理的焖井时间会最大限度地提高热利用率,焖井时间太短,热流体不能充分加热油层;而焖井时间太长,又会增大向顶底盖层的热损失。
根据模拟结果,并借鉴其他热采井不同焖井时间后放喷产液的温度的经验,优化XI4井的焖井时间为3d。
1.3周期注入量优化
目前油田已实施的热采井平均注汽强度为16.2t/m,XI4井水平段长度为275m,计算得到注入量优化范围:3 000、3 500、4 000、4 500t和5 000t。在优化注入温度和焖井时间后,按照注入温度为240℃、焖井时间3d对XI4分别设计了5套不同的注入方案。
预测对应的周期产油量及投入产出比,结果显示(见表1):随着注入量的增加,累增油量逐渐增加,高于4000m3时,产出投入比呈下降趋势,结合累增油和经济效益综合分析,优化XI4周期注入5 440t多元热流体(水当量为4 000t),其对应的周期产油量为1.85×104m3。
2开发效果预测
在注入参数优化的基础上,预测了XI4注热结束后的粘度场和温度场的变化趋势。通过数模细致优化,XI的注热参数优化如表2所示。
3结论
作为海上稠油开发创新技术,多元热流体具有显著提高海上稠油产量的作用。依据周期产油量及产出投入比的预测,可对注入参数进行优化设计。XI4多元热流体注热参数优化结果为:注热温度243℃,焖井时间3d,多元热流体总量5 452.36t,预测周期产油量为1.86×104m3。
参考文献
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注入参数 篇2
关键词：注入剖面,五参数,测井
大庆油田第四采油厂杏六区东部精细挖潜试验区位于杏四-六行列纯油区内, 北起杏五区三排, 南至杏六区三排, 西以萨大路为界, 东与杏四~六面积及杏北东部过渡带相邻。区块含油面积9.7km2, 地质储量为3651.7540×104t。区内构造较为平缓, 油水分布受二级构造控制, 油层埋藏深度为800~1200m。区内断层不发育, 落实断层4条, 均为正断层, 其走向主要为北东向, 其中250#断层延伸长度为2.82km, 将杏六区东部与杏四~六面积区分割开。
1997年区块开始二次加密调整, 主要开采对象是非主力油层未动用或动用较差的薄有效层 (有效厚度0.2~0.4m) 和表外储层, 以及小部分未动用的有效厚度0.5~1.0m的表内层。
1 问题的提出及资料分析
大庆油田已进入高含水阶段, 结合目前分层注水现状及油层动用状况, 实现了精细高效注水, 使油层动用状况不断改善, 稳油控水的任务越来越艰巨, 应用注入剖面五参数测井技术, 在正常注水的条件下, 通过伽马、磁定位、流量、压力、井温五个参数, 来了解个小层吸入状况, 也可以了解个工具位置、管柱是否漏失等问题, 还可以综合分析措施后效果。
1.1 本井地质情况简介
该井是第四采油厂杏六区东部精细挖潜示范区所辖的一口二次加密水井, 全井共射开SII, SIII, PI, PII组。射开厚度19.1m, 有效厚度2m, 射孔井段922.2-1092.2m。该井2010年1月重新下管柱, 重新下管柱前是三个配注层段, 目前是四个配注层段。
1.2 情况分析
2009年5月5日对该井进行注入剖面五参数组合测井, 全井注入量52m/d3, 压力为11.7m p a, 从解释结果分析, 有S I I9, 9~SII16, SIII1~SIII7两个配注层段吸水, 全井27个射孔层位, 只有四个层有吸水显示, 分别是SII9, 9, SII13, SIII3, SIII5, 5, 主力吸水层是SIII5, 5, 绝对注入量是14.55m/d3, 相对注入量是29.7%。层段吸水差异大, 吸液厚度小。
从2009年5月到2010年1月, 为了缓解层间矛盾, 2010年1月5日, 对该井层段调整细分作业, 降压起管并重新下管注, 由原来的三级配注调整到四级。2010年3月4日又对该井细分后进行注入剖面五参数组合测井, 从解释结果分析, 该井有SII9, 9~SII13, S I I14~S I I16, S I I I1~S I I I7三个配注层段吸水, 吸水层段由原来的4个增加到10个, 吸液厚度明显增加。主力吸水层是SII13, 绝对注入量是14.89m/d3, 相对注入量是19.59%。 (如表1, 表2所示)
