一种全井筒内雾化液滴聚并模拟方法技术

本发明专利技术涉及一种全井筒内雾化液滴聚并模拟方法，属于井筒多相流流动模拟技术领域，包括以下步骤：S1：基于雾化发生器实验，获取井筒内雾化酸流动初始参数；S2：基于欧拉模型和群体平衡模型，建立雾化酸在井筒内的流动聚并模型；S3：将井筒划分为n段，每段长为b米、宽为a米，建立二维几何模型，在井壁附近加密网格。将初始参数输入到前b米井筒中进行计算；S4：利用用户自定义函数对前b米出口端参数进行拟合，编译后输入到b～2b井段内，计算完成后提取出口端参数；S5：重复步骤S4直至计算完整个井筒。通过S1～S5完成了全井筒内雾化酸流动聚并的模拟，对结果进行后处理。本发明专利技术分段连续计算的方法可以模拟几千米井筒内液滴粒径变化及分布状态。

【技术实现步骤摘要】
一种全井筒内雾化液滴聚并模拟方法
本专利技术涉及一种全井筒内雾化液滴聚并模拟方法，属于井筒多相流流动模拟

技术介绍
缝洞型油藏往往发育许多溶洞，使用常规酸进行酸化时，酸液会大量积蓄，使溶洞扩容、蚓孔终止延伸，既造成酸液的浪费，也难以达到预期改造目标。而雾化酸作为一种新型酸化工艺方法，注入地层后，以雾滴状态穿透岩石，能够有效地沟通不连续缝洞储集体，避免酸液浪费。要想达到酸化的效果，必须保证雾化酸在井底处于气液分散的状态。而酸液在井口雾化后，先在井筒中流动一段时间，期间液滴发生聚并、破碎以及井壁附着等现象，使雾化酸流至井底时酸液粒径和液相体积分数发生改变。因此，雾化酸在整个井筒中的流动过程是影响缝洞型油藏酸化效果的主要因素。碳酸盐岩储层一般埋藏较深，酸液在井口雾化后，需要流经几千米的井筒才能到达储层。雾化酸在长达几千米井筒中的流动规律无法用物理实验的方法模拟，随着计算机科学的广泛运用，数值模拟技术已经被广泛运用到井筒内的流动模拟研究中。利用数值模拟技术，可以有效地模拟流体在井筒内流动、聚并和破碎的规律。欧拉模型作为常用的模拟两相流的模型能够模拟雾化酸气液两相流动规律，但无法模拟分散相的尺寸大小及分布的变化，也就无法说明雾化酸流动过程中的液滴聚并破碎情况。群体平衡模型(PopulationBalanceEquation，PBE)是描述两相以及多相流体系中分散相的尺寸大小及分布程度随时间和空间变化的通用方程，能够具体地描述离散相的分布情况，是目前研究液滴粒径分布应用最广泛的数学模型。由于井筒直径为毫米级(68mm)，与几千米的井深(4000m)相比差距悬殊，直接对整个井筒进行建模不仅需要划分庞大的计算网格，对计算机的性能要求高，而且划分出的网格精度低，计算过程中也会存在较大的误差。为了准确模拟雾化酸流经几千米井筒后到达井底的状态，应同时解决长距离和模拟精度两大难题。而分段连续计算在原则上可以根据模拟精度和时间的要求分为若干段，在整体井筒模拟中达到较好的模拟效果。目前大多数学者的研究主要集中在雾化发生阶段及雾滴喷射阶段，雾化酸在井筒内长距离的流动规律及聚并破碎现象鲜有报道。因此，针对井筒长埋深与细井径的模拟难题，亟需提出一种能够用于整个井筒的建模方法，充分利用欧拉模型、群体平衡模型及用户自定义(UDF)函数构建用于雾化酸在井筒中流动且伴随液滴聚并破碎等粒径变化的模拟方法。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种能准确模拟整个井筒中雾化酸流动过程、并且能反映液滴聚并现象的方法。利用群体平衡模型和欧拉-欧拉多相流模型，实现了雾化酸从井口到井底的流动及液滴聚并过程模拟。本专利技术的技术方案如下：一种全井筒内雾化液滴聚并模拟方法，包括步骤如下：S1：通过雾化发生器实验，获得实验条件下最佳雾化率对应的气液参数，包括气体入口流速vg、液体入口流速vl、气体密度ρg、酸液密度ρl、气液体积比V、注入速度v、酸液黏度μl、气体黏度μg、入口温度T、液滴粒径D、表面张力σ、注入压力P0。鉴于雾化发生器实验是现阶段成熟技术，且本专利技术仅需要通过其获取所需参数，不是本专利技术的核心内容，故不再对雾化发生器实验进行赘述。S2：基于S1中的气液参数，给出雾化酸在井筒中的流动模型和液滴尺寸变化模型；酸液与气体在井口处发生雾化后，注入井筒中，雾化酸在井筒中向下流动，伴随着聚并、破碎现象，液滴粒径发生变化，出现附着在井壁上的现象；作为优选，雾化酸在井筒中的模型主要包括以下控制方程：(a)用于雾化酸在井筒中流动的欧拉模型为：式(1)、(2)中，下标i为气相或液相，t为时间，α为体积分数，ρ为密度，v为速度，P为局部压力，Fg,l是气液之间的相间作用力，g为重力加速度，μg和μl分别为气相和液相的黏度、即为步骤S1中获得的参数酸液黏度μl、气体黏度μg；(b)用于描述液滴粒径分布与变化的群体平衡方程如下：式(3)中，V为液滴的体积，V'为液滴尺寸发生变化前的体积，n(V)为液滴密度函数，为液滴体积的变化速率，a(V,V')为体积为V和V'的液滴聚并频率，δ(V)为液滴的破碎频率，β(V|V')为液滴破碎的概率密度函数；公式(1)(2)即为欧拉模型，用于描述雾化酸在井筒中的流动，公式(3)为雾化酸液滴尺寸变化模型；S3：根据实际井筒的尺寸，划分为多个求解域分段求解，设实际井筒的直径为a米、长为B米；将井筒长度分为n段，每段长b米，b×n＝B，建立宽为a米、长为b米的二维几何模型，记第一段为i＝1，将步骤S1测定的参数分别设置为入口边界条件，即在入口端设置气体入口流速、液体入口流速、注入压力、入口温度、液体体积分数、初始注入时的液滴粒径，对整体模拟区域设置重力加速度、气液界面表面张力、气体密度、酸液密度、气体黏度、酸液黏度，对第i＝1段模拟区域施加欧拉模型和液滴尺寸变化模型，利用有限元法求解步骤S2中所述的流动模型和液滴尺寸变化模型，也就是S2中的公式(1)(2)(3)，获得这一段出口端参数，出口端参数包括气体流速、液体流速、液体体积分数，液滴粒径分布、出口压力，由于雾化酸在流动过程中呈现井筒中心速度快、井壁速度慢的特征，因此认定当井壁处流速到达出口端时完成计算；S4：利用用户自定义函数(UDF)编写代码函数处理S3获得的出口端参数，以井筒直径作为横坐标x，出口端参数值y(如液相流速)作为纵坐标，将两者拟合为函数关系y＝f(x)(通常为分段函数)，函数包括气相流速拟合函数、液相流速拟合函数、液相体积分数拟合函数、液滴粒径分布拟合函数，y参数就是出口端要获取的参数，包括气液流速、液体体积分数和液滴粒径分布；将拟合后的函数进行编译，作为入口边界条件输入到第i+1段内，计算雾化酸在这一井段中的流动；计算完成后，与前述S3步骤类似，提取这一井段出口端参数，即为S3中的气体流速、液体流速、液体体积分数，液滴粒径分布；S5：重复S4步骤迭代计算，以前一段获得的出口端参数作为下一段计算域的输入数据，继续迭代计算，直至计算完井筒的总长度，i＝n；实际井筒中的温度和压力会随埋深程度的增大而改变，但由于我们选择的每一段计算区间内井筒长度较短，温度和压力的变化范围较小，因此，为简化计算，设置环境压力和环境温度在每个计算域内不变。通过S1～S5完成了全井筒内雾化酸流动聚并的模拟，将欧拉流动模型与液滴尺寸变化模型结合，模拟雾化酸在井筒中边流动边碰撞、出现聚并破碎等现象；采用分段连续计算的方式，既能实现对整个井筒的完整模拟，又能保证网格质量、保证模拟结果的准确性。优选的，步骤S3中，分段范围应视井筒长度而定，考虑到井径的限制，对于较深井筒的模拟，每段计算域不宜超过500米，分段越精细，模拟结果准确度越高。本专利技术的有益效果在于：1.传统的多相流研究重点划分井筒内气液两相流的流型与流态，而液滴粒径分布是决定雾化酸能否达到预计酸化效果的重要因素。本专利技术将欧拉模型与群体平衡模型结合模拟井筒内雾化酸流动及液滴聚并过程，实现了气液本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全井筒内雾化液滴聚并模拟方法，其特征在于，包括步骤如下：/nS1：通过雾化发生器实验，获得实验条件下最佳雾化率对应的气液参数，包括气体入口流速v

