基于OLGA软件的油井结蜡预测模拟研究

2023-02-22张明明刘世界

当代化工研究 2023年23期

＊张明明刘世界

（1.中联煤层气有限责任公司山西 033200 2.中海油能源发展股份有限公司采油服务分公司天津 300452）

石油是多种碳氢化合物的混合物，而油井井筒中析出的蜡主要为碳数较高的正构烷烃。纯石蜡是一种微透明的白色且无味晶体[1-2]，油井中沉积的蜡并非是纯石蜡，通常是石蜡、胶质、沥青等混合物[3]。油气田开发过程中蜡的沉积问题一直是石油工业中的一个难题[4]，蜡的沉积现象在石油生产和运输过程中都可能出现，这一问题对油气田高效开发和油气井的正常生产都有着直接影响[5]。因此对油气生产过程中蜡的沉积预测显得极为重要。

目前国内外学者对单相流的结蜡研究较多，而因为多相流本身流动的复杂性，导致井筒中多相流的结蜡模拟困难较大[6]。本文将基于OLGA软件对油-气-水三相流动下井筒中的蜡沉积进行预测模拟，对三种结蜡模型下得到的模拟结果进行对比分析，找到适合油井的蜡沉积预测模型。并对蜡沉积产液量、含水率、生产时间、溶解油气比进行敏感性分析，明确影响蜡沉积的主要因素。

1.OLGA结蜡模拟

(1)基础计算模型

OLGA软件采用双流体模型，包含了液膜相、气相和气相中夹带的液滴相，基本的数学方程为这三相分别的质量守恒方程，气相和液滴相的组合动量方程以及液膜的动量方程、混合物的能量方程[7]。OLGA多相流瞬态模拟器是多相流瞬态模拟领域的行业标准工具，它能模拟近井储层、井筒、地面管网以及工艺设备中流体与时间相关的瞬态流动过程，且内置多种计算模型。

OLGA软件在进行模拟时首先要建立一个模型井，对模型井各参数设定完成以后自动划分网格，然后设定模拟时间，并选择计算模型，此时模型井便建立完成。在进行模拟时，OLGA软件会根据选择的计算模型以及设置的时间自动进行瞬态模拟。如果在模拟时间内结果是收敛的那么便会输出目标曲线，如果不收敛那么模拟将失败，需要重新设定参数。

(2)蜡沉积模型

OLGA软件中的Wax deposition model模块可以模拟计算蜡沉积，该模块中包含RRR[8]模型、Matzain[9]模型及HeatAnalogy[10]模型。

①RRR模型

R R R 模型的蜡沉积机理包括分子扩散和剪切弥散[11]，沉积速率方程如下：

式中，φ为蜡的孔隙率，%；、表示由分子扩散和剪切弥散所引起的蜡沉积体积的变化率，m3/s。

②Matzain模型

该模型的蜡沉积规律与流型有关，低流速时、趋近于单相层流状态下的蜡沉积规律，高流速时趋近于单相紊流下的蜡沉积规律。该模型下的蜡沉积速率为：

③HeatAnalogy模型

该模型的沉积机理包括分子扩散、剪切弥散以及剪切剥离[13]。该模型的蜡沉积表达式为：

式中，G为单位时间在单位面积上蜡沉积的质量，kg/(s·m2)；、分别表示油流和管壁处蜡组分质量分数，%；L为边界层厚度，m。

(3)油井模型的建立

根据表1油井参数建立油井模型。油藏参数以及地层参数均在油井模型里设置，初始条件就以表1中的参数进行设定。

表1 油井基础数据

油管内流体及蜡的物性参数需采用PVTsim软件生成，PVTsim中选用PR状态方程，黏度的计算选用精度更高的CSP[15]模型。利用PVTsim生成物性文件后可以得到含蜡原油的析蜡点，如图1所示。

图1 析蜡点分布

由模拟结果得到图2油井稳定生产后井筒内压力以及流体温度的曲线，从图中可以看到，井筒内压力以及井筒内流体的温度都是随着井深的增加而增加，井口温度稳定在25℃。

图2 稳定生产后井筒内压力以及流体温度

图3 三种模型的模拟结果

(4)三种模型模拟结果及对比分析

三种模型得到的模拟结果如图3所示，RRR模型的结蜡量最小，与现场结蜡量相比存在较大误差。Matzain和HeatAnalogy模型在井口附近有最大结蜡厚度且随着井深的增加结蜡厚度减少。流体在井筒中的流动有两种流型，分别为分层流和段塞流。由于HeatAnalogy模型不考虑流体的流型，所以本文将使用Matzain模型对井筒进行结蜡分析。