小尺寸竖管热损失结蜡趋势数值仿真

doi:10.12388/j.issn.1673-2677.2024.04.006

新疆石油天然气 ›› 2024, Vol. 20 ›› Issue (4): 44-49.DOI: 10.12388/j.issn.1673-2677.2024.04.006

小尺寸竖管热损失结蜡趋势数值仿真

1.中国石化新疆新春石油开发有限责任公司，山东东营 257000； 2.油气钻完井技术国家工程研究中心（长江大学），湖北武汉 430100； 3.油气钻采工程湖北省重点实验室（长江大学），湖北武汉 430100

出版日期:2024-12-05 发布日期:2024-12-05
通讯作者: 刘启伟（1984-），2017年毕业于中国石油大学（北京）石油工程专业，硕士，高级工程师，目前主要从事石油与天然气开发方面的研究工作。（Tel）17699229197（E-mail）liuqiwei.slyt@sinopec.com
作者简介:杨再广（1986-），2014年毕业于西南石油大学石油与天然气工程专业，硕士，工程师，目前主要从事石油与天然气开发方面的研究工作。（Tel）18506405225（E-mail）yangzaiguang.slyt@sinopec.com
基金资助:
1.中国石化胜利油田科技项目“准中深层异常高压自喷井井筒及地面配套技术研究”（YKC2202）；

2.新疆维吾尔自治区“天山英才”之优秀工程师培养计划项目“高压低渗透油藏井筒及地面配套技术研究”（2022TSYCGC0002）

Numerical Simulation for Wax Forming Trend Considering Heat Loss in Small Size Vertical Pipes

1. Sinopec Xinjiang Xinchun Petroleum Development Co.，Ltd.，Dongying 257000，Shandong，China； 2. National Engineering Research Center for Oil & Gas Drilling and Completion Technology （Yangtze University），Wuhan 430100，Hubei，China； 3. Hubei Key Laboratory of Drilling and Production Engineering for Oil and Gas （Yangtze University），Wuhan 430100，Hubei，China

Online:2024-12-05 Published:2024-12-05

摘要/Abstract

摘要：

在油井自喷生产过程中，油流沿井筒轴向、径向方向温度梯度较高，蜡浓度径向受布朗运动、分子动力影响，存在高变化梯度。在胶质、沥青质等杂质的作用下，井筒受油流温度、环境温度等因素的影响产生析出物，轻则降低产量，重则堵塞井口，导致生产中断。针对中国西部某油田低凝点、强热敏性原油在井筒中易结蜡的问题，基于热力学模型且考虑理想溶液模型中易被忽略的潜热，建立小尺寸竖管油流结蜡有限元模型。利用数值模拟软件对井筒结蜡趋势进行仿真，并研究环境温度、油流入口温度、油流雷诺数对井筒结蜡的影响规律。研究结果表明，低凝点、热敏效应强的原油在低温环境和井筒油流低雷诺数的条件下井筒结蜡量有显著增加的趋势。为避免井筒内因热损失而造成结蜡堵塞，油流温度宜控制在高于静态析蜡点5 ℃至10 ℃范围内。研究结果可为油田开发过程中竖井结蜡趋势的预测、结蜡预防措施的制定提供理论依据。

关键词:

井筒结蜡, 数值仿真, 相平衡, 热平衡, 结蜡趋势

Abstract:

In the production process of flowing wells，the temperature gradients of oil streams are high in the axial and radial directions of wellbores，and the radial wax concentration is affected by Brownian motion and molecular dynamics，leading to highly variable gradients. Due to impurities such as resins and asphaltenes，wellbore precipitates are generated under the control of multiple factors such as oil stream temperature and ambient temperature，with consequences ranging from production reduction to wellbore blockage and thus production interruption. Given the high likelihood of crude oil wax forming with a low freezing point and high thermal sensitivity in an oilfield in western China，a finite element model of oil stream wax forming in small size vertical pipes was established based on thermodynamic model，and the latent heat often ignored in ideal solution models was incorporated. The wax forming trend in a wellbore was simulated using the numerical simulation software. The effects of ambient temperature，oil stream inlet temperature and oil flow Reynolds number on wellbore wax forming were studied. The results show that the wax deposition of crude oil with a low freezing point and high thermal sensitivity increases significantly in a low temperature environment with a low Reynolds number of oil flow. In order to avoid wax forming and blockage caused by heat loss in wellbore，oil stream temperature shall be controlled within 5-10 ℃ higher than the static wax deposition point. The findings of this research provide theoretical support for the prediction of wax forming trend and the determination of wax forming prevention measures during oilfield development.

Key words:

wellbore wax forming, numerical simulation, phase equilibrium, thermal equilibrium, wax forming trend

中图分类号:

TE352 ','1');return false;" target="_blank">
TE352

杨再广, 刘启伟, 魏凯, 刘玉龙, 韩雪龙, . 小尺寸竖管热损失结蜡趋势数值仿真[J]. 新疆石油天然气, 2024, 20(4): 44-49.

YANG Zaiguang , LIU Qiwei , WEI Kai, , LIU Yulong, , HAN Xuelong, . Numerical Simulation for Wax Forming Trend Considering Heat Loss in Small Size Vertical Pipes[J]. Xinjiang Oil & Gas, 2024, 20(4): 44-49.

参考文献

［1］徐婕，孟庆峰，徐皓，等. 冀中坳陷高凝油录井识别方法探讨［J］. 录井工程，2020，31（4）：91-97.XU J，MENG Q F，XU H，et al. Discussion on the method of mud logging identification for high-pour point oil in Jizhong Depression［J］. Mud Logging Engineering，2020，31（4）：91-97.

［2］杨宏伟，王烟帝.结蜡对含蜡原油管道安全影响分析［J］.辽宁石油化工大学学报，2014，34（1）：43-46.YANG H W，WANG Y D.Analysis of safety effect on reserved wax deposition at waxy crude pipeline［J］. Journal of Liaoning Petrochemical University，2014，34（1）：43-46.

［3］任洪达，赵永昌，马泽华，等. 油田微生物技术研究及应用概述［J］. 新疆石油天然气，2022，18（1）：86-89.REN H D，ZHAO Y C，MA Z H，et al. Overview of oilfield microbial technology research and application［J］. Xinjiang Oil & Gas，2022，18（1）：86-89.

［4］石岩，王茂盛. 沥青-胶质-石蜡沉积物在采油系统不同工艺设备上的形成特点［J］. 国外油田工程，2009，25（6）：23、46.SHI Y，WANG M S. Formation characteristics of asphalt- resin-paraffin deposits on equipment of different processes within oil production system［J］. Foreign Oilfield Engineering，2009，25（6）：23，46.

［5］HUNT JR E B. Laboratory study of paraffin deposition［J］. Journal of Petroleum Technology，1962，14（11）：1259-1269.

［6］刘小欢，刘环宇，马红星，等.深部结蜡页岩油水平井涂层与电加热清防蜡技术［J］. 石油钻采工艺，2024，46（2）：238-247.LIU X H，LIU H Y，MA H X，et al.Coating and electric heating technology for paraffin removal and prevention in horizontal shale oil wells with deep paraffindeposition［J］. Oil Drilling & Production Technology，2024，46（2）：238-247.

［7］邹伟，黄战卫，刘凯旋，等.高含蜡页岩油智能投球收球清防蜡技术［J］. 石油钻采工艺，2024，46（2）：248-257.ZOU W，HUANG Z W，LIU K X，et al.Wax removal and control technology using intelligent ball pitcher and receiver for high-wax shale oil［J］. Oil Drilling & ProductionTechnology，2024，46（2）：248-257.