对比细分前后两次注入剖面五参数测井结果分析, 细分后, SII9, 9~SII13增加了2个吸水层, S I I14~S I I16配注层段也有不同程度的吸水显示。同时也限制了SIII5, 5的吸水能力。从二次测试结果表明, 达到了对SII14~SII16注水的目的, 层间矛盾也得到了进一步的缓解。
1.3 方案前后连通油井受效情况分析
该井在进行调整重配细分后, 与该井相连通的油井受效前后均有所变化, 但是X6-40-634, X6-40-635井与该井在中间有一断层, 通过测试数据分析, X6-40-634井没有受效。查询X6-40-635井, 该井2007年故障至今未测 (如表3所示) 。
2 相关讨论
(1) 注入剖面五参数测井通过测得的五个参数可以了解各小层的吸入状况, 井下工具及位置。但是实际应用于测井中, 也会出现参数矛盾的情况, 综合分析各个参数及时发现问题是提高解释精度的好方法。
(2) 通过注入剖面五参数测井, 及时的对水井进行细分重配, 分析周围油井受效情况, 是达到稳油控水的最终提高采收率的方法之一。
(3) 注入剖面五参数测井可以检验措施后效果及评价, 为实施精细高效注水、实施精细油井挖潜、加大提高采收率技术的研究和应用力度、全面推行专业化精细管理, 进一步改善水驱开发效果提供可靠依据。
参考文献
[1]张庆.注入剖面多参数组合测井及综合解释[J]油气田地面工程2012.4
注入参数 篇3
全等离子体通道[3]作为佳拉洁雅型磁约束装置的一个重要组成部分,主要负责输运和筛选等离子体。溜槽线圈是全等离子体通道的最后一个环节,其主要作用是削弱等离子体入射线上磁感应强度,使等离子体顺利注入磁阱。文献[4]给出了等离子体注射线路的分析,并指出等离子体是经全等离子体通道注入到磁阱中的,而全等离子体通道中的溜槽线圈产生一个与磁阱方向相反的磁场,从而将等离子体导入到磁阱中。但文献并未给出溜槽线圈的参数选择方法,也鲜见有文献分析溜槽线圈的参数对等离子注入效果的影响。基于此,对影响等离子体注入的因素进行了分析,研究了等离子体入射线角度和溜槽线圈与磁阱的距离对等离子体注入的影响。
1 佳拉洁雅装置的结构与分析
佳拉洁雅型磁约束装置的装置结构[5]如图1所示,图中1为高压脉冲电源系统;2为等离子体枪;3为全等离子体通道;4为磁阱[6]。各部分的作用为:等离子体枪负责喷射等离子体束,全等离子体通道负责分离将等离子束分为低能量的慢束等离子体和高能量的快束等离子体,并输运至磁阱,磁阱线圈负责产生的特殊磁场位形将等离子体约束其中。
等离子体通道的主体部分由19个半径为55 mm的铜质线圈组成,每个线圈匝数为10匝,工作时通入电流为200 A,功能为实现对等离子体束的输运和筛选,使快速等离子体最终注入磁阱。其结构示意图如图2所示,图中a为公共等离子体通道,b为截断器,c为快速等离子体束通道,d为所要研究的对象溜槽线圈[7]。
溜槽线圈是等离子体通道的最后一个部分,位于快速等离子体通道和磁阱之间。由于磁阱外部有障壁磁场,等离子体中的带电粒子若直接从快速等离子体通道中射入磁阱,在通过障壁磁场时会有大量粒子损失,溜槽线圈的作用即为产生与磁阱障壁磁场方向相反的磁场,对一定范围内的障壁磁场进行削弱,在障壁磁场上为快速等离子体打开一个入口,使等离子体顺利进入磁阱,待等离子体完全进入磁阱之后,关闭溜槽线圈电源[8]。
溜槽线圈半径与通道主体线圈相同,采用55 mm的铜质线圈,线圈匝数为10匝,工作时通入电流为150 A。
磁阱线圈负责产生约束等离子体的磁场,选取带有3个盲鳗线圈,1个补偿线圈和1个螺线管线圈[9]的多级佳拉洁雅磁阱作为研究对象,根据文献[3]实验所用的磁阱线圈,采用的各个线圈参数如表1所示。
