本發(fā)明屬于油氣田開發(fā)，具體涉及一種烷烴類堵塞物井筒沉積特性分析方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、氣井在增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)過(guò)程中，氣體中含有的重組分烷烴在井筒管柱中會(huì)生成烷烴類堵塞物。此外，緩蝕劑與進(jìn)入井液中的各類添加劑發(fā)生發(fā)生高溫降解，分裂后的小分子有機(jī)質(zhì)發(fā)生團(tuán)聚、凝結(jié)，在井筒壁面形成沉積，受粘附力和重力等因素的影響，井筒內(nèi)氣體難以將其帶離，導(dǎo)致井筒內(nèi)形成堵塞物。

2、井筒內(nèi)的堵塞物會(huì)影響正常生產(chǎn)，因此亟需對(duì)井筒堵塞機(jī)理進(jìn)行研究，預(yù)防烷烴類堵塞物的形成。現(xiàn)有主要是通過(guò)建立井筒堵塞物預(yù)測(cè)模型對(duì)井筒堵塞機(jī)理進(jìn)行分析，然而該預(yù)測(cè)模型主要以預(yù)測(cè)濃度分布為主，未考慮井筒溫度壓力等因素的影響，從而導(dǎo)致預(yù)測(cè)結(jié)果的可靠性和精度較低；同時(shí)該預(yù)測(cè)模型對(duì)于堵塞物形成后，井筒內(nèi)流動(dòng)狀態(tài)也無(wú)法進(jìn)行有效預(yù)測(cè)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有分析技術(shù)預(yù)測(cè)結(jié)果可靠性和精度較低，且結(jié)果單一的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種烷烴類堵塞物井筒沉積特性分析方法和系統(tǒng)，本發(fā)明綜合考慮了井筒內(nèi)溫度、壓力等因素的影響，建立了烷烴類堵塞物特性計(jì)算模型，進(jìn)行烷烴類堵塞物在井筒溫度壓力等條件下，隨井深的濃度、粒徑分布情況分析，為烷烴類堵塞物對(duì)井筒影響的研究提供了更加準(zhǔn)確可靠的技術(shù)支撐，提高了氣井生產(chǎn)過(guò)程的安全性。

2、本發(fā)明通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、一種烷烴類堵塞物井筒沉積特性分析方法，該方法包括：

4、獲取井筒內(nèi)烷烴類堵塞物沉積相關(guān)參數(shù)，并根據(jù)相關(guān)參數(shù)建模得到井筒溫度場(chǎng)和壓力場(chǎng)的分布情況；

5、根據(jù)井筒溫度場(chǎng)的分布情況，獲取烷烴類堵塞物粘度的變化情況；

6、基于井筒溫度場(chǎng)、壓力場(chǎng)的分布情況以及烷烴類堵塞物粘度的變化情況，計(jì)算得到烷烴類堵塞物在井筒溫度和壓力條件下，隨井深的濃度、粒徑分布情況。

7、作為優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的根據(jù)相關(guān)參數(shù)建模得到井筒溫度場(chǎng)和壓力場(chǎng)的分布情況，具體包括：

8、基于傳熱模型和相關(guān)邊界條件，利用獲取的相關(guān)參數(shù)計(jì)算得到井筒溫度場(chǎng)的分布情況；

9、基于井筒多相流理論，綜合考慮重力、摩擦力和流體速度變化的影響，利用獲取的相關(guān)參數(shù)計(jì)算得到井筒內(nèi)壓力場(chǎng)的分布情況。

10、作為優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的井筒溫度場(chǎng)的分布情況，通過(guò)傳熱擴(kuò)散模型進(jìn)行分析，該傳熱擴(kuò)散模型表示為：

11、

12、式中，αt為熱擴(kuò)散速率；t為時(shí)間；εh湍流熱擴(kuò)散系數(shù)；t為井筒內(nèi)環(huán)境溫度；r為烷烴類堵塞物的生成或溶解的速度；r、θ、z分別為圓柱坐標(biāo)系的徑向、周向和軸向方向；

13、由于烷烴類堵塞物相行為變化而產(chǎn)生的熱量可以忽略不計(jì)，因此，在井筒軸向上的熱擴(kuò)散模型為：

14、

15、儲(chǔ)層流體從儲(chǔ)層進(jìn)入井筒的溫度為定值，儲(chǔ)層位置處邊界條件為：井筒入口處所在平面的溫度為儲(chǔ)層溫度；

16、儲(chǔ)層流體從井筒流出時(shí)，井口處的溫度為定值，其邊界條件為：井筒出口處所在平面的溫度為井口溫度；

17、井筒中心處的溫度梯度為零，其邊界條件為：井筒中心軸線處的溫度隨時(shí)間的變化率為0；

18、井壁處的溫度梯度為井筒與地層間的傳熱，其邊界條件為：井筒壁面處的溫度在徑向的變化率為其中，ho為井筒內(nèi)流體的對(duì)流傳熱系數(shù)；kc為烷烴類堵塞物的導(dǎo)熱系數(shù)；tw為井筒內(nèi)溫度；to為井筒外溫度。

