CN111859706A - 一种高含硫气田管线硫沉积预测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高含硫气田管线硫沉积预测方法，包括如下步骤：S1、首先对硫沉积的机理研究；S2、确定管线中对硫沉积具有重要影响的的几种参数数据，并对这些参数数据一一进行权重分配；S3、在管线中取样，获取参数数据，并将参数数据带入至硫沉积预测模型中进行运算；S4、通过对硫沉积的统计分析,得到硫沉积统计分区图，在利用硫磺沉积统计分区图时,将参数数据进行相关计算描点，最终为管线乃至整个管线系统内硫沉积防治方法的确立，提供技术与理论支撑。本发明对参数数据匹配的权重进行分析，使得预测结果更准确；可为管线乃至整个管线系统内硫沉积防治方法的确立，提供技术与理论支撑。
Description
技术领域
本发明属于气田管线硫沉积预测技术领域，更具体地说，尤其涉及一种高含硫气田管线硫沉积预测方法。
背景技术
硫沉积危害巨大,在含硫气田开发过程中,必须重视硫沉积研究。中国的含硫天然气资源丰富,是世界上拥有高含硫气田的国家之一,其中川东北地区气藏普遍含硫,且大多数为特高含硫、中含二氧化碳气藏。高含硫天然气在管道输送过程中,随着压力、温度和气质组分等条件的变化，气相中发生过饱和溶解析出的硫分子会逐渐形核、生长成为固体硫颗粒随气流一起在管道内运移,并会沉积在管道内壁。管内沉积的硫颗粒将会堵塞和腐蚀管道，严重威胁高含硫天然气管道的输送安全，为此，我们提出一种高含硫气田管线硫沉积预测方法。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种高含硫气田管线硫沉积预测方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种高含硫气田管线硫沉积预测方法，包括如下步骤：
S1、首先对硫沉积的机理研究，硫的溶解性与气体组分、压力和温度有关，地层中元素硫主要依靠三种运载方式与气流一起运移，元素硫的运载方式基本上决定了其沉积机理；
S2、确定管线中对硫沉积具有重要影响的的几种参数数据，并对这些参数数据一一进行权重分配，随即根据上述参数数据，选取涵盖上述参数数据的硫沉积预测模型；
S3、在管线中取样，获取参数数据，并将参数数据带入至硫沉积预测模型中进行运算，综合管线中气流水动力对固相硫颗粒在渗流通道中传输和运移的作用、硫颗粒的不同运动形态、硫沉积的微观动力学、硫颗粒的运移规律和造成储层堵塞的机制方面的研究后，通过对参数数据匹配的权重进行分析；
S4、通过对硫沉积的统计分析,得到硫沉积统计分区图，在利用硫磺沉积统计分区图时,将参数数据进行相关计算描点,若处在硫沉积区,判定该条件下管线内发生硫沉积，否则不发生硫沉积，最终为管线乃至整个管线系统内硫沉积防治方法的确立，提供技术与理论支撑。
优选的，所述步骤S1中三种运载方式包括：
与硫化氢结合生成多硫化氢溶于天然气中；
溶于高分子烷烃；
在高速气流中元素硫以微滴状(地层温度高于元素硫熔点时)随气流携带到地面。
优选的，所述步骤S2中参数数据包括管道内压力、温度、气质组分、流速。
优选的，所述步骤S3中硫沉积预测模型运算具体包括：充分考虑集输压力、温度条件下(P≤15.0MPa,T≤333.15K)硫溶解度极低的特点,建立硫溶解度测试实验装置,开展集输管道压力、温度范围内的硫溶解度实验研究；
采用微观分子动力学模拟与宏观热力学参数统计分析相结合的方法,建立硫颗粒的生长动力学模型,结合结晶动力学理论模型深刻揭示集输条件下硫颗粒的形核、生长与消融动力学规律；
综合考虑硫颗粒的生长、消融、运移、沉降规律与管道内压力、温度、气质组分、流速等参数的耦合作用,建立伴随元素硫气固相态变化和硫颗粒生长、消融的气固两相管输模型,定量描述高含硫集输条件下硫颗粒的析出、生长及其与高含硫天然气的气固两相流动规律。
