[发明专利]一种海洋天然气水合物开采立管动力特性分析方法

说明书

本发明公开了一种海洋天然气水合物开采立管动力特性分析方法，涉及油气开发技术领域，包括：构建立管模型，建立分析坐标系；n等分立管并进行受力分析，得到立管单元和流体单元在Y方向上的力平衡方程；建立两相流模型，获得立管单元内的气体质量、液体质量、气体速度和液体速度；根据力平衡方程，引入气体质量、液体质量、气体速度和液体速度得到立管在Y方向的运动微分方程及其边界条件；并进行离散求解得到立管的动力学参数。本发明根据立管内水合物分解引入流体中气体和液体的质量、流速来构建立管的运动微分方程，进而计算得到立管的动力学参数，提高立管动力分析的准确性，使该方法的分析结果与真实的立管变形和偏转情况更相符。

技术领域

本发明涉及石油和天然气开发技术领域，特别涉及一种海洋天然气水合物开采立管动力特性分析方法。

背景技术

在石油与天然气领域，随着天然气水合物的勘探开发，天然气水合物开采成为备受关注的焦点，水合物开采立管是输送水合物的关键通道，水合物开采立管在内部多相流与海流作用下会产生大变形；目前，海洋立管的变形主要是考虑外部海流力的作用，分析立管的变形与偏转。但是利用上述方法未考虑立管内部流体的影响，尤其是水合物开采立管内部沿程气液两相的变化，会显著影响立管系统的质量与刚度，而在以往立管动力模型建立中均未考虑，因此，对水合物开采立管的变形分析不够准确，不能更加真实的反应水合物开采立管变形与偏转大小。

发明内容

本申请的目的在于克服现有技术对水合物开采立管的变形分析未考虑水合物分解造成气液两相变化的问题，提供一种海洋天然气水合物开采立管动力特性分析方法，根据立管内水合物分解引入管内气体和液体的质量、流速来构建立管的运动微分方程，进而计算得到立管的动力学参数，提高立管动力分析的准确性，使该方法的分析结果与真实的立管变形和偏转情况更相符。

为了实现上述发明目的，本申请提供了以下技术方案：一种海洋天然气水合物开采立管动力特性分析方法，包括以下步骤：

构建水合物开采立管的模型，以海流方向为Y轴方向、以海底井口到海面平台的直线方向为Z轴方向建立所述立管的分析坐标系；

n等分所述立管，得到n个立管单元和n个流体单元，对每一立管单元和每一流体单元进行受力分析，得到所述立管单元和流体单元在Y方向上的力平衡方程；其中，n为大于1的自然数；

根据所述立管内的天然气水合物分解和多相流流动，建立所述立管的两相流模型，获得所述立管单元内的气体质量、液体质量、气体速度和液体速度；

根据所述立管单元和流体单元在Y方向上的力平衡方程，并引入所述立管内的气体质量、液体质量、气体速度和液体速度得到所述立管在Y方向的运动微分方程；

获得所述立管在Y方向的运动微分方程的边界条件，并进行离散求解得到所述立管的动力学参数。

在上述技术方案中，将所述立管内的流体不再只视为单一相的流体，而是根据流体在立管内举升过程中的水合物分解，考虑流体相变化对立管的影响，在立管单元在Y方向上的运动微分方程中引入气体质量、液体质量、气体流速和液体流速，建立考虑了立管内流体相变化的振动模型，得到更准确、更贴近于立管实际受力情况的动力学参数，为立管的设置提供有效的参考。

进一步地，所述水合物开采立管的模型为两端铰支的内输两相流管线，其在海流作用下会产生变形。即：所述水合物开采立管的模型为简支梁模型，其包括细长管道的立管管线，立管管线的两端铰接，立管管线在海流作用下会变形。

进一步地，所述立管单元内的气体质量、液体质量、气体速度和液体速度通过以下步骤获得：

根据气体表观速度、液体表观速度大小判断所述立管单元内流体的流态，得到流体中气体的分布系数和气相漂移速度；

根据所述立管单元内流体中气体的分布系数和气相漂移速度得到所述立管单元内的截面含气率和容积含气率；