19、作為優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的井筒內(nèi)壓力場(chǎng)的分布情況，表示為：

20、

21、式中，δp為井筒壓降；g為重力加速度；ρ為井筒流體密度；δz為垂向高度差；δv為速度差；δl為迭代計(jì)算段井筒單位長(zhǎng)度；v為流體速度；fp為流動(dòng)摩阻；d為水力半徑。

22、作為優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的層流條件下的流動(dòng)摩阻計(jì)算方式為：

23、

24、式中，nre為雷諾數(shù)；

25、湍流條件下的流動(dòng)摩阻計(jì)算方式為：

26、

27、式中，ε為相對(duì)粗糙度。

28、作為優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的根據(jù)井筒溫度場(chǎng)的分布情況，獲取烷烴類堵塞物粘度的變化情況，具體包括：

29、通過(guò)擬合經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，得到烷烴類堵塞物的粘度計(jì)算模型為：

30、

31、式中，η為烷烴類堵塞物的粘度；η*為稀有氣體粘度；ξ為降粘參數(shù)；ρr為相對(duì)密度；a1-a5為擬合系數(shù)；

32、含烷烴類堵塞物顆粒懸浮液的稀溶液粘度計(jì)算模型為：

33、

34、式中，φ為烷烴類堵塞物顆粒的體積分?jǐn)?shù)，其計(jì)算方式為：

35、

36、式中，μres為殘余化學(xué)勢(shì)；k為堵塞物粒度組數(shù)；t為井筒內(nèi)環(huán)境溫度；ηp為堆積分?jǐn)?shù)；ares為剩余亥姆霍茲自由能。

37、作為優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的隨井深的濃度、粒徑分布情況計(jì)算過(guò)程具體包括：

38、基于沉積動(dòng)力學(xué)理論，進(jìn)行烷烴類堵塞物的沉積、沉淀聚集分析；

39、根據(jù)烷烴類堵塞物的沉積、沉淀聚集情況并結(jié)合其他影響因素，計(jì)算井筒內(nèi)烷烴類堵塞物濃度場(chǎng)的分布情況；

40、基于烷烴類堵塞物濃度場(chǎng)分布情況，計(jì)算井筒內(nèi)烷烴類堵塞物粒徑的分布情況。

41、作為優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的烷烴類堵塞物的沉積、沉淀聚集分析過(guò)程具體包括：

42、構(gòu)建烷烴類堵塞物沉淀速度模型：

43、

44、式中，r為烷烴類堵塞物的生成或溶解的速度；kp沉淀速率常數(shù)；c為烷烴類堵塞物在溶液中的濃度；ceq為烷烴類堵塞物達(dá)到沉積平衡狀態(tài)的濃度；k0和αp均為沉淀速率計(jì)算系數(shù)；

45、基于沉淀濃度經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，?gòu)建烷烴類堵塞物的聚集速度模型：

46、rd＝-kdcnμ

47、式中，rd為烷烴類堵塞物的沉積物聚集速度；μ為稀溶液粘度；kd和n為經(jīng)驗(yàn)參數(shù)。

48、作為優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的井筒內(nèi)烷烴類堵塞物濃度場(chǎng)的分布情況計(jì)算過(guò)程具體包括：

49、基于圓柱坐標(biāo)系，綜合考慮烷烴類堵塞物的沉積、沉淀聚集和分子擴(kuò)散情況，得到濃度場(chǎng)的徑向擴(kuò)散模型為：

50、

51、式中，c為烷烴類堵塞物在溶液中的濃度；vr，vz，vθ分別為徑向、軸向和周向速度；r為烷烴類堵塞物的生成或溶解的速度；εm湍流質(zhì)量擴(kuò)散系數(shù)；dwo為烷烴類堵塞物在溶液中的擴(kuò)散系數(shù)，該擴(kuò)散系數(shù)計(jì)算方法為：

52、

53、式中，fd為擴(kuò)散系數(shù)的特征參數(shù)；kb為玻爾茲曼常數(shù)；t為井筒內(nèi)環(huán)境溫度；μ為稀溶液粘度；rk為k顆粒的粒徑