优选的，所述步骤S3中获取的参数数据在带入至硫沉积预测模型中进行运算前还需对偏差进行校正，即同一参数需多次进行测量后取平均值。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供的一种高含硫气田管线硫沉积预测方法，与传统技术相比，该方法确定管线中对硫沉积具有重要影响的的几种参数数据，并对这些参数数据一一进行权重分配，将参数数据带入至硫沉积预测模型中进行运算通过对参数数据匹配的权重进行分析，这样可以通过不同参数数据的权重分配，使得不同的参数数据对预测结果具有准确的作用；
在利用硫磺沉积统计分区图时,将参数数据进行相关计算描点,这样可直观的预测出是否发生硫沉积，可为管线乃至整个管线系统内硫沉积防治方法的确立，提供技术与理论支撑。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种高含硫气田管线硫沉积预测方法，包括如下步骤：
S1、首先对硫沉积的机理研究，硫的溶解性与气体组分、压力和温度有关，地层中元素硫主要依靠三种运载方式与气流一起运移，元素硫的运载方式基本上决定了其沉积机理；
S2、确定管线中对硫沉积具有重要影响的的几种参数数据，并对这些参数数据一一进行权重分配，随即根据上述参数数据，选取涵盖上述参数数据的硫沉积预测模型；
S3、在管线中取样，获取参数数据，并将参数数据带入至硫沉积预测模型中进行运算，综合管线中气流水动力对固相硫颗粒在渗流通道中传输和运移的作用、硫颗粒的不同运动形态、硫沉积的微观动力学、硫颗粒的运移规律和造成储层堵塞的机制方面的研究后，通过对参数数据匹配的权重进行分析；
S4、通过对硫沉积的统计分析,得到硫沉积统计分区图，在利用硫磺沉积统计分区图时,将参数数据进行相关计算描点,若处在硫沉积区,判定该条件下管线内发生硫沉积，否则不发生硫沉积，最终为管线乃至整个管线系统内硫沉积防治方法的确立，提供技术与理论支撑。
具体的，所述步骤S1中三种运载方式包括：
与硫化氢结合生成多硫化氢溶于天然气中；
溶于高分子烷烃；
在高速气流中元素硫以微滴状(地层温度高于元素硫熔点时)随气流携带到地面。
具体的，所述步骤S2中参数数据包括管道内压力、温度、气质组分、流速。
具体的，所述步骤S3中硫沉积预测模型运算具体包括：充分考虑集输压力、温度条件下(P≤15.0MPa,T≤333.15K)硫溶解度极低的特点,建立硫溶解度测试实验装置,开展集输管道压力、温度范围内的硫溶解度实验研究；
采用微观分子动力学模拟与宏观热力学参数统计分析相结合的方法,建立硫颗粒的生长动力学模型,结合结晶动力学理论模型深刻揭示集输条件下硫颗粒的形核、生长与消融动力学规律；
综合考虑硫颗粒的生长、消融、运移、沉降规律与管道内压力、温度、气质组分、流速等参数的耦合作用,建立伴随元素硫气固相态变化和硫颗粒生长、消融的气固两相管输模型,定量描述高含硫集输条件下硫颗粒的析出、生长及其与高含硫天然气的气固两相流动规律。
具体的，所述步骤S3中获取的参数数据在带入至硫沉积预测模型中进行运算前还需对偏差进行校正，即同一参数需多次进行测量后取平均值。
采用气固两相流动数值模拟的方法对高含硫集输管道内硫沉积规律进行初步探索。Veluswamy等人运用连续-离散联合模型对球阀及其相连管道附近的硫沉积情况进行模拟，气相采用重整化k-ε模型(re-normalizationgroupk-ε,RNGk-ε),结果显示阀门开度是影响集输管道内硫沉积的重要原因，其中阀门开度越大阀门下游硫颗粒起始沉积位置越靠近阀门。此后，陈磊等人同样采用连续-离散联合模型进行球阀处的硫沉积进行模拟，不同的是，他们采用的是雷诺应力模型来描述气相,进一步对颗粒粒径、阀门开度和气流速度的分析得出，当球阀开度和颗粒粒径一定时，硫颗粒在球阀处的沉积率与气流速率呈正相关关系；而当阀门开度和气流速率不变时，硫颗粒的沉积率随颗粒粒径增大而增加。随后，他们采用同样的模型对集输管道水平弯管部分的硫沉积情况进行模拟。其中，考虑到弯管内的流动属于充分发展的湍流流动，为了确保模拟结果更加准确,他们采用了标准壁面函数法对管内近壁面区域进行处理。通过对气流流速、颗粒粒径和管道弯曲比等单因素的分析得出，硫颗粒的沉积率与这3个因素均呈正相关关系。此外，他们认为颗粒的离心力是引发其在弯管处沉积率对弯曲比、颗粒粒径和气流流速变化的重要机理。