一種鎢合金鍍層油管動態(tài)防蠟效果評價方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鎢合金鍍層油管動態(tài)防蠟效果評價方法，包括以下步驟：步驟1測定實驗油樣在不同溫度下的密度和粘度，根據(jù)測得的數(shù)據(jù)得到油樣粘度、密度隨溫度變化關(guān)系圖；步驟2根據(jù)步驟1得到的關(guān)系圖以及流體力學(xué)理論，確定油管中的流體流態(tài)；步驟3根據(jù)步驟2中得到的流體流態(tài)，計算油管的水力摩阻系數(shù)；步驟4根據(jù)步驟3、步驟2得到的參數(shù)，計算不同油管的管徑變化值；步驟5根據(jù)步驟4得到的參數(shù)，計算不同油管結(jié)蠟量；步驟6根據(jù)步驟5得到的參數(shù)，計算鎢合金鍍層油管的防蠟率。
【專利說明】
-種鉆合金媳層油管動態(tài)防蠟效果評價方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及高含蠟油井生產(chǎn)和集輸過程中鶴合金鍛層油管動態(tài)防蠟效果評價方 法，可W針對不同模擬實驗或生產(chǎn)條件下獲得的實驗結(jié)果進(jìn)行分析計算，定量評價鶴合金 鍛層油管相對于普通油管的動態(tài)防蠟效果。
【背景技術(shù)】
[0002] 原油是多組分碳氨化合物組成的混合物。在原油開采過程中，由于溫度、壓力的降 低，原油可能由單一液相轉(zhuǎn)變?yōu)闅?液、液-固兩相或氣-液-固=相。原油中蠟的析出、長大， 會粘附、沉積在油井井筒內(nèi)壁上，影響原油產(chǎn)量，甚至造成油井停產(chǎn)。
[0003] 為了解決油井的結(jié)蠟難題，油田采取了多種清防蠟措施，包括機(jī)械清防蠟、熱力清 防蠟、表面能防蠟、化學(xué)劑清防蠟、聲波清防蠟、強(qiáng)磁清防蠟和微生物清防蠟等。其中，表面 能防蠟主要分為油管內(nèi)襯防蠟和涂層防蠟兩種方式，其作用機(jī)理是通過提高管壁的光滑 度，改善表面潤濕性(達(dá)到親水憎油），使蠟不易沉積，從而達(dá)到防蠟的目的。油田常用的玻 璃襯里和聚氨基甲酸醋類涂層存在易磨損、壽命較短的問題，而鶴合金鍛層具有耐高溫、耐 磨、防腐蝕等特征，且可W在表面形成親水表面，可W起到防蠟效果且壽命較長。
[0004] 為評價鶴合金鍛層油管相對于普通油管的動態(tài)防蠟效果，
【申請人】申請了一個關(guān)于 "新型油井鶴合金鍛層防蠟效果檢測裝置(專利號為CN201420853451.5)"的專利，該專利給 出了一種防蠟效果檢測裝置，沒有介紹具體的評價方法。本發(fā)明提出了 一種基于專利 CN201420853451.5公開的新型油井鶴合金鍛層防蠟效果檢測裝置的動態(tài)防蠟效果評價方 法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種鶴合金鍛層油管動態(tài)防蠟效果評價方法。該 方法適用的裝置通過采用"N"型結(jié)構(gòu)設(shè)計，使鶴合金鍛層油管與對比普通油管模擬油井垂 直管流。該評價方法可W模擬現(xiàn)場生產(chǎn)條件下（如溫度和流速等)兩種油管兩端的差壓，根 據(jù)裝置中傳感器收集的數(shù)據(jù)處理分析，計算出鶴合金鍛層油管的動態(tài)防蠟率，實現(xiàn)鶴合金 鍛層油管防蠟效果的定量化評價。
[0006] 為實現(xiàn)該技術(shù)目的，本發(fā)明的方案是：
[0007] -種鶴合金鍛層油管動態(tài)防蠟效果評價方法，包括W下步驟：
[000引步驟1測定實驗油樣在不同溫度下的密度和粘度，根據(jù)測得的數(shù)據(jù)得到油樣粘度、 密度隨溫度變化關(guān)系圖；
[0009]步驟2根據(jù)步驟1得到的關(guān)系圖W及流體力學(xué)理論，確定油管中的流體流態(tài)；
[0010]步驟討財屆步驟帥得到的流體流態(tài)，計算油管的水力摩阻系數(shù)；
[0011] 步驟4根據(jù)步驟3、步驟2得到的參數(shù)，計算不同油管的管徑變化值；
[0012] 步驟5根據(jù)步驟4得到的參數(shù)，計算不同油管結(jié)蠟量；
[0013] 步驟6根據(jù)步驟5得到的參數(shù)，計算鶴合金鍛層油管的防蠟率。
