PIPESIM 的井下節(jié)流閥在瀝青質(zhì)沉積防治技術(shù)的應用

熊瑞穎，郭繼香，童世俊，王俊芳，羅 強，許雪蓉

（1.中國石油大學（北京），非常規(guī)油氣科學技術(shù)研究院，北京 102249；2.中國石油天然氣股份有限公司塔里木油田分公司，新疆庫爾勒 841000）

井下節(jié)流技術(shù)（Downhole Chock）對于改善儲層性能、維持地層壓力具有顯著優(yōu)勢。通過向油井下入節(jié)流閥，使得流體流經(jīng)節(jié)流閥前后產(chǎn)生焦耳-湯姆遜效應，實現(xiàn)井下溫度-壓力調(diào)節(jié)，達到控制流體速率、緩解地層出砂、消除水合物堵塞的目的，從而顯著提高油井生產(chǎn)效率[1-3]。而生產(chǎn)過程中溫度、壓力、溶解氣參數(shù)對分析原油穩(wěn)定性至關(guān)重要，溫度、壓力的變化甚至會破壞原油膠體體系平衡，導致瀝青質(zhì)的絮凝沉積[4-5]，同時溫度減小還存在原油析蠟的風險。這意味著井下節(jié)流技術(shù)對原油流體開采的影響是極其復雜的。本研究基于原油PVT 數(shù)據(jù)資料，采用PVTSIM 軟件預測原油瀝青質(zhì)沉積狀況并繪制瀝青質(zhì)沉積包絡線，再通過PIPESIM 軟件模擬油井井下節(jié)流閥，分別研究不同節(jié)流閥深度、開口尺寸下井筒溫度場、壓力場的分布規(guī)律，從而分析井下節(jié)流技術(shù)對瀝青質(zhì)沉積的影響。

1 原油性質(zhì)參數(shù)及軟件模型的設定

1.1 原油PVT 性質(zhì)參數(shù)

原油取自塔里木油田TDH-1 油井分離器，分別采用GB/T 26981—2011、GB/T 13610—2014 測試分離器油/氣組分，數(shù)據(jù)（見表1）。TDH-1 油井參數(shù)（見表2）。

表1 TDH-1 油井油/氣組分分析Tab.1 Analysis of oil/gas components in TDH-1 well

表2 TDH-1 油井生產(chǎn)參數(shù)Tab.2 Production parameters of TDH-1 well

1.2 PVTSIM 模擬參數(shù)設置

分別采用“New Plus Fluid”和“New No-plus Fluid”定義油、氣組成，由于原油中重組分主要來源于瀝青質(zhì)，而瀝青質(zhì)的相對分子質(zhì)量分布范圍為500～1 000[6]，因此將油組分的C26+定義為重組分，相對分子質(zhì)量取值為700；采用“Recombine”將油氣混合，并根據(jù)表2 輸入原油參數(shù)性質(zhì)；選擇計算模型為PR78 Penelou[7]，假定原油組分與瀝青質(zhì)分子間作用力為0.001，預測TDH-1 油井瀝青質(zhì)沉積狀況。

1.3 PIPESIM 模擬參數(shù)設置

在PIPESIM 中依次選擇套管、油管部件構(gòu)建油井模型，套管采用Csgan 管材，內(nèi)徑為242.82 mm，深度為5 904 m；油管采用TSn 管材，內(nèi)徑為92.46 mm，深度為5 700 m；完井深度設置為5 800 m，輸入油藏溫度96 ℃，油藏壓力82 MPa；井下設備選擇封隔器，深度為5 680 m；傳熱系數(shù)選擇10。其余參數(shù)根據(jù)表2 輸入[8]。

由井下設備添加節(jié)流閥，下入深度分別設計為1 000 m、1 300 m（TDH-1 井泡點壓力對應深度1 253 m前后），每個安裝位置下采用“系統(tǒng)分析”研究節(jié)流油嘴為22 mm、26 mm、30 mm、35 mm、40 mm、45 mm、50 mm、60 mm、70 mm、80 mm 時油井溫度、壓力、流速變化關(guān)系。

2 結(jié)果與討論

2.1 瀝青質(zhì)沉積預測

根據(jù)TDH-1 井油氣組分數(shù)據(jù)，由PVTSIM 模擬軟件進行瀝青質(zhì)沉積預測，結(jié)果（見圖1）。

圖1 TDH-1 油井瀝青質(zhì)沉積特征Fig.1 Asphaltene deposition characteristics of TDH-1 well

由圖1 可得，TDH-1 油井溫壓分布數(shù)據(jù)在瀝青質(zhì)沉積包絡線相圖內(nèi)[9]，這表明油井生產(chǎn)過程井深在0～5 700 m 范圍內(nèi)均存在瀝青質(zhì)沉積的風險。根據(jù)壓力對瀝青質(zhì)沉積的影響，當壓力逐漸降低至泡點壓力時，瀝青質(zhì)沉積速率/沉積量達到最大[10-11]。

