一种井筒水合物动态沉积堵塞预测模型构建方法技术

本发明专利技术涉及油气开发技术领域，具体涉及一种井筒水合物动态沉积堵塞预测模型构建方法，包括S1、构建井筒内水合物动态堵塞物理模型；S2、构建液膜中水合物形成数学模型；S3、构建液滴中水合物形成与动态沉积数学模型；S4、构建微元体中水的质量流量模型；S5、构建井筒内壁水合物层厚度与流通直径模型；S6、通过时间与空间双重迭代循环，求解水合物动态堵塞预测模型，本发明专利技术技术方案步骤清晰，预测精度高，能够准确预测不同井深处的水合物堵塞程度，根据堵塞程度可以合理规避天然气开发过程中因形成水合物堵塞造成的安全隐患和经济损失。水合物堵塞造成的安全隐患和经济损失。水合物堵塞造成的安全隐患和经济损失。

【技术实现步骤摘要】
一种井筒水合物动态沉积堵塞预测模型构建方法


[0001]本专利技术涉及油气开发
，具体涉及一种井筒水合物动态沉积堵塞预测模型构建方法。

技术介绍

[0002]天然气在处于高压、低温的环境，极易形成水合物，水合物一旦形成，就会聚集在管道底部，轻则堵塞管道，降低管道的流通量，重则堵塞井筒，导致关井，从而带来严重的安全隐患和大量的经济损失。为了合理规避天然气开发过程中因形成水合物的风险，对井筒内天然气水合物动态沉积堵塞预测进行研究显得十分必要。
[0003]目前国内外水合物生成预测模型最早是通过经验公式法进行计算，后面不断有学者基于前面的研究成果又建立新的经验公式，但经验公式法对含酸性气体的水合物预测精度较差；然后发展为Vdw
‑
P模型，该模型基于经典吸附理论建立，其优点是计算简洁，适合矿场对水合物形成条件的初步估算，缺点是精度较低，理论十分复杂；随后的P
‑
P模型、N
‑
R模型、Du
‑
Guo模型与Chen
‑
Guo模型都是建立在Vdw
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种井筒水合物动态沉积堵塞预测模型构建方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、构建井筒内水合物动态堵塞物理模型:设定其井筒内流态为环雾流，井筒内液态水以液膜和液滴的形式存在，所述液膜粘附在管壁上，所述液滴夹带在气相中；对全井筒进行微元体划分，井筒管道直径为D，将井筒分为长度为dL的等距微元体，对应时间间隔为dt，针对每个微元体建立液滴与液膜的流动分布物理模型；S2、构建液膜中水合物形成数学模型：计算出微元体中的液膜表面积A
f
与液膜中水合物形成速率R
gf
，再计算得出液膜中水合物形成的质量m
hf
；S3、构建液滴中水合物形成数学模型：根据液滴分裂理论，假设液滴的尺寸符合正态分布，根据携带量E与最大携带量E
m
关系计算出液滴表面积A
d
，液滴中的水合物形成速率R
gd
；再计算得出液滴中水合物形成的质量m
he
；S4、构建液滴中水合物动态沉积数学模型：根据液滴沉积速率R
d
计算出dt时间内液滴的沉积总量m
ld
，再计算出微元体dt时间内液滴中沉积的水合物颗粒质量m
hd
；S5、构建微元体中水的质量流量模型：计算出dt时间内每个微元体中总的水消耗质量根据质量守恒理论，每个微元体内水的消耗量为液膜与液滴消耗量之和，计算得出每个微元体中水的质量流量S6、构建井筒内壁水合物层厚度与流通直径模型：计算dt时间内管壁上水合物层厚度h，再计算得出井筒内同一位置不同时刻微元体内流通直径S7、求解水合物动态堵塞预测模型。2.根据权利要求1所述的一种井筒水合物动态沉积堵塞预测模型构建方法，其特征在于，所述步骤S2中，微元体物理模型中的液膜表面积A
f
计算公式为：A
f
＝πDdL；其中：D为管道直径，m；dL为微元体长度，m；所述液膜中水合物形成速率R
gf
计算公式为：T
sub
＝T
eq
‑
T
s
；其中：R
gf
为液膜中的水合物形成速率，mol/s；M
g
为平均气体摩尔质量，g/mol；μ为比例因子，表示传热传质阻力的相对大小，无量纲；K1和K2为动力学速率常数；T
s
为系统温度，K；T
sub
是过冷温度，K；T
eq
为系统压力下的水合物平衡温度，K；A
f
为液膜表面积，m2；所述液膜中水合物形成的质量m
hf
计算公式为：m
hf
＝MR
gf
dt；其中：m
hf
为液膜中水合物形成的质量，kg；M是水合物的分子质量，g/mol；R
gf
为液膜中水合物形成速率mol/s；dt为时间间隔，s。3.根据权利要求1所述的一种井筒水合物动态沉积堵塞预测模型构建方法，其特征在于，所述步骤S3中，携带量E表示气相中液滴的含量，定义为气相中液滴的流动质量流量占总液体的质量流量的比例，所述液滴在气相中的携带量E计算公式为：E＝W
le
/W
l
；
W
le
表达式为：W
le
＝EW
l
；其中：E是携带量；W
le
为气相中液滴的质量流量，kg/s；W
l
为液体总的质量流量，kg/s；所述携带量E与最大携带量E
m
的关系为：其中：D为管道内径，m；U
g
为气体流速m/s；E
m
为携带量的最大值；A
l
为无因次常量，其值在低压时大约为8.8
×
10
‑5，在高压时大约为3.6
×
10
‑5；σ为表面张力，mN/m；ρ
g
为气体密度，kg/m3；ρ
l
为液体密度，kg/m3；液滴的表面积A
d
计算公式为：其中：Q
l
和Q
g
分别为液体和气体体积流速，体积流速m3/s；S为液滴速率与气相速率的比值，无量纲；d
32
为Sauter平均液滴直径，m；dL是微元体长度，m；根据液滴分裂理论，环雾流中最大液滴尺寸d
max
表达式为：其中：ρ
g
为气相密度，kg/m3；ρ
l
为液相密度，kg/m3；μ
l
为液体粘度，Pa
·
s；μ
g
为气相粘度，Pa
·
s；We
g
为气相Weber数，Re
g
为气相雷诺数；Re
l
为液相雷诺数；C
w
在不同的Nμ值条件下表达式为：C
W
＝0.028Nμ
‑
4/5 Nμ≤1/15；C
W
＝0.25 Nμ>1/15；Nμ的表达式为：假设液滴的尺寸符合正态分布；所述Sauter平均液滴直径d
32
计算公式为：其中：We
g
为气相Weber数：Re
g
为气相雷诺数：Re
g
＝ρ
g
U
g
D/μ
g
；Re
l
为液相雷诺数为：Re
l
＝ρ
l
U
l
D/μ
l
；液滴中水合物形成速率R
gf
计算公式为：
其中：M
g
为平均气体摩尔质量，g/...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘建仪，袁华，刘治彬，蒋橹，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：