[0014] 步驟2的實現(xiàn)方法為：
[0015] 巧據(jù)流化力堂扭訟.流體管流的流態(tài)可用雷諾數(shù)進(jìn)行判定，雷諾數(shù)定義為：
[0016]
(1)
[0017] 其中，Re--雷諾數(shù);P--流體密度，kg/m3;ii--流體動力粘度，m化? S;V-- 平均流速，m/s; D日--初始的油管的內(nèi)徑，m; Q--流量，m3/ s。
[0018] 利用公式（1)計算出在設(shè)定實驗條件下裝置中的油樣流動的雷諾數(shù)，Re《2000是 層流，Re >2000是素流。
[0019] 步驟3的實現(xiàn)方法為：
[0020] 當(dāng)流體流態(tài)為層流時，即Re《2000時，水力摩阻系數(shù)計算公式為：
[0021] 鉛
[0022] 屬于素流中的水力光滑狀態(tài)時，即2000<Re<59.7AW時，水力摩阻 系數(shù)計
[002；3] (汾
[0024] 當(dāng)流體管流屬于素流中的混合摩擦狀態(tài)時，即59.7AW<Re<(665-7651g〇A 時，水力塵陽系掛計當(dāng)公擊為，
[0025]
(4)
[00%]當(dāng)流體管流屬于素流中的水力粗糖狀態(tài)時，目I
時，水力摩阻系 數(shù)計算公式為：
[0027]
[002引其中，A-一水力摩阻系數(shù);e--相對粗糖度，e = 2A/d; A--絕對粗糖度，mm。
[0029] 步驟4的實現(xiàn)方法為:根據(jù)流體力學(xué)原理，管路沿程水頭損失計算公式為：
[0033] 根據(jù)式(6)和式(7)可得：
[0030] 姆
[0031] .損失又表示為：
[00創(chuàng) 貨
[0034]
(8)
[0035] 由此可得：
[0036]
煉)
[0037] 利用數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，獲得管路系統(tǒng)中測試段兩端的差壓，進(jìn)而計算得到結(jié)蠟 后不同油管的內(nèi)徑；
[003引其中，D--結(jié)蠟后油管的內(nèi)徑，m;hf-一沿程水頭損失，m;L-一油管測試段管路長 度，m; A P--油管測試管段兩端壓差，Pa; P-一流體密度，kg/m3，Q-一流量，; A一一水 力摩阻系數(shù)。
[0039] 張驢5的違現(xiàn)方巧為:計算不同油管的結(jié)蠟量的公式為：
[0040]
(1巧
[0041 ]其中，Do--初始油管的內(nèi)徑，m; D--結(jié)蠟后油管的內(nèi)徑，m。
[0042]步驟6的實現(xiàn)方法為:計算鶴合金鍛層油管的防蠟率的公式為：
[00創(chuàng)
（。）
[0044] 其中，E-一防蠟率，％ ;mr-一普通油管結(jié)蠟量，g;mt-一鶴合金鍛層油管結(jié)蠟量， 邑。
[0045] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：
[0046] 本發(fā)明提供了鶴合金鍛層油管較普通油管在模擬油井生產(chǎn)過程中防蠟效果定量 化評價方法，采用本方法可W高效準(zhǔn)確的計算出防蠟率，且可W準(zhǔn)確獲得管路內(nèi)壁的結(jié)蠟 量及結(jié)蠟厚度，為清蠟周期安排提供參考。
[0047] 將實驗裝置水平放置，本計算方法可用于含蠟油集輸過程中不同集輸參數(shù)下鶴合 金鍛層管的動態(tài)防蠟效果評價。
[004引本方法還可W用來評價其它清防蠟方法(如化學(xué)清防蠟)的動態(tài)防蠟效果。
[0049] 通過本方法的應(yīng)用可W直觀評價不同清防蠟方法的防蠟效果，為油田確定清防蠟 措施提供參考。
【附圖說明】
[0050] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明：
[0051] 圖1是本發(fā)明中新型鍛層油管防蠟效果評價裝置的結(jié)構(gòu)示意圖
[0052] 其中：圖中：1-鶴合金鍛層油管、2-保溫水浴套管層、3-低溫恒溫水槽、4-普通 油管、5-差壓傳感器、6-放液閥口、7-攬拌器、8-供液蓋體、9-螺桿累，10-數(shù)據(jù)采集系 統(tǒng)。