仿真计算得到磁阱磁场磁力线分布如图3所示,从图中可看出,磁阱磁场的特点为各个线圈附近磁场最强,而内部盲鳗线圈1和外部盲鳗线圈2、4之间的区域磁场最弱,进入磁阱中的等离子体大部分被束缚在磁场较弱的区域。等离子体入射线为AB延长线指向盲鳗线圈2,AB为入射线上障壁磁场区域。
2 等离子体在溜槽线圈和磁阱中的运动分析
等离子体从通道进入磁阱的过程中,通道中等离子体的密度远大于磁阱,等离子体在通道和磁阱之间存在密度梯度,根据等离子体的性质,等离子体易从高密度区域向低密度区域扩散,这种性质也使得通道中的等离子体更易输运进入磁阱[10]。等离子体枪中喷射出来的等离子体粒子并不是完全电离的,等离子体在横越磁力线时会发生碰撞,由于带电粒子之间存在库仑力作用,所以带电粒子间碰撞的概率远小于带电粒子和中性粒子之间碰撞的概率,等离子体粒子间频繁的碰撞在宏观上的表现为等离子体在压力梯度、粒子速度和电场力的作用下输运扩散。
若等离子体所在空间不存在磁场B,等离子体会受电场力作用而漂移,受压力梯度作用扩散,粒子通量可表示为[11]:
式(1)中,Γj为等离子体中第j种粒子的通量;n为粒子数密度;vj为第j种粒子的速度;μj为第j种粒子的迁移率,;Dj为第j种粒子的扩散率,。
当等离子体所在区域存在磁场B,磁场不会对延磁力线方向的等离子体输运产生影响,等离子体粒子会按式(1)中描述,由于扩散和迁移而沿B运动,在溜槽线圈区域,延磁力线方向运动的粒子数量很少,且由于磁力线是弯曲的,所以几乎所有粒子都会受到磁场的作用。
粒子在垂直磁力线方向运动时,由于碰撞效应,粒子游动步长为粒子回旋运动拉莫尔半径rL[12]。
各种粒子流运动方程垂直分量为:
假定等离子体粒子温度相等,且碰撞频率足够高,则可忽略项,则式(2)中的粒子流速度在x、y方向上的分量分别为:
令,将式(3)和式(4)化简为:
将式(6)代入式(5),并令τ=ν-1,可得到:
同理,将式(5)代入式(6),可得:
式(7)和式(8)中的最后两项为E×B漂移和抗磁性漂移。定义垂直迁移率为、垂直扩散系可将方程(7)和式(8)化简为:
在溜槽线圈和磁阱区域内粒子只受到磁场力作用,所以式(9)可简化为:
从式(10)可以看出等离子体通过溜槽线圈区域进入磁阱区域时横越磁场的漂移速度受到两部分影响,第一项表现的是由密度梯度引起的扩散漂移,此种漂移在无磁场时同样存在;但其系数D是无磁场时的倍;式(10)中第二项为抗磁性漂移,其方向垂直密度梯度和势梯度,受磁场力作用下,带电粒子与中性粒子发生碰撞的概率增加,抗磁性漂移速度减慢,当碰撞频率ν→0时,抗磁性漂移速度的形式与无磁场时相同。
垂直扩散系数为:
在无磁场时,粒子运动的平均自由程为λm=1/nnδ,δ为原子的截面积,粒子速度为v,碰撞间平均时间为τ=λm/v;当有磁场时,粒子在垂直于磁力线作回旋回转运动时,粒子垂直于磁场方向运动的步长变为拉莫尔半径rL,因为rL≤λm,所以碰撞频率会增加,所以磁场的存在会使粒子间的碰撞时间τ变大,当时,磁场对等离子体的扩散运动影响很小;当时,磁场的影响降低了等离子体越过磁场区的速度。
在本装置中加入溜槽线圈后,障壁磁场磁感应强度减弱,粒子更容易通过障壁磁场区域,且通过障壁磁场区时间缩短,减少了等离子体的损失。
3 溜槽线圈位置参数对等离子体注入的影响
为了使等离子体更多的进入磁阱中,等离子体入射线上的障壁磁场的磁场强度越小越好。在溜槽线圈和磁阱线圈匝数、电流等参数选定的情况下,影响入射线上障壁磁场强度的因素主要有两个,入射线的角度和溜槽线圈与磁阱的距离。
图4给出了入射线角度和溜槽线圈相对磁阱距离示意图,图中等离子体从内部盲鳗线圈1和外部盲鳗线圈4之间射入,指向另一个外部盲鳗线圈2,其中θ为入射线角度,L为溜槽线圈相对于磁阱的距离。在COMSOL中构建磁阱的仿真模型,仿真分析这两个位置参数对等离子体注入效果的影响。
3.1 入射线角度对等离子体注入的影响
由于等离子体枪喷射等离子体的方向必须与通道重合,而在工程中为了便于操作,等离子体通道需要保持水平,故而通过调整磁阱的倾斜度来获得不同的入射角度。为保证磁阱线圈4不遮挡等离子体通道出口,等离子体通道轴线与磁阱线圈轴线的夹角不小于14°,即θ不小于14°,另外考虑到设备安装稳定性,该夹角应不大于30°。
