[发明专利]基于能量耗散理论的水合物浆液流动压降预测方法和系统

说明书

本发明公开了一种基于能量耗散理论的水合物浆液流动压降预测方法和系统，预测方法包括如下步骤：S10：获取当前钻井参数和井筒多相流动参数；S20：判断含水合物相变的多相流动状态：S30：分别计算层流状态和紊流状态下流体与管壁间摩擦阻力造成的能量耗散率：S40：分别计算层流状态和紊流状态下水合物颗粒间碰撞造成的能量耗散率；S50：分别计算层流状态和紊流状态下水合物颗粒‑管壁间碰撞造成的能量耗散率；S60：分别计算层流状态和紊流状态下液相‑水合物颗粒间相互作用造成的能量耗散率；S70：根据S30～S60中所形成的总体能量耗散率计算水合物浆液流动压降。

技术领域

本发明涉及深水油气和天然气水合物开发技术领域，尤其涉及一种基于能量耗散理论的水合物浆液流动压降预测方法和系统。

背景技术

随着我国陆上油气资源勘探开发难度的提高，深水油气和天然气水合物的开发成为我国能源安全保障的重要手段之一。在深水钻完井及测试过程中，高压低温环境易导致水合物的生成和沉积，堵塞管线，给深水流动保障带来安全风险。

现有防治水合物的方法通常是采用过量注入水合物抑制剂，冗余量超过100％，以达到完全防止水合物生成的目的。但是，由于水合物抑制剂用量大，造成深水油气和天然气水合物开发过程中钻井和生产成本高居不下，且环境污染大。水合物生成并不意味着一定会发生水合物堵塞，准确预测水合物生成后的多相流动规律，有助于建立经济、高效的水合物防治方案。

发明内容

本方案针对上文提出的问题和需求，提出一种基于能量耗散理论的水合物浆液流动压降预测方法，由于采取了如下技术特征而能够实现上述技术目的，并带来其他多项技术效果。

根据本发明第一方面的一种基于能量耗散理论的水合物浆液流动压降预测方法，

包括如下步骤：

S10：获取当前钻井参数和井筒多相流动参数；

S20：判断含水合物相变的多相流动状态：

S30：根据近壁面处的流动规律，通过流体与管壁间摩擦导致流体的部分机械能转化为热能耗散分别计算层流状态和紊流状态下流体与管壁间摩擦阻力造成的能量耗散率：

S40：根据水合物颗粒间碰撞频率(θ_p-p)和单次碰撞后造成的能量耗散率(ΔE_p-p)分别计算层流状态和紊流状态下水合物颗粒间碰撞造成的能量耗散率；

S50：根据水合物颗粒与管壁间碰撞频率(θ_p-p)和单次碰撞后造成的能量耗散率(Δ E_p-p)分别计算层流状态和紊流状态下水合物颗粒-管壁间碰撞造成的能量耗散率；

S60：根据流体与水合物颗粒间绕流所导致流体与水合物颗粒间的能量耗散，分别计算层流状态和紊流状态下液相-水合物颗粒间相互作用造成的能量耗散率；

S70：根据S30～S60中，层流状态和紊流状态下流体与管壁间摩擦阻力造成的能量耗散率、水合物颗粒间碰撞造成的能量耗散率、水合物颗粒-管壁间碰撞造成的能量耗散率和液相-水合物颗粒间相互作用造成的能量耗散率所形成的总体能量耗散率计算水合物浆液流动压降；

其中，水合物浆液流动压降与总体能量耗散率之间的关系推导如下：

式中，ΔP为水合物浆液的流动压降，Pa，Q为水合物浆液流量，m³/s，V为控制体体积，m³，E_tot为水合物浆液流动时的总体能量耗散率，J/(m³ s)。