一种钨合金镀层油管动态防蜡效果评价方法

摘要

本发明公开了一种钨合金镀层油管动态防蜡效果评价方法，包括以下步骤：步骤1测定实验油样在不同温度下的密度和粘度，根据测得的数据得到油样粘度、密度随温度变化关系图；步骤2根据步骤1得到的关系图以及流体力学理论，确定油管中的流体流态；步骤3根据步骤2中得到的流体流态，计算油管的水力摩阻系数；步骤4根据步骤3、步骤2得到的参数，计算不同油管的管径变化值；步骤5根据步骤4得到的参数，计算不同油管结蜡量；步骤6根据步骤5得到的参数，计算钨合金镀层油管的防蜡率。

权利要求

1.一种钨合金镀层油管动态防蜡效果评价方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1测定实验油样等梯度温度下的密度和粘度，根据测得的数据得到油样粘度、密度随温度变化关系图；

步骤2根据步骤1得到的关系图以及流体力学，确定油管中的流体流态；

步骤3根据步骤2中得到的流体流态，计算油管的水力摩阻系数；

步骤4根据步骤3、步骤2得到的参数，计算不同油管的管径变化值；

步骤5根据步骤4得到的参数，计算不同油管结蜡量；

步骤6根据步骤5得到的参数，计算钨合金镀层油管的防蜡率。

2.如权利要求1所述的钨合金镀层油管动态防蜡效果评价方法，其特征在于，步骤2的实现方法为：根据流体力学，流体管流其流态可用雷诺数进行判定；

雷诺数为：

其中，Re——雷诺数；ρ——流体密度，kg/m3；μ——流体动力粘度，mPa·s；v——平均流速，m/s；D0——初始油管的内径，m；Q——流量，m3/s；

利用公式(1)计算出在设定实验条件下装置中的油样流动的雷诺数，Re≤2000是层流，Re≥2000是紊流。

3.如权利要求2所述的钨合金镀层油管动态防蜡效果评价方法，其特征在于，步骤3的实现方法为：当流体流态为层流时即Re≤2000时，水力摩阻系数计算公式为：当流体管流属于紊流中的水力光滑状态时即2000＜Re＜59.7/ε8/7时，水力摩阻系数计算公式为：当流体管流属于紊流中的混合摩擦状态时即59.7/ε8/7＜Re＜(665-765lgε)/ε时，水力摩阻系数计算公式为：当流体管流属于紊流中的水力粗糙状态时即 时，水力摩阻系数计算公式为：

其中，λ——水力摩阻系数；ε——相对粗糙度，ε＝2Δ/d；Δ——绝对粗糙度，mm。

4.如权利要求1所述的钨合金镀层油管动态防蜡效果评价方法，其特征在于，步骤④的实现方法为：根据流体力学原理，管路沿程水头损失计算公式为：管路沿程水头损失又表示为：

根据式(6)和式(7)可得：

由此可得：

利用数据采集处理系统，获得管路系统中测试段两端的压差，进而计算得到结蜡后不同油管的内径；

其中，D--结蜡后油管的内径,m；hf——沿程水头损失，m；L——油管测试段管路长度，m；

ΔP——油管测试段两端压差，Pa；ρ——流体密度，kg/m3，Q——流量，m3/s；λ——水力摩阻系数。

5.如权利要求1所述的钨合金镀层油管动态防蜡效果评价方法，其特征在于，步骤5的实现方法为：计算不同油管的结蜡量的公式为：其中，D0——初始油管的内径，m；D——结蜡后油管的内径，m。

6.如权利要求5所述的钨合金镀层油管动态防蜡效果评价方法，其特征在于，步骤6的实现方法为：计算钨合金镀层油管的防蜡率的公式为：其中，E——防蜡率，％；mr——普通油管结蜡量，g；mt——镀层油管结蜡量，g。

说明书

一种钨合金镀层油管动态防蜡效果评价方法

技术领域

[0001] 本发明涉及高含蜡油井生产和集输过程中钨合金镀层油管动态防蜡效果评价方法，可以针对不同模拟实验或生产条件下获得的实验结果进行分析计算，定量评价钨合金镀层油管相对于普通油管的动态防蜡效果。

背景技术

[0002] 原油是多组分碳氢化合物组成的混合物。在原油开采过程中，由于温度、压力的降低，原油可能由单一液相转变为气-液、液-固两相或气-液-固三相。原油中蜡的析出、长大，会粘附、沉积在油井井筒内壁上，影响原油产量，甚至造成油井停产。

