＊張明明 劉世界

（1.中聯(lián)煤層氣有限責任公司 山西 033200 2.中海油能源發(fā)展股份有限公司采油服務(wù)分公司 天津 300452）

石油是多種碳氫化合物的混合物，而油井井筒中析出的蠟主要為碳數(shù)較高的正構(gòu)烷烴。純石蠟是一種微透明的白色且無味晶體[1-2]，油井中沉積的蠟并非是純石蠟，通常是石蠟、膠質(zhì)、瀝青等混合物[3]。油氣田開發(fā)過程中蠟的沉積問題一直是石油工業(yè)中的一個難題[4]，蠟的沉積現(xiàn)象在石油生產(chǎn)和運輸過程中都可能出現(xiàn)，這一問題對油氣田高效開發(fā)和油氣井的正常生產(chǎn)都有著直接影響[5]。因此對油氣生產(chǎn)過程中蠟的沉積預(yù)測顯得極為重要。

目前國內(nèi)外學(xué)者對單相流的結(jié)蠟研究較多，而因為多相流本身流動的復(fù)雜性，導(dǎo)致井筒中多相流的結(jié)蠟?zāi)M困難較大[6]。本文將基于OLGA軟件對油-氣-水三相流動下井筒中的蠟沉積進行預(yù)測模擬，對三種結(jié)蠟?zāi)Ｐ拖碌玫降哪M結(jié)果進行對比分析，找到適合油井的蠟沉積預(yù)測模型。并對蠟沉積產(chǎn)液量、含水率、生產(chǎn)時間、溶解油氣比進行敏感性分析，明確影響蠟沉積的主要因素。

1.OLGA結(jié)蠟?zāi)M

(1)基礎(chǔ)計算模型

OLGA軟件采用雙流體模型，包含了液膜相、氣相和氣相中夾帶的液滴相，基本的數(shù)學(xué)方程為這三相分別的質(zhì)量守恒方程，氣相和液滴相的組合動量方程以及液膜的動量方程、混合物的能量方程[7]。OLGA多相流瞬態(tài)模擬器是多相流瞬態(tài)模擬領(lǐng)域的行業(yè)標準工具，它能模擬近井儲層、井筒、地面管網(wǎng)以及工藝設(shè)備中流體與時間相關(guān)的瞬態(tài)流動過程，且內(nèi)置多種計算模型。

OLGA軟件在進行模擬時首先要建立一個模型井，對模型井各參數(shù)設(shè)定完成以后自動劃分網(wǎng)格，然后設(shè)定模擬時間，并選擇計算模型，此時模型井便建立完成。在進行模擬時，OLGA軟件會根據(jù)選擇的計算模型以及設(shè)置的時間自動進行瞬態(tài)模擬。如果在模擬時間內(nèi)結(jié)果是收斂的那么便會輸出目標曲線，如果不收斂那么模擬將失敗，需要重新設(shè)定參數(shù)。

(2)蠟沉積模型

OLGA軟件中的Wax deposition model模塊可以模擬計算蠟沉積，該模塊中包含RRR[8]模型、Matzain[9]模型及HeatAnalogy[10]模型。

①RRR模型

R R R 模型的蠟沉積機理包括分子擴散和剪切彌散[11]，沉積速率方程如下：

式中，φ為蠟的孔隙率，%；、表示由分子擴散和剪切彌散所引起的蠟沉積體積的變化率，m3/s。

②Matzain模型

該模型的蠟沉積規(guī)律與流型有關(guān)，低流速時、趨近于單相層流狀態(tài)下的蠟沉積規(guī)律，高流速時趨近于單相紊流下的蠟沉積規(guī)律。該模型下的蠟沉積速率為：

③HeatAnalogy模型

該模型的沉積機理包括分子擴散、剪切彌散以及剪切剝離[13]。該模型的蠟沉積表達式為：

式中，G為單位時間在單位面積上蠟沉積的質(zhì)量，kg/(s·m2)；、分別表示油流和管壁處蠟組分質(zhì)量分數(shù)，%；L為邊界層厚度，m。

(3)油井模型的建立

根據(jù)表1油井參數(shù)建立油井模型。油藏參數(shù)以及地層參數(shù)均在油井模型里設(shè)置，初始條件就以表1中的參數(shù)進行設(shè)定。

表1 油井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

油管內(nèi)流體及蠟的物性參數(shù)需采用PVTsim軟件生成，PVTsim中選用PR狀態(tài)方程，黏度的計算選用精度更高的CSP[15]模型。利用PVTsim生成物性文件后可以得到含蠟原油的析蠟點，如圖1所示。

