[發明專利]水合物漿液多相管道瞬態流動模擬方法及裝置

有效

• 申請號: 202010185122.8
• 申請日: 2020-03-17
• 公開（公告）號: CN111400950B
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發明（設計）人: 宋尚飛;史博會;石國赟;宮敬;吳海浩;李曉平
• 申請（專利權）人: 中國石油大學(北京)
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/28;G06Q50/02;G06Q50/06;G06F113/08;G06F119/14;G06F119/08
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 王濤;湯在彥

本發明提供了一種水合物漿液多相管道瞬態流動模擬方法及裝置，水合物漿液多相管道瞬態流動模擬方法包括：根據預先生成的氣液相控制方程、水合物顆粒相控制方程以及水合物生成動力學模型生成管道中的氣?水合物漿液多相流動瞬態模型，以模擬所述管道中水合物漿液多相瞬態流動狀態；在所述氣?水合物漿液多相流動瞬態模型建立交錯網格，并在所述交錯網格上對所述氣?水合物漿液多相流動瞬態模型進行離散化；利用SIMPLE算法求解建立交錯網格之后的所述氣?水合物漿液多相流動瞬態模型。本發明提供的方法可以實現在油氣水多相管道中，水合物生成速率、水合物體積分數、管道溫度、壓降、持液率等參數的精準預測。

技術領域

本發明涉及石油天然氣集輸技術領域，尤其是油氣田開發及油氣水混輸管道流動安全保障領域，具體涉及一種水合物漿液多相管道瞬態流動模擬方法及裝置。

背景技術

氣體水合物是水與甲烷、乙烷、二氧化碳等小分子氣體在高壓、低溫條件下形成的非化學計量性的籠形晶體物質，又被稱為籠形水合物。形成水合物的水分子被稱為主體水分子，主體水分子之間通過氫鍵相互連接，形成一些多面體的籠形空腔。形成水合物的其他組成分子被稱為客體分子，尺寸合適的客體分子可填充在這些籠形空腔內，使其具有穩定性。空的水合物籠子像是一個高效的氣體儲存裝置，將小分子的客體分子儲存其中。每立方米的水合物最多可以儲存180立方米的天然氣。

在油氣田生產中，來自井口的油、氣、水三相混合物通過管道輸送至后續處理設備。當油氣水混輸管道處于低溫、高壓條件時，水合物就會極易在管道內生成。一旦水合物在管道內生成，液相粘度會飆升。不僅如此，水合物會粘附在管壁，形成水合物沉積層，減小管道截面積，最終導致管道堵塞，給油氣田生產和管道輸送安全帶來極大的危害，是管道輸送流動安全保障亟需研究和解決的重要問題。作為一種新型水合物堵塞防治手段，水合物漿液輸送技術逐漸被石油工業和國內外研究人員所關注。而水合物漿液多相流動的準確模擬是水合物漿液輸送技術應用的前提和關鍵。

發明內容

針對現有技術中的問題，本發明提供的方法可以實現在油氣水多相管道中，水合物生成速率、水合物體積分數、管道溫度、壓降、持液率等參數的精準預測，對多相混輸管道水合物流動安全保障、深海可燃冰礦藏開發、水合物漿液冷能利用等方面的研究和工業推廣應用，具有重要的意義。

為解決上述技術問題，本發明提供以下技術方案：

第一方面，本發明提供一種水合物漿液多相管道瞬態流動模擬方法，包括：

根據預先生成的氣液相控制方程、水合物顆粒相控制方程以及水合物生成動力學模型生成管道中的氣-水合物漿液多相流動瞬態模型，以模擬所述管道中水合物漿液多相瞬態流動狀態；

在所述氣-水合物漿液多相流動瞬態模型建立交錯網格，并在所述交錯網格上對所述氣-水合物漿液多相流動瞬態模型進行離散化；

利用SIMPLE算法求解建立交錯網格之后的所述氣-水合物漿液多相流動瞬態模型。

一實施例中，建立所述氣液相控制方程的步驟包括：

利用一維雙流體模型進行所述氣液相控制方程的水力計算；

利用能量方程進行所述氣液相控制方程的熱力計算。

一實施例中，建立所述水合物顆粒相控制方程的步驟包括：

根據所述水合物漿液中水合物顆粒的粒徑將所述水合物顆粒進行分類；

生成每類水合物顆粒的顆粒數密度守恒方程；

利用動量方程計算所述水合物顆粒的速度；

其中，所述水合物顆粒數密度守恒方程用于生成其所述水合物顆粒在所述管道流動過程中的粒徑、數目以及速度變化。

一實施例中，建立所述水合物生成動力學模型的步驟包括：