54、根據(jù)烷烴類堵塞物沉淀速度模型，得到烷烴類堵塞物濃度在井筒軸向的傳質(zhì)模型：

55、

56、式中，kp沉淀速率常數(shù)；ceq為烷烴類堵塞物達(dá)到沉積平衡狀態(tài)的濃度；

57、其中，烷烴類堵塞物濃度場(chǎng)的初始條件為：井筒內(nèi)任一點(diǎn)處的初始濃度為c0；

58、進(jìn)入井筒處的烷烴類堵塞物濃度為定值，進(jìn)入井筒處的邊界條件為：井筒入口處所在平面的濃度為cr；

59、井筒中心處的邊界條件為：井筒中心軸線處的濃度隨時(shí)間的變化率為0；

60、在井壁處的烷烴類堵塞物沉積符合相關(guān)的動(dòng)力學(xué)模型，因此在井壁處的邊界條件為：井筒壁面處的濃度隨時(shí)間的變化率為其中，cd為沉積在井壁表面的烷烴類堵塞物濃度；μ為稀溶液粘度；kd和n為經(jīng)驗(yàn)參數(shù)。

61、作為優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的井筒的粒徑分布情況計(jì)算過(guò)程具體包括：

62、獲取烷烴類堵塞物顆粒濃度變化，表示為：

63、

64、式中，ck為尺寸為k的堵塞物顆粒濃度；ci，cj分別為顆粒i，j的濃度；kij為顆粒i，j間碰撞聚集相關(guān)的系數(shù)；其中，

65、

66、式中，t為井筒內(nèi)環(huán)境溫度；β為碰撞率；kb為玻爾茲曼常數(shù)；μ為稀溶液粘度；

67、獲取粒徑分布的分類情況，并計(jì)算得到每種粒徑的濃度；

68、基于質(zhì)量守恒原理，所有粒徑濃度求和就可得到烷烴類堵塞物濃度。

69、作為優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的方法還包括：

70、基于泊肅葉方程和修正的壁面理論，建立烷烴類堵塞物對(duì)井筒內(nèi)流體軸向流速影響的分析模型，用于分析烷烴類堵塞物沉積對(duì)井筒內(nèi)流體縱向流速的影響機(jī)理。本發(fā)明還基于泊肅葉方程和修正的壁面理論，建立了烷烴類堵塞物對(duì)井筒內(nèi)流體軸向流速影響的分析模型，實(shí)現(xiàn)了烷烴類堵塞物沉積對(duì)井筒內(nèi)流體軸向流速的影響機(jī)理分析，為烷烴類堵塞物對(duì)井筒影響提供了更加全面的數(shù)據(jù)支撐。

71、作為優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的基于泊肅葉方程和修正的壁面理論，建立烷烴類堵塞物對(duì)井筒內(nèi)流體軸向流速影響的分析模型，具體包括：

72、基于泊肅葉方程，得到層流條件下井筒軸向流速分布計(jì)算模型：

73、

74、式中，r為徑向距離；rw為井筒或毛管半徑；l為流動(dòng)距離；δp為壓降；r為烷烴類堵塞物的生成或溶解的速度；μ為稀溶液粘度；

75、基于修正的壁面理論，得到湍流條件下井筒軸向流速分布計(jì)算模型：

76、

77、式中，vz+為無(wú)量綱流速；τw為無(wú)量綱剪切應(yīng)力，且：

78、

79、

80、式中，r+為無(wú)量綱距離，表示為：

81、

82、式中，vμ為運(yùn)動(dòng)粘度。

83、另一方面，本發(fā)明還提出了一種烷烴類堵塞物井筒沉積特性分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：

84、溫度壓力分布模塊，用于獲取井筒內(nèi)烷烴類堵塞物沉積相關(guān)參數(shù)，并根據(jù)相關(guān)參數(shù)建模得到井筒溫度場(chǎng)和壓力場(chǎng)的分布情況；

85、粘度變化模塊，根據(jù)井筒溫度場(chǎng)的分布情況，獲取烷烴類堵塞物粘度的變化情況；

86、沉積特性計(jì)算模塊，基于井筒溫度場(chǎng)、壓力場(chǎng)的分布情況以及烷烴類堵塞物粘度的變化情況，計(jì)算得到烷烴類堵塞物在井筒溫度和壓力條件下，隨井深的濃度、粒徑分布情況。

87、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

88、本發(fā)明綜合考慮了井筒內(nèi)溫度和壓力等影響因素，建立了烷烴類堵塞物沉積特性計(jì)算模型，能夠獲得更加準(zhǔn)確可靠的隨井深的烷烴類堵塞物濃度、粒徑分布情況，從而為井筒內(nèi)堵塞機(jī)理研究提供了更加準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)和技術(shù)支撐，提高了氣井生產(chǎn)過(guò)程的安全性。

89、此外，本發(fā)明還基于泊肅葉方程和修正的壁面理論，建立了烷烴類堵塞物對(duì)井筒內(nèi)流體軸向流速影響的分析模型，對(duì)烷烴類堵塞物沉積對(duì)井筒內(nèi)流體軸向流速影響進(jìn)行了分析，從而為井筒內(nèi)堵塞機(jī)理研究提供了更加全面的數(shù)據(jù)和技術(shù)支撐，進(jìn)一步保證了氣井生產(chǎn)過(guò)程的安全性。