摘要
本报告模拟约 5.3 km 生产油管柱（内径沿井深分段变化），以生产套管为同心外管，环空充水，并在测深 MD 2900–3400 m 设置局部电加热。生产方向为井底→井口（CPOUT），流体采用黑油模型。未加热井段施加低温恒定地层温度边界（方案 A）。所需加热线功率 q（W/m）通过二分法搜索得到，使 MD 2900 m 泵吸入口温度达到各 Excel 目标值。
基准（工况1流体，无加热）
37.4 °C
泵吸入口 @ MD 2900 m
工况3流体（无加热）
13.2 °C
井口温度（已低于环境温度 20 °C）
工况1_含水73%
104.2 °C
q = 825 W/m · 目标 104 °C · 井口 37.0 °C
工况2_含水43%
105.3 °C
q = 650 W/m · 目标 105 °C · 井口 27.1 °C
工况3_纯油80
94.5 °C
q = 231 W/m · 目标 95 °C · 井口 13.5 °C
井筒结构示意（m1）
示意图：阶梯油管置于生产套管内，环空为水。橙色带为电加热段 MD 2900–3400 m；虚线为泵挂深度 MD 2900 m。图中比例仅为示意，非严格按比例绘制。
井筒结构与轨迹（m1）
| 项目 | 取值 |
|---|---|
| 流动方向 | 井底（MD 5344 m）→ 井口（MD 0） |
| 模拟油管鞋测深 MD | 5344 m |
| 泵挂深度 MD | 2900 m |
| 电加热段 MD | 2900–3400 m (500 m) |
| 生产套管 | 外径 244.475 mm · 内径 220.497 mm · 0–5344 m |
| 油管 0–800 m | 外径 139.7 mm · 内径 124.26 mm |
| 油管 800–2900 m | 外径 88.9 mm · 内径 76 mm |
| 油管 2900–5344 m | 外径 73.03 mm · 内径 62 mm |
| 材质 | 3CrL80（钢材导热系数 k ≈ 45 W/m·K） |
| 水力分段 | 4 个 PipeRK 管段（内/外径阶梯变化） |
| 高程模型 | 按测点 0、800、2900、3400、5344 m 分段取 ΔTVD |
分层径向传热模型
| 参数 | 取值 |
|---|---|
| 模式 | OverallHtcMode.LayeredRadial |
| 内管 ID / OD（传热层叠） | 62 / 73.03 mm（加热段油管） |
| 外管 ID / OD | 220.497 / 244.475 mm（生产套管） |
| 环空填充介质 | 水 · k = 0.6 W/m·K |
| 涂层 / 保温层 | 无（加热施加于外管外径） |
| 加热向内分配比例 | 1.0（全部电功率进入径向传热路径） |
| 地层 / 环境温度 | 沿管长恒定为 20.0 °C |
| 局部加热（方案 A） | 仅在加热测深段 q > 0；q ≤ 0 时改用环境温度边界条件 |
| 加热功率剖面 | 自井底起算距离 1944–2444 m 的轴向阶跃剖面 |
流体模型（黑油）
| 参数 | 取值 |
|---|---|
| 物性包 | BlackOilPropertyPackage（测试用油样） |
| GOR | 560.9（测试默认值） |
| 原油 API / 相对密度 | 27° API（测试用 StdOilSG） |
| 水 / 气相对密度 | 1.0 / 0.7 |
| 含水率 | 按各工况 Excel 中的 Qo、Qw 计算（WCT = Qw/(Qo+Qw)） |
| 质量流量 | 由地面罐 Qo、Qw、Qg 换算为 kg/s |
| 井底温度 / 压力 | 86.9 °C / 18.0 MPa（占位假设） |
| 流动相关式 | Beggs-Brill 多相流 |
| 管内对流换热系数 | Petukhov 公式；黑油未给出导热系数时使用 k/Cp 回退值 |
m1 简化与注意事项
- 采用恒定低温地层温度，而非地温梯度剖面。
- 分层同心管径为整管全局设置（取加热段尺寸）；油管阶梯内径仅影响水力学计算。
- 加热施加于外管（套管）外径，用以表征环空安装电加热。
- 未导入 Excel 轨迹表中重复的 “Sa” 行。
- Excel 工况 3（80 m³/d，且 Qo=Qw=0）暂按纯油处理，待数据澄清后再调整。
- 井底压力/温度与气油比为占位假设，并非现场 PVT 拟合结果。
- 未计入泵、油嘴或储层流入——井底入口质量流量固定。
- 所需 q 由正向 PipeRK 计算的单调二分搜索得到（温度容差 ±0.5 K）。
- 能量平衡包含上坡重力焓降以及黑油 P–H 闪蒸（焦耳–汤姆逊效应）。对含气较多的纯油工况 3，即使 q = 0，井口温度也可低于环境温度 20 °C——这不是电加热造成的。
工况对比
| 工况 | 产油量 Qo m³/d | 产水量 Qw m³/d | 含水率 WCT % | 目标泵入口 °C | q W/m | 泵入口温度 °C | 井口温度 °C |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 基准（工况1流体，无加热） | 40 | 110 | 73.3 | — | 0 | 37.4 | 22.2 |
| 工况3_无加热 | 80 | 0 | 0.0 | — | 0 | 19.9 | 13.2 |
| 工况1_含水73% | 40 | 110 | 73.3 | 104 | 825.0 | 104.2 | 37.0 |
| 工况2_含水43% | 85 | 65 | 43.3 | 105 | 650.0 | 105.3 | 27.1 |
| 工况3_纯油80 | 80 | 0 | 0.0 | 95 | 231.2 | 94.5 | 13.5 |
温度剖面与测深关系
沿生产管流方向的流体温度。阴影带：电加热段 MD 2900–3400 m。虚线：泵挂深度 MD 2900 m。“工况3_无加热”与工况3使用同一纯油流体，且 q = 0。
管段出口温度快照
| 测深 MD m | 基准（工况1流体，无加热） °C | 工况3_无加热 °C | 工况1_含水73% °C | 工况2_含水43% °C | 工况3_纯油80 °C |
|---|---|---|---|---|---|
| 5344 | 86.9 | 86.9 | 86.9 | 86.9 | 86.9 |
| 3400 | 42.9 | 20.6 | 42.9 | 36.5 | 20.6 |
| 2900 | 37.4 | 19.9 | 104.2 | 105.3 | 94.5 |
| 800 | 25.2 | 19.3 | 47.8 | 38.5 | 20.1 |
| 0 | 22.3 | 13.4 | 37.0 | 27.1 | 13.6 |
主要结论
- 工况1流体基准（无加热）：在恒定环境温度 20 °C 下，泵吸入口温度约为 37.4 °C。
- 三个 Excel 目标工况所需线功率范围为 231–825 W/m；含水率最高的工况 1 所需加热功率最大。
- 工况 3 泵吸入口温度为 94.5 °C（目标 95 °C），对应 q ≈ 231 W/m。请勿将其井口温度与工况1流体基准直接比较——应对照“工况3_无加热”。
- 工况3纯油在 q = 0 时井口温度已达 13.2 °C（低于环境温度）。加热后工况3井口为 13.5 °C——二者接近，因为上部井筒降温主要由重力与气体膨胀（焦耳–汤姆逊效应）主导，而非深部加热器。
- 加热集中在 500 m 加热段；泵以上井段温度在上部油管中继续降低。