基于OLGA軟件的油井結蠟預測模擬研究

＊張明明 劉世界

（1.中聯煤層氣有限責任公司 山西 033200 2.中海油能源發展股份有限公司采油服務分公司 天津 300452）

石油是多種碳氫化合物的混合物，而油井井筒中析出的蠟主要為碳數較高的正構烷烴。純石蠟是一種微透明的白色且無味晶體[1-2]，油井中沉積的蠟并非是純石蠟，通常是石蠟、膠質、瀝青等混合物[3]。油氣田開發過程中蠟的沉積問題一直是石油工業中的一個難題[4]，蠟的沉積現象在石油生產和運輸過程中都可能出現，這一問題對油氣田高效開發和油氣井的正常生產都有著直接影響[5]。因此對油氣生產過程中蠟的沉積預測顯得極為重要。

目前國內外學者對單相流的結蠟研究較多，而因為多相流本身流動的復雜性，導致井筒中多相流的結蠟模擬困難較大[6]。本文將基于OLGA軟件對油-氣-水三相流動下井筒中的蠟沉積進行預測模擬，對三種結蠟模型下得到的模擬結果進行對比分析，找到適合油井的蠟沉積預測模型。并對蠟沉積產液量、含水率、生產時間、溶解油氣比進行敏感性分析，明確影響蠟沉積的主要因素。

1.OLGA結蠟模擬

(1)基礎計算模型

OLGA軟件采用雙流體模型，包含了液膜相、氣相和氣相中夾帶的液滴相，基本的數學方程為這三相分別的質量守恒方程，氣相和液滴相的組合動量方程以及液膜的動量方程、混合物的能量方程[7]。OLGA多相流瞬態模擬器是多相流瞬態模擬領域的行業標準工具，它能模擬近井儲層、井筒、地面管網以及工藝設備中流體與時間相關的瞬態流動過程，且內置多種計算模型。

OLGA軟件在進行模擬時首先要建立一個模型井，對模型井各參數設定完成以后自動劃分網格，然后設定模擬時間，并選擇計算模型，此時模型井便建立完成。在進行模擬時，OLGA軟件會根據選擇的計算模型以及設置的時間自動進行瞬態模擬。如果在模擬時間內結果是收斂的那么便會輸出目標曲線，如果不收斂那么模擬將失敗，需要重新設定參數。

(2)蠟沉積模型

OLGA軟件中的Wax deposition model模塊可以模擬計算蠟沉積，該模塊中包含RRR[8]模型、Matzain[9]模型及HeatAnalogy[10]模型。

①RRR模型

R R R 模型的蠟沉積機理包括分子擴散和剪切彌散[11]，沉積速率方程如下：

式中，φ為蠟的孔隙率，%；、表示由分子擴散和剪切彌散所引起的蠟沉積體積的變化率，m3/s。

②Matzain模型

該模型的蠟沉積規律與流型有關，低流速時、趨近于單相層流狀態下的蠟沉積規律，高流速時趨近于單相紊流下的蠟沉積規律。該模型下的蠟沉積速率為：

③HeatAnalogy模型

該模型的沉積機理包括分子擴散、剪切彌散以及剪切剝離[13]。該模型的蠟沉積表達式為：

式中，G為單位時間在單位面積上蠟沉積的質量，kg/(s·m2)；、分別表示油流和管壁處蠟組分質量分數，%；L為邊界層厚度，m。

(3)油井模型的建立

根據表1油井參數建立油井模型。油藏參數以及地層參數均在油井模型里設置，初始條件就以表1中的參數進行設定。

表1 油井基礎數據

油管內流體及蠟的物性參數需采用PVTsim軟件生成，PVTsim中選用PR狀態方程，黏度的計算選用精度更高的CSP[15]模型。利用PVTsim生成物性文件后可以得到含蠟原油的析蠟點，如圖1所示。

圖1 析蠟點分布

由模擬結果得到圖2油井穩定生產后井筒內壓力以及流體溫度的曲線，從圖中可以看到，井筒內壓力以及井筒內流體的溫度都是隨著井深的增加而增加，井口溫度穩定在25℃。

圖2 穩定生產后井筒內壓力以及流體溫度

圖3 三種模型的模擬結果

(4)三種模型模擬結果及對比分析

三種模型得到的模擬結果如圖3所示，RRR模型的結蠟量最小，與現場結蠟量相比存在較大誤差。Matzain和HeatAnalogy模型在井口附近有最大結蠟厚度且隨著井深的增加結蠟厚度減少。流體在井筒中的流動有兩種流型，分別為分層流和段塞流。由于HeatAnalogy模型不考慮流體的流型，所以本文將使用Matzain模型對井筒進行結蠟分析。

(5)驗證

由于生產過程中井筒上的結蠟量很難測量，且現場也沒有實際的結蠟數據，因此通過現場清蠟作業時得到的清蠟數據進行對比驗證。在清蠟過程中，發現在距離井口400m處開始結蠟，且隨著距離井口越近，結蠟厚度越大，與模擬得到的結果較為接近，因此該模擬具有一定的準確性。

2.敏感性分析

(1)生產時間敏感性分析

圖4 生產時間敏感性分析

圖5 產液量敏感性分析

選取了三組不同的生產時間分別為1d、36d、90d，模擬出的結果曲線如圖4所示。從圖中可以看出，隨著生產時間的增加，結蠟厚度也是在逐漸增加，結蠟最厚點以及結蠟點沒有發生明顯變化。

(2)產液量敏感性分析

選取了三組不同的產液量分別為20t/d、60t/d、100t/d，模擬出的結果曲線如圖5所示。從圖中可以看出，隨著產液量的增加，結蠟厚度逐漸減少，結蠟最厚點仍然在井口附近，而結蠟點上移，析蠟點變淺。

圖6 溶解油氣比敏感性分析

圖7 含水率敏感性分析

(3)溶解油氣比敏感性分析

選取了三組不同的溶解油氣比分別為5m3/m3、20m3/m3、80m3/m3，模擬出的結果曲線如圖6所示。從圖中可以看出，隨著溶解油氣比的增加，結蠟厚度以及結蠟規律均沒有明顯變化。

(4)含水率敏感性分析

選取了三組不同的含水率分別為0.1、0.6、0.9，模擬出的結果曲線如圖7所示。從圖中可以看出，隨著含水率的增加，結蠟厚度逐漸減少，結蠟最厚點在井口附近，開始結蠟點上移，析蠟點變淺。

3.結論

利用多相流模擬軟件（OLGA）對井筒中的蠟沉積進行了模擬，并對井筒蠟沉積產液量、含水率、生產時間、溶解油氣比敏感參數進行了分析，主要結論如下：

（1）上述模擬研究曲線表明，Matzain模型能較好地模擬井筒中的蠟沉積，且結蠟厚度隨井深的增加而減少，結蠟最厚點在井口附近。

（2）對產液量、溶解油氣比、含水率以及生產時間這四個變量分別進行了敏感性分析。分析表明：隨生產時間的延長，結蠟厚度會明顯增加；當含水率和產液量增加時，結蠟厚度將減小，且結蠟點深度變淺；而溶解油氣比在較小變化范圍內對井筒結蠟影響不顯著。