[0003] 为了解决油井的结蜡难题，油田采取了多种清防蜡措施，包括机械清防蜡、热力清防蜡、表面能防蜡、化学剂清防蜡、声波清防蜡、强磁清防蜡和微生物清防蜡等。其中，表面能防蜡主要分为油管内衬防蜡和涂层防蜡两种方式，其作用机理是通过提高管壁的光滑度，改善表面润湿性(达到亲水憎油)，使蜡不易沉积，从而达到防蜡的目的。油田常用的玻璃衬里和聚氨基甲酸酯类涂层存在易磨损、寿命较短的问题，而钨合金镀层具有耐高温、耐磨、防腐蚀等特征，且可以在表面形成亲水表面，可以起到防蜡效果且寿命较长。

[0004] 为评价钨合金镀层油管相对于普通油管的动态防蜡效果，申请人申请了一个关于“新型油井钨合金镀层防蜡效果检测装置(专利号为CN201420853451.5)”的专利，该专利给出了一种防蜡效果检测装置，没有介绍具体的评价方法。本发明提出了一种基于专利CN201420853451.5公开的新型油井钨合金镀层防蜡效果检测装置的动态防蜡效果评价方法。

发明内容

[0005] 本发明要解决的技术问题是提供一种钨合金镀层油管动态防蜡效果评价方法。该方法适用的装置通过采用“N”型结构设计，使钨合金镀层油管与对比普通油管模拟油井垂直管流。该评价方法可以模拟现场生产条件下(如温度和流速等)两种油管两端的差压，根据装置中传感器收集的数据处理分析，计算出钨合金镀层油管的动态防蜡率，实现钨合金镀层油管防蜡效果的定量化评价。

[0006] 为实现该技术目的，本发明的方案是：

[0007] 一种钨合金镀层油管动态防蜡效果评价方法，包括以下步骤：

[0008] 步骤1测定实验油样在不同温度下的密度和粘度，根据测得的数据得到油样粘度、密度随温度变化关系图；

[0009] 步骤2根据步骤1得到的关系图以及流体力学理论，确定油管中的流体流态；

[0010] 步骤3根据步骤2中得到的流体流态，计算油管的水力摩阻系数；

[0011] 步骤4根据步骤3、步骤2得到的参数，计算不同油管的管径变化值；

[0012] 步骤5根据步骤4得到的参数，计算不同油管结蜡量；

[0013] 步骤6根据步骤5得到的参数，计算钨合金镀层油管的防蜡率。

[0014] 步骤2的实现方法为：

[0015] 根据流体力学理论，流体管流的流态可用雷诺数进行判定，雷诺数定义为：

[0016]

[0017] 其中，Re——雷诺数；ρ——流体密度，kg/m3；μ——流体动力粘度，mPa·s；v——平均流速，m/s；D0——初始的油管的内径，m；Q——流量，m3/s。

[0018] 利用公式(1)计算出在设定实验条件下装置中的油样流动的雷诺数，Re≤2000是层流，Re≥2000是紊流。

[0019] 步骤3的实现方法为：

[0020] 当流体流态为层流时，即Re≤2000时，水力摩阻系数计算公式为：

[0021]

[0022] 当流体管流属于紊流中的水力光滑状态时，即2000＜Re＜59.7/ε8/7时，水力摩阻系数计算公式为：

[0023]

[0024] 当流体管流属于紊流中的混合摩擦状态时，即59.7/ε8/7＜Re＜(665-765lgε)/ε时，水力摩阻系数计算公式为：

[0025]

[0026] 当流体管流属于紊流中的水力粗糙状态时，即 时，水力摩阻系数计算公式为：

[0027]

[0028] 其中，λ——水力摩阻系数；ε——相对粗糙度，ε＝2Δ/d；Δ——绝对粗糙度，mm。

[0029] 步骤4的实现方法为：根据流体力学原理，管路沿程水头损失计算公式为：

[0030]

[0031] 管路沿程水头损失又表示为：

[0032]

[0033] 根据式(6)和式(7)可得：

[0034]

[0035] 由此可得：

[0036]

[0037] 利用数据采集处理系统，获得管路系统中测试段两端的差压，进而计算得到结蜡后不同油管的内径；

[0038] 其中，D--结蜡后油管的内径,m；hf——沿程水头损失，m；L——油管测试段管路长度，m；ΔP——油管测试管段两端压差，Pa；ρ——流体密度，kg/m3，Q——流量，m3/s；λ——水力摩阻系数。

