在原油开采过程中,原油在井筒内自下而上的流动是一个热量不断损耗的过程,流动过程中原油的温度不断的降低,导致原油粘度增加,摩阻增加,抽油杆载荷增加.如果温度低于原油的凝固点,则原油将失去流动性,造成抽油杆断脱,影响生产.针对这种情况,目前广泛采用井筒加热方法来使井筒原油的温度高于原油的凝固点.常用的方法是热流体循环法和电加热法,但是这两种方法都存在井下结构复杂、不易管理等缺点,尤其是造成能量巨大的浪费.为此,本文引入了井筒重力热管加热技术,该技术利用地层流体自身能量改善近井口原油的流动性,它是维持强热敏性原油正常生产、提高产量的一项新型节能技术. 本文针对该项技术开展了以下几方面的研究. 首先,对连续流场中重力热管内部换热规律进行了研究,以连续流场中重力热管热阻网络模型为基础,分析了重力热管冷凝热阻、蒸发热阻以及蒸汽流动热阻,并以经典的Nusselt理论为基础,考虑了汽液界面剪切应力对冷凝液液膜厚度、液膜热阻以及换热系数的影响; 其次,基于连续流场中重力热管内部的传热规律,对重力热管作用下的连续流场温度分布进行了研究,同时与无重力热管作用的连续流场的温度分布进行了对比.研究结果表明,重力热管确实能够改变连续流场的温度分布,但是作用效果受连续流场条件的影响; 再次,通过室内实验对重力热管启动规律、工质工作状态、工质工作温度、连续流场温度分布以及影响因素进行了研究.实验表明:(1)在保证重力热管能够正常启动的条件下,工质充液率越低、模拟油流量越大、模拟油温度越高,重力热管的启动时间越短,并且重力热管内部工作温度越高,传热能力越好;(2)在充液率为10％的条件下,随着模拟油温度和流量的增加,重力热管工质逐渐转变为干涸状态.在本文实验中,15％的充液率能够满足实验的要求;(3)随着模拟油流量的增加,工质工作温度逐渐增加,但增加的幅度逐渐减小;模拟油温度越高,工质工作温度越高;管内真空度越高,工质工作温度越高,并且温度升高幅度不断变大;(4)重力热管调整连续流场温度剖面的作用与工质类型、工质充液率、真空度以及模拟油流量有关; 最后,以一口实际生产井为例,进行了井筒重力热管加热方案设计,并与目前采用的空心杆电加热方式进行了成本分析.结果表明,对于锦16-于H14井来说,虽然井筒重力热管技术增加了一次性的投入,但是因为减少了洗井次数从而带来了可观的利润,同时还节省了能源.