【具體實施方式】
[0053] 為能進(jìn)一步介紹本發(fā)明的
【發(fā)明內(nèi)容】
及應(yīng)用流程，茲列舉W下實施例，并進(jìn)行詳細(xì) 說明如下：
[0054] 如圖1所示，本方法依據(jù)的裝置，由管路系統(tǒng)、恒溫控制系統(tǒng)、計量系統(tǒng)、動力供液 系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集及軟件系統(tǒng)等構(gòu)成。
[0055] 該裝置具體包括鶴合金鍛層油管1、保溫水浴套管層2、低溫恒溫水槽3、普通油管 4、差壓傳感器5、放液閥口 6、攬拌器7、供液蓋體8、螺桿累9和數(shù)據(jù)采集及軟件系統(tǒng)10等。
[0056] 管路系統(tǒng)外設(shè)有保溫水浴套管層2,保溫水浴套管層2外部設(shè)有保溫材料14,在保 溫材料14的外部設(shè)有錫錐帶15,且管路系統(tǒng)分為管路測試段和參比段，當(dāng)管路系統(tǒng)垂直放 置時，測試段和參比段相互平行，且測試段為鶴合金鍛層管1，參比段為普通油管4,實驗時 含蠟原油充滿整個管路系統(tǒng)；管路系統(tǒng)整體呈"N"型，W保證當(dāng)垂直放置時流體在測試段1 和參比段4均為自下而上流動。管路下端設(shè)置放液閥口6，實驗結(jié)束后將管路流體放出。
[0057] 恒溫控制系統(tǒng)利用單獨的水浴系統(tǒng)進(jìn)行循環(huán)加熱；由低溫恒溫水浴槽3和保溫水 浴套管層2等構(gòu)成。低溫恒溫水浴槽3和保溫水浴套管2相連，保溫水浴套管層2套在管路系 統(tǒng)外，且低溫恒溫水浴槽3的溫度控制在原油的析蠟點W下，保證管路系統(tǒng)中原油結(jié)蠟。
[005引保溫水浴套管層2包括水浴套管、保溫材料和錫錐帶，所述水浴套管中充滿加熱循 環(huán)水。
[0059] 所述的差壓傳感器高低壓接口分別連接在管路系統(tǒng)測試段的底端和頂端，用來測 量實驗段管路兩端差壓;并且差壓傳感器與計算機(jī)相連，數(shù)據(jù)存儲在計算機(jī)內(nèi)。
[0060] 所述的溫度傳感器設(shè)置在供液蓋上，可W測試供液蓋內(nèi)流體溫度，保證溫度參數(shù) 調(diào)節(jié)的準(zhǔn)確性。
[0061] 所述動力供液系統(tǒng)包括帶攬拌加熱的不誘鋼供液蓋體8W及螺桿累9組成，所述的 不誘鋼供液蓋體8與管路系統(tǒng)參比段的底部相連通，所述的螺桿累9的進(jìn)口端與不誘鋼供液 蓋體8相連，出口端與管路系統(tǒng)測試段的底部相連通，進(jìn)而保證當(dāng)管路系統(tǒng)垂直放置時，流 體在測試段和參比段均為自下而上流動。動力供液系統(tǒng)可W根據(jù)實際生產(chǎn)的剪切速率來確 定螺桿累的排量范圍，螺桿累配有變頻調(diào)節(jié)器。
[0062] 數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)10包括采集板卡、數(shù)據(jù)采集線及數(shù)據(jù)處理裝置，所述的采集板 卡與差壓傳感器相連，再通過數(shù)據(jù)采集線輸入計算機(jī);數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)可W實時顯示實 驗段的壓差、溫度曲線，并根據(jù)實際測試輸入累排量，可靠地保存數(shù)據(jù)。
[0063] 本發(fā)明設(shè)置鶴合金鍛層油管和普通油管分別作為測試段和參比段，由于管段性質(zhì) 不同，原油在各管段蠟沉積速度和厚度也不同，造成鶴合金鍛層油管段差壓小于普通管段 差壓。不同溫度、排量變化也反映在差壓變化上，記錄差壓即可進(jìn)行不同條件結(jié)蠟預(yù)測。
[0064] 該裝置可W準(zhǔn)確測定各實驗段差壓值，通過計算得到測試段和參比段的結(jié)蠟速率 及鶴合金鍛層油管的防蠟率。同時，改變裝置的放置方式還可W模擬流體在垂直井筒或水 平管路的流動，模擬不同流態(tài)的流體流動，更能真實反映原油在垂直井筒中的結(jié)蠟情況。
[0065] 基于圖1裝置的鶴合金鍛層油管動態(tài)防蠟效果評價方法，包括W下步驟：