刘娟采用连续-离散联合模型对集气站外管线上行平拐弯头管段、水平上拐弯头管段和反Z型弯头管段处进行含硫颗粒的气固两相流动模拟，其中气相的湍流流动采用标准化的k-ε模型进行描述，发现硫沉积的主要位置是在上行平拐弯头管段的平直管段处、水平上拐弯头管段的弯头外侧和反Z型弯头管段的下弯头外侧和上弯头后的平直管段处，此外，Zhu等人采用天然气单相管流模型计算出沿程温度、压力分布，以此为基础计算沿程的硫溶解度、沉积量和硫颗粒的沉降区域。他们没有考虑气相和固相流动参数之间的耦合作用，显然这与实际管道中的硫沉积情形误差较大，难以客观地反映出高含硫集输管道内的硫沉积情况。随后相关学者针对高含硫集输管道内易发生硫沉积的关键位置进行了模拟分析。Pack等人通过调查分析认为管道的“T”型连接处是容易发生硫颗粒沉积并可能发生管路堵塞的位置，此外他们还认为流体动力学因素是“T”型连接处出现硫颗粒沉积的主要原因。以上研究成果初步揭示了固体硫颗粒随天然气在管道内的运移沉降规律，特别是对集输管道关键部位进行了重点研究，如气流速度骤变的阀门处和气流流向发生明显折转的弯头处。研究表明，硫颗粒在管道中的沉积率受颗粒粒径、气流流速、管道弯曲比和阀门开度等因素影响较大。其中在阀门处气流速度和硫颗粒粒径与颗粒沉积率成正相关关系，而随阀门开度增大沉积率反而呈减小趋势。而在气流发生折转的弯头位置处，硫颗粒的沉积率随气流流速、颗粒粒径和弯曲比的增加均呈增大趋势。以上成果在实际生产中能够为集输管道内硫沉积的预防提供一定的指导。然而，高含硫天然气集输管道内的气固两相流动是伴随单质硫颗粒形核、生长与消融、气固相变和结晶过程的复杂非稳态气固两相流动，现有方法并未考虑气固两相流动过程中元素硫的气固相变和硫颗粒的凝并过程。因此，通过考虑高含硫天然气管道中存在的气固相平衡和结晶变化的影响，建立伴随气固相变的天然气-硫颗粒气固两相流动模型是实现硫颗粒生长、分解特征与管道流动参数耦合的关键所在，也是揭示高含硫天然气管道内流动参数变化规律、预测硫沉积量、沉积位置的关键所在。
综上所述：本发明提供的一种高含硫气田管线硫沉积预测方法，与传统技术相比，该方法确定管线中对硫沉积具有重要影响的的几种参数数据，并对这些参数数据一一进行权重分配，将参数数据带入至硫沉积预测模型中进行运算通过对参数数据匹配的权重进行分析，这样可以通过不同参数数据的权重分配，使得不同的参数数据对预测结果具有准确的作用。
在利用硫磺沉积统计分区图时，将参数数据进行相关计算描点，这样可直观的预测出是否发生硫沉积，可为管线乃至整个管线系统内硫沉积防治方法的确立，提供技术与理论支撑。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种高含硫气田管线硫沉积预测方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、首先对硫沉积的机理研究，硫的溶解性与气体组分、压力和温度有关，地层中元素硫依靠三种运载方式与气流一起运移；
S2、确定管线中对硫沉积具有重要影响的的参数数据，并对参数数据进行权重分配，随即根据上述参数数据，选取涵盖上述参数数据的硫沉积预测模型；
S3、在管线中取样，获取参数数据，并将参数数据带入至硫沉积预测模型中进行运算，综合管线中气流水动力对固相硫颗粒在渗流通道中传输和运移的作用、硫颗粒的不同运动形态、硫沉积的微观动力学、硫颗粒的运移规律和造成储层堵塞的机制方面的研究后，通过对参数数据匹配的权重进行分析；
S4、通过对硫沉积的统计分析,得到硫沉积统计分区图，在利用硫沉积统计分区图时,将参数数据进行相关计算描点,若处在硫沉积区,判定该条件下管线内发生硫沉积，否则不发生硫沉积，最终为管线乃至整个管线系统内硫沉积防治方法的确立，提供技术与理论支撑。
2.权利要求1所述的一种高含硫气田管线硫沉积预测方法，其特征在于：所述步骤S1中三种运载方式包括：与硫化氢结合生成多硫化氢溶于天然气中；溶于高分子烷烃；在高速气流中元素硫以微滴状(地层温度高于元素硫熔点时)随气流携带到地面。
3.权利要求1所述的一种高含硫气田管线硫沉积预测方法，其特征在于：所述步骤S2中参数数据包括管道内压力、温度、气质组分、流速。
