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：

1、氣井在增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)過程中，氣體中含有的重組分烷烴在井筒管柱中會生成烷烴類堵塞物。此外，緩蝕劑與進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質發(fā)生團聚、凝結，在井筒壁面形成沉積，受粘附力和重力等因素的影響，井筒內氣體難以將其帶離，導致井筒內形成堵塞物。

2、井筒內的堵塞物會影響正常生產(chǎn)，因此亟需對井筒堵塞機理進行研究，預防烷烴類堵塞物的形成?，F(xiàn)有主要是通過建立井筒堵塞物預測模型對井筒堵塞機理進行分析，然而該預測模型主要以預測濃度分布為主，未考慮井筒溫度壓力等因素的影響，從而導致預測結果的可靠性和精度較低；同時該預測模型對于堵塞物形成后，井筒內流動狀態(tài)也無法進行有效預測。

技術實現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有分析技術預測結果可靠性和精度較低，且結果單一的問題，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溫度、壓力等因素的影響，建立了烷烴類堵塞物特性計算模型，進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，為烷烴類堵塞物對井筒影響的研究提供了更加準確可靠的技術支撐，提高了氣井生產(chǎn)過程的安全性。

2、本發(fā)明通過下述技術方案實現(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、獲取井筒內烷烴類堵塞物沉積相關參數(shù)，并根據(jù)相關參數(shù)建模得到井筒溫度場和壓力場的分布情況；

5、根據(jù)井筒溫度場的分布情況，獲取烷烴類堵塞物粘度的變化情況；

6、基于井筒溫度場、壓力場的分布情況以及烷烴類堵塞物粘度的變化情況，計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)選實施方式，本發(fā)明的根據(jù)相關參數(shù)建模得到井筒溫度場和壓力場的分布情況，具體包括：

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

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，利用獲取的相關參數(shù)計算得到井筒內壓力場的分布情況。

10、作為優(yōu)選實施方式，本發(fā)明的井筒溫度場的分布情況，通過傳熱擴散模型進行分析，該傳熱擴散模型表示為：

11、

12、式中，αt為熱擴散速率；t為時間；εh湍流熱擴散系數(shù)；t為井筒內環(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，因此，在井筒軸向上的熱擴散模型為：

14、

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

16、儲層流體從井筒流出時，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為井筒內流體的對流傳熱系數(shù)；kc為烷烴類堵塞物的導熱系數(shù)；tw為井筒內溫度；to為井筒外溫度。

19、作為優(yōu)選實施方式，本發(fā)明的井筒內壓力場的分布情況，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為迭代計算段井筒單位長度；v為流體速度；fp為流動摩阻；d為水力半徑。

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

23、

24、式中，nre為雷諾數(shù)；

25、湍流條件下的流動摩阻計算方式為：

26、

27、式中，ε為相對粗糙度。

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

29、通過擬合經(jīng)驗參數(shù)，得到烷烴類堵塞物的粘度計算模型為：

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算模型為：

33、

34、式中，φ為烷烴類堵塞物顆粒的體積分數(shù)，其計算方式為：

35、

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

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

38、基于沉積動力學理論，進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、沉淀聚集情況并結合其他影響因素，計算井筒內烷烴類堵塞物濃度場的分布情況；

40、基于烷烴類堵塞物濃度場分布情況，計算井筒內烷烴類堵塞物粒徑的分布情況。

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

42、構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為烷烴類堵塞物達到沉積平衡狀態(tài)的濃度；k0和αp均為沉淀速率計算系數(shù)；

45、基于沉淀濃度經(jīng)驗模型，構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)驗參數(shù)。

48、作為優(yōu)選實施方式，本發(fā)明的井筒內烷烴類堵塞物濃度場的分布情況計算過程具體包括：

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

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湍流質量擴散系數(shù)；dwo為烷烴類堵塞物在溶液中的擴散系數(shù)，該擴散系數(shù)計算方法為：

52、

53、式中，fd為擴散系數(shù)的特征參數(shù)；kb為玻爾茲曼常數(shù)；t為井筒內環(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模型：

55、

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

57、其中，烷烴類堵塞物濃度場的初始條件為：井筒內任一點處的初始濃度為c0；

58、進入井筒處的烷烴類堵塞物濃度為定值，進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的動力學模型，因此在井壁處的邊界條件為：井筒壁面處的濃度隨時間的變化率為其中，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)驗參數(shù)。

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

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間碰撞聚集相關的系數(shù)；其中，

65、

66、式中，t為井筒內環(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，并計算得到每種粒徑的濃度；

68、基于質量守恒原理，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井筒內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井筒內流體縱向流速的影響機理。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井筒內流體軸向流速影響的分析模型，實現(xiàn)了烷烴類堵塞物沉積對井筒內流體軸向流速的影響機理分析，為烷烴類堵塞物對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井筒內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算模型：

76、

77、式中，vz+為無量綱流速；τw為無量綱剪切應力，且：

78、

79、

80、式中，r+為無量綱距離，表示為：

81、

82、式中，vμ為運動粘度。

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，用于獲取井筒內烷烴類堵塞物沉積相關參數(shù)，并根據(jù)相關參數(shù)建模得到井筒溫度場和壓力場的分布情況；

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

86、沉積特性計算模塊，基于井筒溫度場、壓力場的分布情況以及烷烴類堵塞物粘度的變化情況，計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)有技術相比，具有如下的優(yōu)點和有益效果：

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

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井筒內流體軸向流速影響的分析模型，對烷烴類堵塞物沉積對井筒內流體軸向流速影響進行了分析，從而為井筒內堵塞機理研究提供了更加全面的數(shù)據(jù)和技術支撐，進一步保證了氣井生產(chǎn)過程的安全性。