[0066] ①油樣粘度、密度隨溫度變化關(guān)系擬合:去現(xiàn)場采出含蠟原油作為試樣，根據(jù)現(xiàn)場 采油井實際狀況設(shè)定合理溫度梯度進(jìn)行實驗，本例中選用20~6(TC的5個等差梯度進(jìn)行實 驗，獲得油樣在不同溫度下的粘度、密度，通過軟件進(jìn)行擬合，獲得油樣密度、粘度隨溫度變 化關(guān)系。通過該關(guān)系獲得制定實驗方案溫度下17°C時的油樣密度P = 808.77kg/m3，油樣粘 度]i = 3.6155mPa ? S。
[0067] ②油管中流體流態(tài)的確定:根據(jù)流體力學(xué)，一般條件流體管流其流態(tài)可用雷諾數(shù) 進(jìn)行判定。雷諾數(shù)為：
[006引
（1)
[0069] 其中，Re--雷諾數(shù);P--流體密度，kg/m3;ii--流體動力粘度，m化? s; v-- 平均流速，m/s;D日一一普通油管和鍛層油管的內(nèi)徑(兩者取相同的值），m;Q-一流量，m3/s。
[0070] 本例中將實際油井產(chǎn)量按照剪切速率相似換算為實驗流量，數(shù)值為3.12L/min，取 3L/min。
[0071] 通過計算可W得出實驗條件下雷諾數(shù)Re = 373.97,值小于2000,屬于層流狀態(tài)。
[0072] ③計算管路水力摩阻系數(shù):根據(jù)上步確定實驗過程中管流流態(tài)為層流，水力摩阻 系數(shù)計貸公式為：
[007；3]
鉛
[0074] 計算得出水力摩阻系數(shù)值為A = 0.1711
[0075] ④計算不同油管管徑變化值：
[0076] 根據(jù)流體力學(xué)原理，管路沿程水頭損失計算公式為：
[0077]
(3)
[0078] 管路化趙水頭損失又可W表示為：
[0079]
(4)
[0080] 根據(jù)式(6)和式(7)可得：
[0081] 城
[0082]
[0083] 化）
[0084] 其中，利用數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，獲得管路系統(tǒng)中測試段兩端的壓差，進(jìn)而計算得到 結(jié)蠟后普通油管和鍛層油管的內(nèi)徑；
[0085] 其中，D--結(jié)蠟后普通油管或鍛層油管的內(nèi)徑，m;hf-一沿程水頭損失，m;L-一普 通油管或鍛層油管測試段管路長度，m; AP--普通油管或鍛層油管測試管段兩端壓差， 化;P--流體密度，kg/m3，Q--流量，m3/s; A--水力摩阻系數(shù)。
[0086] 實驗用油管初始管內(nèi)徑為0.381m。在實驗過程中，通過裝置中的數(shù)據(jù)采集收集測 試管兩端差壓值，并通過軟件自動存儲，實驗結(jié)束后將數(shù)據(jù)導(dǎo)出，經(jīng)過分析獲得結(jié)蠟穩(wěn)定時 不同油管測試段兩端差壓值，由（5)即可推算出鍛層油管和普通油管在實驗條件下結(jié)蠟穩(wěn) 定時管內(nèi)徑分別為Dt = 0.335m ,Dr = 0.311m。
[0087] ⑤計算鍛層油管和普通油管結(jié)蠟量：
[0088] A管油偉結(jié)臘冨的/A式為；
[0089] (7)
[0090] 其中，Do-一初始鍛層油管或普通油管內(nèi)徑(兩者取相同值），m;D-一結(jié)蠟后鍛層 油管或普通油管的內(nèi)徑，m;
[0091] 鶴合金鍛層油管和普通油管在實驗條件下結(jié)蠟穩(wěn)定時結(jié)蠟量分別為mr = 418g，mt = 615g
[0092] ③計算鶴合金鍛層油管的防蠟率:計算鶴合金鍛層油管的防蠟率的公式為：
[OOW]
械
[0094]其中，E-一防蠟率，％;mr-一普通油管結(jié)蠟量，g;mt-一鍛層油管結(jié)蠟量，邑。 [00M]代入數(shù)值獲得鶴合金鍛層油管較實驗用普通油管防蠟率為32.03%。