圖1 析蠟點分布

由模擬結(jié)果得到圖2油井穩(wěn)定生產(chǎn)后井筒內(nèi)壓力以及流體溫度的曲線，從圖中可以看到，井筒內(nèi)壓力以及井筒內(nèi)流體的溫度都是隨著井深的增加而增加，井口溫度穩(wěn)定在25℃。

圖2 穩(wěn)定生產(chǎn)后井筒內(nèi)壓力以及流體溫度

圖3 三種模型的模擬結(jié)果

(4)三種模型模擬結(jié)果及對比分析

三種模型得到的模擬結(jié)果如圖3所示，RRR模型的結(jié)蠟量最小，與現(xiàn)場結(jié)蠟量相比存在較大誤差。Matzain和HeatAnalogy模型在井口附近有最大結(jié)蠟厚度且隨著井深的增加結(jié)蠟厚度減少。流體在井筒中的流動有兩種流型，分別為分層流和段塞流。由于HeatAnalogy模型不考慮流體的流型，所以本文將使用Matzain模型對井筒進行結(jié)蠟分析。

(5)驗證

由于生產(chǎn)過程中井筒上的結(jié)蠟量很難測量，且現(xiàn)場也沒有實際的結(jié)蠟數(shù)據(jù)，因此通過現(xiàn)場清蠟作業(yè)時得到的清蠟數(shù)據(jù)進行對比驗證。在清蠟過程中，發(fā)現(xiàn)在距離井口400m處開始結(jié)蠟，且隨著距離井口越近，結(jié)蠟厚度越大，與模擬得到的結(jié)果較為接近，因此該模擬具有一定的準確性。

2.敏感性分析

(1)生產(chǎn)時間敏感性分析

圖4 生產(chǎn)時間敏感性分析

圖5 產(chǎn)液量敏感性分析

選取了三組不同的生產(chǎn)時間分別為1d、36d、90d，模擬出的結(jié)果曲線如圖4所示。從圖中可以看出，隨著生產(chǎn)時間的增加，結(jié)蠟厚度也是在逐漸增加，結(jié)蠟最厚點以及結(jié)蠟點沒有發(fā)生明顯變化。

(2)產(chǎn)液量敏感性分析

選取了三組不同的產(chǎn)液量分別為20t/d、60t/d、100t/d，模擬出的結(jié)果曲線如圖5所示。從圖中可以看出，隨著產(chǎn)液量的增加，結(jié)蠟厚度逐漸減少，結(jié)蠟最厚點仍然在井口附近，而結(jié)蠟點上移，析蠟點變淺。

圖6 溶解油氣比敏感性分析

圖7 含水率敏感性分析

(3)溶解油氣比敏感性分析

選取了三組不同的溶解油氣比分別為5m3/m3、20m3/m3、80m3/m3，模擬出的結(jié)果曲線如圖6所示。從圖中可以看出，隨著溶解油氣比的增加，結(jié)蠟厚度以及結(jié)蠟規(guī)律均沒有明顯變化。

(4)含水率敏感性分析

選取了三組不同的含水率分別為0.1、0.6、0.9，模擬出的結(jié)果曲線如圖7所示。從圖中可以看出，隨著含水率的增加，結(jié)蠟厚度逐漸減少，結(jié)蠟最厚點在井口附近，開始結(jié)蠟點上移，析蠟點變淺。

3.結(jié)論

利用多相流模擬軟件（OLGA）對井筒中的蠟沉積進行了模擬，并對井筒蠟沉積產(chǎn)液量、含水率、生產(chǎn)時間、溶解油氣比敏感參數(shù)進行了分析，主要結(jié)論如下：

（1）上述模擬研究曲線表明，Matzain模型能較好地模擬井筒中的蠟沉積，且結(jié)蠟厚度隨井深的增加而減少，結(jié)蠟最厚點在井口附近。

（2）對產(chǎn)液量、溶解油氣比、含水率以及生產(chǎn)時間這四個變量分別進行了敏感性分析。分析表明：隨生產(chǎn)時間的延長，結(jié)蠟厚度會明顯增加；當含水率和產(chǎn)液量增加時，結(jié)蠟厚度將減小，且結(jié)蠟點深度變淺；而溶解油氣比在較小變化范圍內(nèi)對井筒結(jié)蠟影響不顯著。