4.权利要求1所述的一种高含硫气田管线硫沉积预测方法，其特征在于：所述步骤S3中硫沉积预测模型运算具体包括：充分考虑集输压力、温度条件下(P≤15.0MPa,T≤333.15K)硫溶解度极低的特点,建立硫溶解度测试实验装置,开展集输管道压力、温度范围内的硫溶解度实验研究；
采用微观分子动力学模拟与宏观热力学参数统计分析相结合的方法,建立硫颗粒的生长动力学模型,结合结晶动力学理论模型深刻揭示集输条件下硫颗粒的形核、生长与消融动力学规律；
综合考虑硫颗粒的生长、消融、运移、沉降规律与管道内压力、温度、气质组分、流速等参数的耦合作用,建立伴随元素硫气固相态变化和硫颗粒生长、消融的气固两相管输模型,定量描述高含硫集输条件下硫颗粒的析出、生长及其与高含硫天然气的气固两相流动规律。
5.权利要求1所述的一种高含硫气田管线硫沉积预测方法，其特征在于：所述步骤S3中获取的参数数据在带入至硫沉积预测模型中进行运算前还需对偏差进行校正，即同一参数需多次进行测量后取平均值。
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|---|---|---|---|
| CN202010753997.3A Pending CN111859706A (zh) | 2020-07-30 | 2020-07-30 | 一种高含硫气田管线硫沉积预测方法 |
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|---|---|
| CN (1) | CN111859706A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112507582A (zh) * | 2020-11-23 | 2021-03-16 | 广东石油化工学院 | 一种炼油厂罐区内管线垢下腐蚀预测方法及装置 |
| CN112613750A (zh) * | 2020-12-25 | 2021-04-06 | 中建三局绿色产业投资有限公司 | 一种深层污水输送隧道的淤积风险评估方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN102052076A (zh) * | 2009-10-30 | 2011-05-11 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种对含有h2s/co2气田井筒流体成份监测系统及其分析方法 |
| CN105004644A (zh) * | 2015-07-20 | 2015-10-28 | 西安石油大学 | 一种酸性天然气管线硫沉积预测方法 |
| CN109060616A (zh) * | 2018-07-23 | 2018-12-21 | 西南石油大学 | 一种高精度井筒硫沉积影响因素可视化测试装置及方法 |
| CN110400606A (zh) * | 2019-08-31 | 2019-11-01 | 西南石油大学 | 一种基于foa-lssvm模型预测高含硫天然气中元素硫溶解度的方法 |
| CN111236901A (zh) * | 2020-01-09 | 2020-06-05 | 西南石油大学 | 一种基于流场诊断的水驱油藏渗流场非均质评价方法 |
-
2020
- 2020-07-30 CN CN202010753997.3A patent/CN111859706A/zh active Pending
Patent Citations (5)
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| CN112613750B (zh) * | 2020-12-25 | 2022-08-09 | 中建三局绿色产业投资有限公司 | 一种深层污水输送隧道的淤积风险评估方法 |
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