为研究等离子体入射线角度对等离子体注入的影响,在COMSOL仿真软件中,设置溜槽线圈与通道线圈平行且距离L=23 cm。选取入射线角度θ分别为15°、20°和25°,仿真计算入射线上的磁感应强度,结果如图5所示。
磁阱障壁磁场为z轴坐标从-120 mm到-50mm区域。从图5中可以看出,当θ=20°时,入射线上障壁磁场磁感应强度最小,由此可以确定等离子体入射线与磁阱轴线的夹角为20°时,对等离子体注入磁阱影响较小。
利用COMSOL中带电粒子追踪模块,设置入射线上与磁阱线圈2相距28 cm处释放带电粒子,利用格点释放的方法在30 mm×30 mm的范围内释放一束速度为5×104m/s的快速粒子,粒子以中心轴线为中心。设置与图5相同的仿真条件,溜槽线圈匝数为10匝,电流为150 A。θ分别为15°、20°和25°时,带电粒子由通道向磁阱注入过程的粒子运动轨迹如图6所示。从图中可以看到,带电粒子从通道中由两个方向注入磁阱。对比图6(a)、图6(b)和图6(c),当θ=20°时,由通道注入到磁阱中的粒子多于θ=15°和θ=25°的情况。这说明,当θ=20°入射线上磁场较弱,等离子体注入过程中对等离子体的影响较小。
3.2 溜槽线圈和磁阱距离对等离子体注入的影响
根据计算,溜槽线圈轴线与通道轴线平行,与磁阱线圈夹角为70°时,溜槽线圈延入射线方向磁阱与线圈2的距离需不小于23 cm。因此L的范围为L≥23 cm。
设置溜槽线圈与磁阱线圈平行,溜槽线圈安匝数为10匝,电流为150 A,磁阱参数如表1所示,θ为20°,仿真L=23 cm、L=25 cm和L=27 cm三种情况下,入射线上的磁感应强度分布情况,仿真结果如图7所示。从图中可以看出,由于磁感应强度与距离成反比,L越大,磁感应强度的差别越小。L=23 cm的障壁磁场区域的磁感应强度小于L=25 cm和L=27 cm时的磁感应强度。因此,溜槽线圈与磁阱相距23 cm的溜槽线圈对磁阱障壁磁场的削弱效果优于溜槽线圈与磁阱相距25 cm和27 cm时的溜槽线圈对磁阱障壁磁场的削弱效果。
设置与图6相同的仿真条件,θ=20°,溜槽线圈匝数为10匝,电流为150 A。L=23 cm、L=25 cm和L=27 cm三种情况下,初始速度为5×104m/s的带电粒子由通道向磁阱注入过程的粒子运动轨迹如图8所示。从图中看到,当L=23 cm时注入到磁阱中的带电粒子明显多于L=25 cm和L=27 cm的情况。说明L=23 cm障壁磁场对等离子体注入过程的影响较小。
(L=23 cm,25 cm,27 cm)(L=23 cm,25 cm,27 cm)
4 结论
溜槽线圈是佳拉洁雅型磁约束装置中等离子体通道的重要组成部分,负责抵消等离子体入射线上的磁场,使等离子体顺利注入磁阱。在分析等离子体在通道和磁阱中运动的基础上,研究了入射线角度和溜槽线圈与磁阱间距离对入射线上磁感应强度分布的影响,并采用带电粒子追踪模块仿真了不同条件下带电粒子由通道向磁阱运动的粒子轨迹。仿真结果表明,当入射线角度为20°、溜槽线圈相对磁阱距离为23 cm时,入射线上障壁磁场磁感应强度较小且等离子体由通道注入到磁阱中的较多。
摘要：佳拉洁雅型磁约束装置是非托卡马克磁约束装置的一种。溜槽线圈是等离子体通道的重要组成部分,溜槽线圈的作用是削弱磁阱障壁磁场的磁感应强度,实现等离子体顺利注入磁阱。溜槽线圈的参数会对注入效果产生不同的影响。为了获得更佳的注入参数,将更多地等离子体输运到磁阱,研究了等离子体入射线角度和溜槽线圈与磁阱相对位置对等离子体入射线上磁场强度的影响;并利用有限元仿真软件COMSOL建立了仿真模型,仿真分析了不同参数下的等离子体注入情况。仿真结果表明,当等离子体入射线角度为20°,溜槽线圈距磁阱距离为23 cm时,等离子体注入磁阱的效果最好。
关键词：佳拉洁雅,溜槽线圈,磁约束,磁阱,COMSOL
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