2.2 井下節(jié)流閥對油井溫度/壓力場的影響

由PIPESIM 模擬軟件構(gòu)建TDH-1 油井，根據(jù)油井溫壓分布數(shù)據(jù)，分別設定油井進出口壓力，并設定液體流量為變量，計算得到油井日產(chǎn)液量1 901.28 m3，泡點壓力27.38 MPa，對應井深1 219.2 m，該擬合結(jié)果與PVTSIM 結(jié)論相近。假定日產(chǎn)液量不變，以油井輸出壓力為變量，采用PIPESIM 軟件模擬油井分別在井深1 000 m、1 300 m 下入節(jié)流閥（TDH-1 井泡點壓力前后）。

節(jié)流閥對原油流體具有一定保壓作用，表現(xiàn)為TDH-1 井壓降在地層至1 000 m 范圍內(nèi)下降緩慢，壓力在節(jié)流閥前相比于未加節(jié)流閥增大1～2 MPa，同時泡點壓力由27.64 MPa（1 253 m）轉(zhuǎn)變?yōu)?5.72 MPa（999 m）；相對應的，高含氣原油流經(jīng)節(jié)流閥后，壓力突降，導致原油流體由單相流快速轉(zhuǎn)換為段塞流，該現(xiàn)象隨著節(jié)流閥油嘴的減小而尤為明顯。將節(jié)流閥安裝在泡點壓力之前，同時原油相態(tài)變化也提前（見圖2）。

圖2 節(jié)流油嘴對原油流速的影響Fig.2 Influence of throttle nozzle on crude oil flow rate

由圖2 可得，以1 000 m 節(jié)流閥為例，當節(jié)流閥油嘴為22 mm 時，原油流速相比于節(jié)流前提高1.5 倍；而當節(jié)流閥油嘴內(nèi)徑大于油管內(nèi)徑43.26%時（節(jié)流閥油嘴＞40 mm），節(jié)流效應越微弱。

2.3 井下節(jié)流閥對瀝青質(zhì)沉積的影響

對比節(jié)流閥安裝位置為1 000 m、1 300 m，節(jié)流油嘴分別為22 mm、30 mm、40 mm 對瀝青質(zhì)沉積的影響，結(jié)果（見圖3）。

圖3 不同節(jié)流閥參數(shù)，TDH-1 井瀝青質(zhì)沉積特征Fig.3 Different chock valve parameters，asphaltene deposition characteristics in well TDH-1

由圖3 可得，節(jié)流閥安裝在泡點壓力（1 000 m）之后，原油流經(jīng)節(jié)流閥前由于壓力降低至泡點，有大量的瀝青質(zhì)發(fā)生沉積，分析認為沉積的瀝青質(zhì)具有堵塞節(jié)流閥的風險；相比于節(jié)流閥安裝在泡點壓力（1 300 m）之前，受節(jié)流效應導致壓力突降，使得TDH-1 井溫壓分布明顯跨過泡點壓力線，這有利于規(guī)避瀝青質(zhì)在泡點處的沉積風險。同時得益于節(jié)流效應后流體流速的快速增加，提升了原油對瀝青質(zhì)顆粒的攜帶運移能力，將沉積的瀝青質(zhì)顆粒攜帶出油井，從而減少油管堵塞。

3 結(jié)論

采用PVTSIM 預測了TDH-1 井瀝青質(zhì)沉積規(guī)律；并用PIPESIM 模擬了井下節(jié)流技術(shù)對油井溫壓分布場的影響，從而揭示該技術(shù)對瀝青質(zhì)沉積的作用機制。主要結(jié)論如下：

（1）節(jié)流油嘴越小，節(jié)流效應越明顯，當節(jié)流油嘴內(nèi)徑大于油管內(nèi)徑的43.26%時，節(jié)流效應微弱；井下節(jié)流閥對油井具有一定保壓作用，使油井壓力增加1～2 MPa。

（2）將節(jié)流閥安裝在泡點壓力之前，原油流經(jīng)節(jié)流閥后，流體壓力突降，使得油井溫壓場快速降低至泡點以下，可規(guī)避瀝青質(zhì)大量沉積帶來的油管堵塞風險。

（3）節(jié)流閥能加快流體相態(tài)轉(zhuǎn)換，TDH-1 井高含氣原油流經(jīng)節(jié)流閥后，其流態(tài)由單相流快速轉(zhuǎn)換為段塞流；同時在節(jié)流效應可提高原油流速1.4～1.5 倍，有利于原油攜帶沉積的瀝青質(zhì)運移出井口。