【技术特征摘要】
1.一种全井筒内雾化液滴聚并模拟方法，其特征在于，包括步骤如下：
S1：通过雾化发生器实验，获得实验条件下最佳雾化率对应的气液参数，包括气体入口流速vg、液体入口流速vl、气体密度ρg、酸液密度ρl、气液体积比V、注入速度v、酸液黏度μl、气体黏度μg、入口温度T、液滴粒径D、表面张力σ、注入压力P0；
S2：基于S1中的气液参数，给出雾化酸在井筒中的流动模型和液滴尺寸变化模型；酸液与气体在井口处发生雾化后，注入井筒中，雾化酸在井筒中向下流动，伴随着聚并、破碎现象，液滴粒径发生变化，出现附着在井壁上的现象；
S3：根据实际井筒的尺寸，划分为多个求解域分段求解，设实际井筒的直径为a米、长为B米；将井筒长度分为n段，每段长b米，b×n＝B，建立宽为a米、长为b米的二维几何模型，记第一段为i＝1，将步骤S1测定的参数分别设置为入口边界条件，即在入口端设置气体入口流速、液体入口流速、注入压力、入口温度、液体体积分数、初始注入时的液滴粒径，对模拟区域设置重力加速度、气液界面表面张力、气体密度、酸液密度、气体黏度、酸液黏度，对第i＝1段模拟区域施加欧拉模型和液滴尺寸变化模型，利用步骤S2中所述的流动模型和液滴尺寸变化模型，获得这一段出口端参数，出口端参数包括气体流速、液体流速、液体体积分数，液滴粒径分布、出口压力，认定当井壁处流速到达出口端时完成计算；
S4：利用用户自定义函数(UDF)编写代码函数处理S3获得的出口端参数，以井筒直径作为横坐标x，出口端参数值y作为纵坐标，将两者拟合为函数关系y＝f(x)，函数包括气相流速拟合函数、液相流速拟合...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐宁，杨潇，苏徐航，王一伟，陈国彬，韩子昭，何龙，王建海，蒋平，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东;37