[0039] 步骤5的实现方法为：计算不同油管的结蜡量的公式为：

[0040]

[0041] 其中，D0——初始油管的内径，m；D——结蜡后油管的内径，m。

[0042] 步骤6的实现方法为：计算钨合金镀层油管的防蜡率的公式为：

[0043]

[0044] 其中，E——防蜡率，％；mr——普通油管结蜡量，g；mt——钨合金镀层油管结蜡量，g。

[0045] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

[0046] 本发明提供了钨合金镀层油管较普通油管在模拟油井生产过程中防蜡效果定量化评价方法，采用本方法可以高效准确的计算出防蜡率，且可以准确获得管路内壁的结蜡量及结蜡厚度，为清蜡周期安排提供参考。

[0047] 将实验装置水平放置，本计算方法可用于含蜡油集输过程中不同集输参数下钨合金镀层管的动态防蜡效果评价。

[0048] 本方法还可以用来评价其它清防蜡方法(如化学清防蜡)的动态防蜡效果。

[0049] 通过本方法的应用可以直观评价不同清防蜡方法的防蜡效果，为油田确定清防蜡措施提供参考。

附图说明

[0050] 下面结合附图对本发明作进一步说明：

[0051] 图1是本发明中新型镀层油管防蜡效果评价装置的结构示意图

[0052] 其中：图中：1—钨合金镀层油管、2—保温水浴套管层、3—低温恒温水槽、4—普通油管、5—差压传感器、6—放液阀门、7—搅拌器、8—供液釜体、9—螺杆泵，10—数据采集系统。

具体实施方式

[0053] 为能进一步介绍本发明的发明内容及应用流程，兹列举以下实施例，并进行详细说明如下：

[0054] 如图1所示，本方法依据的装置，由管路系统、恒温控制系统、计量系统、动力供液系统、数据采集及软件系统等构成。

[0055] 该装置具体包括钨合金镀层油管1、保温水浴套管层2、低温恒温水槽3、普通油管4、差压传感器5、放液阀门6、搅拌器7、供液釜体8、螺杆泵9和数据采集及软件系统10等。

[0056] 管路系统外设有保温水浴套管层2，保温水浴套管层2外部设有保温材料14，在保温材料14的外部设有锡箔带15，且管路系统分为管路测试段和参比段，当管路系统垂直放置时，测试段和参比段相互平行，且测试段为钨合金镀层管1，参比段为普通油管4，实验时含蜡原油充满整个管路系统；管路系统整体呈“N”型，以保证当垂直放置时流体在测试段1和参比段4均为自下而上流动。管路下端设置放液阀门6，实验结束后将管路流体放出。

[0057] 恒温控制系统利用单独的水浴系统进行循环加热；由低温恒温水浴槽3和保温水浴套管层2等构成。低温恒温水浴槽3和保温水浴套管2相连，保温水浴套管层2套在管路系统外，且低温恒温水浴槽3的温度控制在原油的析蜡点以下，保证管路系统中原油结蜡。

[0058] 保温水浴套管层2包括水浴套管、保温材料和锡箔带，所述水浴套管中充满加热循环水。

[0059] 所述的差压传感器高低压接口分别连接在管路系统测试段的底端和顶端，用来测量实验段管路两端差压；并且差压传感器与计算机相连，数据存储在计算机内。

[0060] 所述的温度传感器设置在供液釜上，可以测试供液釜内流体温度，保证温度参数调节的准确性。

[0061] 所述动力供液系统包括带搅拌加热的不锈钢供液釜体8以及螺杆泵9组成，所述的不锈钢供液釜体8与管路系统参比段的底部相连通，所述的螺杆泵9的进口端与不锈钢供液釜体8相连，出口端与管路系统测试段的底部相连通，进而保证当管路系统垂直放置时，流体在测试段和参比段均为自下而上流动。动力供液系统可以根据实际生产的剪切速率来确定螺杆泵的排量范围，螺杆泵配有变频调节器。

[0062] 数据采集处理系统10包括采集板卡、数据采集线及数据处理装置，所述的采集板卡与差压传感器相连，再通过数据采集线输入计算机；数据采集处理系统可以实时显示实验段的压差、温度曲线，并根据实际测试输入泵排量，可靠地保存数据。