[0096]上述實例旨在舉例說明本發(fā)明可為本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員實現(xiàn)或使用，本發(fā)明包括 但不限于上述實施方式，任何符合本權(quán)利要求書或說明書描述，符合與本文所公開的原理 和細(xì)微修改、等同替換和改進(jìn)的方法，均屬入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種鎢合金鍍層油管動態(tài)防蠟效果評價方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1測定實驗油樣等梯度溫度下的密度和粘度，根據(jù)測得的數(shù)據(jù)得到油樣粘度、密度 隨溫度變化關(guān)系圖； 步驟2根據(jù)步驟1得到的關(guān)系圖以及流體力學(xué)，確定油管中的流體流態(tài)； 步驟3根據(jù)步驟2中得到的流體流態(tài)，計算油管的水力摩阻系數(shù)； 步驟4根據(jù)步驟3、步驟2得到的參數(shù)，計算不同油管的管徑變化值； 步驟5根據(jù)步驟4得到的參數(shù)，計算不同油管結(jié)蠟量； 步驟6根據(jù)步驟5得到的參數(shù)，計算鎢合金鍍層油管的防蠟率。2. 如權(quán)利要求1所述的鎢合金鍍層油管動態(tài)防蠟效果評價方法，其特征在于，步驟2的 實現(xiàn)方法為： 根據(jù)流體力學(xué)，流體管流其流態(tài)可用雷諾數(shù)進(jìn)行判定； 雷諾數(shù)為：⑴ 其中，Re--雷諾數(shù);P--流體密度，kg/m3;y--流體動力粘度，mPa · s;v--平均流 速，m/s;D〇--油管的內(nèi)徑，m;Q--流量，m3/s; 利用公式（1)計算出在設(shè)定實驗條件下裝置中的油樣流動的雷諾數(shù)，Re<2000是層流， Re多2000是素流。3. 如權(quán)利要求1所述的鎢合金鍍層油管動態(tài)防蠟效果評價方法，其特征在于，步驟3的 實現(xiàn)方法為： 當(dāng)流體流態(tài)為層流時即Re<2000時，水力摩阻系數(shù)計算公式為：(2) 當(dāng)流體管流屬于紊流中的水力光滑狀態(tài)時即2000<此<59.7八8/7時，水力摩阻系數(shù)計 算公式為：(3) 當(dāng)流體管流屬于紊流中的混合摩擦狀態(tài)時即59.7/e8A<Re<(665-7651g〇/e時，水力 摩阻系數(shù)計算公式為：⑷ 當(dāng)流體管流屬于紊流中的水力粗糙狀態(tài)時即時，水力摩阻系數(shù)計算 公式為：(5): 其中，λ 水力摩阻系數(shù);ε 相對粗糖度，ε = 2 Δ /d; Δ 絕對粗糖度，mm。4. 如權(quán)利要求1所述的鎢合金鍍層油管動態(tài)防蠟效果評價方法，其特征在于，步驟④的 (6) 實現(xiàn)方法為:根據(jù)流體力學(xué)原理，管路沿程水頭損失計算公式為： 管路沿程水頭損失又表示為：(7) 根據(jù)式(6)和式(7)可得：(8) 由此可得：(9) 利用數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，獲得管路系統(tǒng)中測試段兩端的壓差，進(jìn)而計算得到結(jié)蠟后不 同油管的內(nèi)徑； 其中，D-結(jié)蠟后油管的內(nèi)徑，m;hf-一沿程水頭損失，m;L-一油管測試段管路長度，m; AP 一一油管測試段兩端壓差，Pa; P-一流體密度，kg/m3，Q-一流量，m3/s; λ-一水力摩阻 系數(shù)。5. 如權(quán)利要求1所述的鎢合金鍍層油管動態(tài)防蠟效果評價方法，其特征在于，步驟5的 實現(xiàn)方法為:計算不同油管的結(jié)蠟量的公式為：(10) 其中，Do--初始油管的內(nèi)徑，m;D--結(jié)錯后油管的內(nèi)徑，m。6. 如權(quán)利要求5所述的鎢合金鍍層油管動態(tài)防蠟效果評價方法，其特征在于，步驟6的 實現(xiàn)方法為:計算鎢合金鍍層油管的防蠟率的公式為：(11) 其中，E-一防蠟率，％ ; mr-一普通油管結(jié)蠟量，g; mt-一鍍層油管結(jié)蠟量，g。
【文檔編號】G01N11/00GK105954490SQ201610259411
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月25日
【發(fā)明人】孫仁遠(yuǎn), 魏宇翔, 熊啟勇, 孟祥娟, 王承祥, 周理志, 劉冬冬, 張寶
【申請人】中國石油大學(xué)(華東)