［8］WON K W. Thermodynamics for solid solution-liquid-vapor equilibria：Wax phase formation from heavy hydrocarbon mixtures［J］. Fluid Phase Equilibria，1986，30：265-279.

［9］EDMONDS B，MOORWOOD T，SZCZEPANSKI R，et al. Simulating wax deposition in pipelines for flow assurance［J］. Energy & Fuels，2008，22（2）：729-741.

［10］JORDA R M. Paraffin deposition and prevention in oil wells［J］. Journal of Petroleum Technology，1966，18（12）：1605-1612.

［11］BURGER E D，PERKINS T K，STRIEGLER J H. Studies of wax deposition in the trans Alaska pipeline［J］. Journal of Petroleum Technology，1981，33（6）：1075-1086.

［12］SPK M M. Letters to Editor［J］. AIChE Journal，1997：43.

［13］WON K. Continuous thermodynamics for solid-liquid equilibria：Wax formation from heavy hydrocarbon mixtures［C］. AIChE Spring National Meeting，New Orleans，Louisiana，USA，1986.

［14］PEDERSEN K S. Prediction of cloud point temperatures and amount of wax precipitation［J］. SPE Production & Facilities，1995，10（1）：46-49.

［15］安永生，周大可，欧阳铁兵，等. 基于热力学模型的油井井筒析蜡规律［J］. 断块油气田，2019，26（5）：649-52.AN Y S，ZHOU D K，OUYANG T B，et al. Research on patterns of wax precipitation in wellbore based on thermodynamic model［J］. Fault-Block Oil ＆ Gas Field，2019，26（5）：649-652.

［16］RAMEY H J. Wellbore heat transmission［J］. Journal of Petroleum Technology，1962，1q4（4）：427-435.

［17］WILLHITE G P. Over-all heat transfer coefficients in steam and hot water injection wells［J］. Journal of Petroleum Technology，1967，19（5）：607-615.

［18］李伟超，齐桃，管虹翔，等. 海上稠油热采井井筒温度场模型研究及应用［J］. 西南石油大学学报：自然科学版，2012，34（3）：105-110.LI W C，QI T，GUAN H X，et al. Research and application of wellbore temperature field models for thermal recovery well in offshore heavy oilfield［J］. Journal of Southwest Petroleum University （Science & Technology Edition），2012，34（3）：105-110．

［19］张智，王汉. 油套管导热系数与温度耦合模型计算井筒温度场［J］. 中国科技论文，2015，10（21）：2539-2544.ZHANG Z，WANG H. A coupled calculation of wellbore temperature incorporating temperature and thermal conductivity of tubing and casing［J］. China Sciencepaper，2015，10（21）：2539-2544.

［20］ZHANG Y Q，PAN L H，PRUESS K，et al. A time-convolution approach for modeling heat exchange between a wellbore and surrounding formation［J］. Geothermics，2011，40（4）：261-266.

［21］宋洵成，管志川，韦龙贵，等. 保温油管海洋采油井筒温度压力计算耦合模型［J］. 石油学报，2012，33（6）：1064-1067.SONG X C，GUAN Z C，WEI L G，et al. A coupled model of temperature-pressure calculation for offshore production wellbores with insulated tubing［J］. Acta Petrolei Sinica，2012，33（6）：1064-1067.

［22］GAO Y J，CUI Y C，XU B Y，et al. Two phase flow heat transfer analysis at different flow patterns in the wellbore［J］. Applied Thermal Engineering，2017，117（5）：544-552.

［23］王敉邦，杨胜来，郑祖号，等.析蜡温度确定方法的研究与分析［J］.石油化工高等学校学报，2020，33（4）：43-48.WANG M B，YANG S L，ZHENG Z H，et al.Study and analysis of methods for determining wax evolution temperature［J］.Journal of Petrochemical Universities，2020，33（4）：43-48.

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Numerical Simulation for Wax Forming Trend Considering Heat Loss in Small Size Vertical Pipes

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