[发明专利]水合物浆液多相管道瞬态流动模拟方法及装置

说明书

本发明提供了一种水合物浆液多相管道瞬态流动模拟方法及装置，水合物浆液多相管道瞬态流动模拟方法包括：根据预先生成的气液相控制方程、水合物颗粒相控制方程以及水合物生成动力学模型生成管道中的气‑水合物浆液多相流动瞬态模型，以模拟所述管道中水合物浆液多相瞬态流动状态；在所述气‑水合物浆液多相流动瞬态模型建立交错网格，并在所述交错网格上对所述气‑水合物浆液多相流动瞬态模型进行离散化；利用SIMPLE算法求解建立交错网格之后的所述气‑水合物浆液多相流动瞬态模型。本发明提供的方法可以实现在油气水多相管道中，水合物生成速率、水合物体积分数、管道温度、压降、持液率等参数的精准预测。

技术领域

本发明涉及石油天然气集输技术领域，尤其是油气田开发及油气水混输管道流动安全保障领域，具体涉及一种水合物浆液多相管道瞬态流动模拟方法及装置。

背景技术

气体水合物是水与甲烷、乙烷、二氧化碳等小分子气体在高压、低温条件下形成的非化学计量性的笼形晶体物质，又被称为笼形水合物。形成水合物的水分子被称为主体水分子，主体水分子之间通过氢键相互连接，形成一些多面体的笼形空腔。形成水合物的其他组成分子被称为客体分子，尺寸合适的客体分子可填充在这些笼形空腔内，使其具有稳定性。空的水合物笼子像是一个高效的气体储存装置，将小分子的客体分子储存其中。每立方米的水合物最多可以储存180立方米的天然气。

在油气田生产中，来自井口的油、气、水三相混合物通过管道输送至后续处理设备。当油气水混输管道处于低温、高压条件时，水合物就会极易在管道内生成。一旦水合物在管道内生成，液相粘度会飙升。不仅如此，水合物会粘附在管壁，形成水合物沉积层，减小管道截面积，最终导致管道堵塞，给油气田生产和管道输送安全带来极大的危害，是管道输送流动安全保障亟需研究和解决的重要问题。作为一种新型水合物堵塞防治手段，水合物浆液输送技术逐渐被石油工业和国内外研究人员所关注。而水合物浆液多相流动的准确模拟是水合物浆液输送技术应用的前提和关键。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明提供的方法可以实现在油气水多相管道中，水合物生成速率、水合物体积分数、管道温度、压降、持液率等参数的精准预测，对多相混输管道水合物流动安全保障、深海可燃冰矿藏开发、水合物浆液冷能利用等方面的研究和工业推广应用，具有重要的意义。

为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种水合物浆液多相管道瞬态流动模拟方法，包括：

根据预先生成的气液相控制方程、水合物颗粒相控制方程以及水合物生成动力学模型生成管道中的气-水合物浆液多相流动瞬态模型，以模拟所述管道中水合物浆液多相瞬态流动状态；

在所述气-水合物浆液多相流动瞬态模型建立交错网格，并在所述交错网格上对所述气-水合物浆液多相流动瞬态模型进行离散化；

利用SIMPLE算法求解建立交错网格之后的所述气-水合物浆液多相流动瞬态模型。

一实施例中，建立所述气液相控制方程的步骤包括：

利用一维双流体模型进行所述气液相控制方程的水力计算；

利用能量方程进行所述气液相控制方程的热力计算。

一实施例中，建立所述水合物颗粒相控制方程的步骤包括：

根据所述水合物浆液中水合物颗粒的粒径将所述水合物颗粒进行分类；

生成每类水合物颗粒的颗粒数密度守恒方程；

利用动量方程计算所述水合物颗粒的速度；

其中，所述水合物颗粒数密度守恒方程用于生成其所述水合物颗粒在所述管道流动过程中的粒径、数目以及速度变化。

一实施例中，建立所述水合物生成动力学模型的步骤包括：