[0063] 本发明设置钨合金镀层油管和普通油管分别作为测试段和参比段，由于管段性质不同，原油在各管段蜡沉积速度和厚度也不同，造成钨合金镀层油管段差压小于普通管段差压。不同温度、排量变化也反映在差压变化上，记录差压即可进行不同条件结蜡预测。

[0064] 该装置可以准确测定各实验段差压值，通过计算得到测试段和参比段的结蜡速率及钨合金镀层油管的防蜡率。同时，改变装置的放置方式还可以模拟流体在垂直井筒或水平管路的流动，模拟不同流态的流体流动，更能真实反映原油在垂直井筒中的结蜡情况。

[0065] 基于图1装置的钨合金镀层油管动态防蜡效果评价方法，包括以下步骤：

[0066] ①油样粘度、密度随温度变化关系拟合：去现场采出含蜡原油作为试样，根据现场采油井实际状况设定合理温度梯度进行实验，本例中选用20～60℃的5个等差梯度进行实验，获得油样在不同温度下的粘度、密度，通过软件进行拟合，获得油样密度、粘度随温度变化关系。通过该关系获得制定实验方案温度下17℃时的油样密度ρ＝808.77kg/m3，油样粘度μ＝3.6155mPa·s。

[0067] ②油管中流体流态的确定：根据流体力学，一般条件流体管流其流态可用雷诺数进行判定。雷诺数为：

[0068]

[0069] 其中，Re——雷诺数；ρ——流体密度，kg/m3；μ——流体动力粘度，mPa·s；v——平均流速，m/s；D0——普通油管和镀层油管的内径(两者取相同的值)，m；Q——流量，m3/s。

[0070] 本例中将实际油井产量按照剪切速率相似换算为实验流量，数值为3.12L/min，取3L/min。

[0071] 通过计算可以得出实验条件下雷诺数Re＝373.97，值小于2000，属于层流状态。

[0072] ③计算管路水力摩阻系数：根据上步确定实验过程中管流流态为层流，水力摩阻系数计算公式为：

[0073]

[0074] 计算得出水力摩阻系数值为λ＝0.1711

[0075] ④计算不同油管管径变化值：

[0076] 根据流体力学原理，管路沿程水头损失计算公式为：

[0077]

[0078] 管路沿程水头损失又可以表示为：

[0079]

[0080] 根据式(6)和式(7)可得：

[0081]

[0082] 由此可得：

[0083]

[0084] 其中，利用数据采集处理系统，获得管路系统中测试段两端的压差，进而计算得到结蜡后普通油管和镀层油管的内径；

[0085] 其中，D--结蜡后普通油管或镀层油管的内径,m；hf——沿程水头损失，m；L——普通油管或镀层油管测试段管路长度，m；ΔP——普通油管或镀层油管测试管段两端压差，3 3
Pa；ρ——流体密度，kg/m，Q——流量，m/s；λ——水力摩阻系数。

[0086] 实验用油管初始管内径为0.381m。在实验过程中，通过装置中的数据采集收集测试管两端差压值，并通过软件自动存储，实验结束后将数据导出，经过分析获得结蜡稳定时不同油管测试段两端差压值，由(5)即可推算出镀层油管和普通油管在实验条件下结蜡稳定时管内径分别为Dt＝0.335m，Dr＝0.311m。

[0087] ⑤计算镀层油管和普通油管结蜡量：

[0088] 计算油管结蜡量的公式为：

[0089]

[0090] 其中，D0——初始镀层油管或普通油管内径(两者取相同值)，m；D——结蜡后镀层油管或普通油管的内径，m；

[0091] 钨合金镀层油管和普通油管在实验条件下结蜡稳定时结蜡量分别为mr＝418g，mt＝615g

[0092] ③计算钨合金镀层油管的防蜡率：计算钨合金镀层油管的防蜡率的公式为：

[0093]

[0094] 其中，E——防蜡率，％；mr——普通油管结蜡量，g；mt——镀层油管结蜡量，g。

[0095] 代入数值获得钨合金镀层油管较实验用普通油管防蜡率为32.03％。

[0096] 上述实例旨在举例说明本发明可为本领域专业技术人员实现或使用，本发明包括但不限于上述实施方式，任何符合本权利要求书或说明书描述，符合与本文所公开的原理和细微修改、等同替换和改进的方法，均属入本发明的保护范围。