[发明专利]一种井筒结垢动态沉积堵塞预测模型构建方法

说明书

本发明公开了一种井筒结垢动态沉积堵塞预测模型构建方法，包括构建井筒内动态结垢物理模型；构建液膜中动态结垢数学模型；构建液滴中动态结垢与沉积数学模型；构建微元体中水的质量流量模型；构建井筒内壁垢层厚度与流通直径模型；结垢动态堵塞预测模型的求解；根据现场资料进行实例分析，得到不同井深和不同时间的结垢堵塞分布情况。解决了现有技术中只能预测结垢趋势与静态最大结垢量，不能预测井筒内垢的动态沉积堵塞情况的问题。

技术领域

本发明涉及油气开发领域，具体涉及一种井筒结垢动态沉积堵塞预测模型构建方法。

背景技术

井筒结垢问题一直是油气生产中面临的严峻问题，井筒中垢的沉积会引起井筒堵塞，导致油气产量降低与现场清防垢作业频繁，增加了油气开采成本，严重影响油气井正常生产。随着油气生产进行，井筒中的温度压力随着井深的不同而发生变化，地层水在井筒流动过程中也不断发生相态变化，高温下液态水蒸发为水蒸气，导致水中的离子浓度变大，打破了原有的离子浓度平衡，增加了结垢的可能性。压力降低，无机垢在水中的溶解度降低，使得水溶液中的离子化学反应向更容易生成垢的方向进行。

井筒结垢沉积堵塞过程需要一定的时间累积，并不是达到生成条件便立即沉积堵塞井筒。目前国内外对高压气井井筒动态结垢规律认识不清，Langelier饱和指数法、Ryzner稳定指数法、Stiff-Davis饱和指数法、Skillman热力学溶解度法以及Oddo-Tomosn饱和指数法都只能预测结垢趋势与静态最大结垢量，没有考虑井筒内垢的动态沉积过程，导致无法定量的预测不同井深的结垢量、结垢厚度、井筒流通直径以及结垢堵塞时间等动态结垢堵塞参数。

发明内容

本发明的目的在于提供一种井筒结垢动态沉积堵塞预测模型构建方法，以解决现有方法中无法定量的预测不同井深的结垢量、结垢厚度、井筒流通直径以及结垢堵塞时间等动态结垢堵塞参数的问题。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供的一种井筒结垢动态沉积堵塞预测模型构建方法，包括以下步骤：

S1、构建井筒内动态结垢物理模型，将井筒分为长度为dL的等距微元体，对应时间间隔为dt；

S2、构建液膜中动态结垢数学模型；

S3、构建液滴中动态结垢与沉积数学模型；

S4、构建微元体中水的质量流量模型；

S5、构建井筒内壁垢层厚度与流通直径模型；

S6、结垢动态堵塞预测模型的求解；

S7、根据现场资料进行实例分析，得到不同井深和不同时间的结垢堵塞分布情况。

进一步的，所述步骤S2中构建液膜中动态结垢数学模型包括以下子步骤：

S21、井筒内水的存在形式之一为液膜，液膜粘附在管壁内侧，微元体中的液膜表面积的表达式为：

其中D为管道内径径，m；dL为微元体长度，m；

S22、液膜中的结垢形成速率表达式：

其中R_sf是液膜中结垢速率，mol/s；Ms为垢的分子量，kg/mol；为结垢反应的指前因子，kg/(m²·s)；R为气体常数，J/(mol·K)； T是系统温度，K； E_M为结垢过程活化能，J/mol；A_f为液膜表面积，m²；为结垢趋势模型中的饱和指数；

S23、液膜中结垢形成的质量为：