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石蜡沉积及清除数值模拟研究

冯异勇  
【摘要】: 油气体系中石蜡沉积问题一直是石油工业界所面临的严峻问题,它一直伴随着石油生产和加工的各个环节,在油气藏储层、开采设施、集输管道以及加工设备中都会出现石蜡沉积现象。近年来,随着石油和天然气的勘探、开发、和石油加工向纵深方向的迅速发展,研究和解决石蜡沉积问题的紧迫性和重要性愈加突出。 本论文的研究目的是采用现代油藏数值模拟思想和方法建立油藏和井筒的石蜡沉积和清除模型,并开发一个油藏/井筒一体化数值模拟器以模拟储层、生产油管中的石蜡沉积和清除,以便更好地理解油气生产过程中的石蜡沉积特征,并对油藏开发的影响以及热力清蜡的过程和效果进行评价,在国内,这将是本领域的第一个模拟器,因此,本文具有较大的研究难度和繁重的工作量。 本论文在前人研究成果的基础上,开展了油藏和井筒中的石蜡沉积机理、溶解模型、包含固相石蜡的油藏渗流和井筒垂管流的数学模型、数值模型和求解方法等一系列研究,建立了三相(汽、液、固)三拟组分(气、油、石蜡)的油藏渗流和垂直管流的数学模型,并研制开发了应用模拟软件,形成了一套完善的模拟石蜡沉积和清除的理论和方法,这不仅对认识油藏和井筒中的石蜡沉积特征、优化设计清蜡方案、正确评价清蜡效果具有重要的意义,而且对油气体系中其它有机固相沉积研究也具有重要的指导意义。 本文开发的石蜡模拟器包括油藏/下伏层模拟器、上覆层模拟器和井筒模拟器。油藏模拟器精确描述含蜡原油流入环空和生产油管的过程,以及石蜡在油藏中的沉积和清除过程;上覆层模拟器模拟油藏和井筒在上覆层中的热损失;井筒模拟器描述含蜡原油在油管中的流动和石蜡的沉积过程。并通过主对角分解法和各种不同的边界条件将上述三个模拟器耦合连接在一起,形成了包括油藏、上覆层和井筒三部分的一体化石蜡模拟器,应用这一模拟器可以模拟油藏和油管中的石蜡沉积。 利用研制开发的石蜡模拟器模拟了7种情形,包括饱和油藏和未饱和油藏中的石蜡沉积和清除以及井筒中的石蜡沉积和三种不同的清蜡方式,以说明由本模拟器得出的结果。 在本模拟器的研制和开发过程中取得的主要成果有:(1)通过石蜡溶解 和沉积模型,有效地将石蜡固相引入了油藏汽液两相渗流和汽液两相垂管流 体系中,建立了汽液固三相的油藏渗流和井筒流动模型;(2)用含蜡黑油油 藏模拟器研究热力清蜡时,必须考虑变化的浊点问题;(3)主对角分解方法 可有效地将油藏模拟器、上覆层模拟器和井筒模拟器耦合连接起来;(4)当 并筒温度与地温梯度差异大时,在上覆层中必须考虑二维热量流动;(5)沉 积模型要求输入较大的沉积系数,才能得到合理的石蜡沉积量。 通过模拟器运算得到以下结论:()油藏中大部分的石蜡沉积发生在近 井地带,距离生产井越近,石蜡沉积孔隙体积百分数越大;(2)汽相逸出和 温度下降是引起石蜡沉积的两个主要因素,相比较而言,油藏温度下降比汽 相逸出对石蜡析出的影响更大;(3)析出的石蜡大部分随流体产出,仅有小 部分沉积在生产油管上,但这小部分沉积石蜡明显地减小了油管的有效直 径;(4)大部分沉积石蜡分布在油管顶部,因为在这个位置,扩散沉积和剪 切沉积达到最大值;(5)环空注入的热油可能流入储层,降低储层的有效渗 透率,但未饱和原油的产出将减小这种伤害:(6)井下加热器需要几个小时 清除近地面沉积的石蜡;(7)油管电力加热法的温度易于控制,能够有效地 清除所有的沉积石蜡;(8)通过7种示例的计算和结果分析,证明了石蜡模 拟器的合理性和正确性。


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