一种原油中砂粒沉降速度预测方法

1.本发明涉及一种原油中砂粒沉降速度预测方法。


背景技术：

2.高黏原油(如稠油)开采过程中，常伴随地层岩石骨架破坏，对于油层埋藏浅，岩性疏松的储层，常出现地层出砂现象。虽然海上原油开采井下防砂严格，但依然存在0.035％-0.058％(mass％)的砂粒随高黏原油进入海上平台处理系统；陆上油田为提高原油采收率，采用的出砂冷采技术往往造成采出液中的含砂浓度较高，开采初期采出液中含砂浓度可高达44％，生产稳定后采出液中砂浓度维持在5％左右。井下开采产生的砂粒被高黏原油带入地面，给生产设施带来严重危害。稠油携砂常导致集输工艺管道及设备出现砂沉积、砂冲蚀及腐蚀现象，严重时不仅造成管道及设备堵塞，还会引起清管器卡堵乃至控制阀门失效，使管线、分离器等设备清砂工作量及维修成本大幅增加，影响原油集输系统运行效率。而原油在井筒、集输管道中输送和在分离器及沉降罐等设备中分离必然涉及到砂在重力方向的沉降过程，研究砂粒在原油中的沉降速度对确定集输管道最低流速、清管周期、分离器及沉降罐最优尺寸等具有重要意义。


技术实现要素：

3.为了解决原油(特别是稠油)中砂粒的沉降速度难以确定的问题，本发明提供了如下技术方案。
4.本发明提供了一种原油中砂粒沉降速度预测方法，其中，该方法包括：
5.获取沉降速度模型；其中，所述沉降速度模型为沉降速度基于砂粒密度、油品密度和油品黏度的计算模型；
6.获取目标砂粒密度、目标油品密度和目标油品黏度；
7.基于目标砂粒密度、目标油品密度和目标油品黏度，利用沉降速度模型确定目标油品中目标砂粒的沉降速度。
8.根据上述原油中砂粒沉降速度预测方法，优选地，所述获取沉降速度模型包括：
9.进行多组单砂粒沉降实验，获取得到各组单砂粒沉降实验对应的已知粒径和密度单砂粒在已知密度和粘度的模拟油中的沉降速度；
10.基于各组单砂粒沉降实验对应的已知粒径和密度单砂粒在已知密度和粘度的模拟油中的沉降速度建立沉降速度模型；
11.更优选地，该方法进一步包括：验证建立的沉降模型的准确度。
12.根据上述原油中砂粒沉降速度预测方法，优选地，基于各组单砂粒沉降实验对应的已知粒径和密度单砂粒在已知密度和粘度的模拟油中的沉降速度建立沉降速度模型包括：
13.基于各组单砂粒沉降实验对应的已知粒径和密度单砂粒在已知密度和粘度的模拟油中的沉降速度建立沉降速度模型，确定各组单砂粒沉降实验对应的曳力系数cd和参数d*
；其中，
[0014][0015]
式中，ρ
p
为砂粒密度(kg/m3)，ρ
l
为液体密度(kg/m3)，d为砂粒粒径(m)，g为重力加速度(m/s2)，μ为油品黏度(pa
·
s)，w为沉降速度即砂粒稳定沉降后的最终速度(m/s)；
[0016]
基于各组单砂粒沉降实验对应的曳力系数cd和参数d
*
，确定曳力系数cd与参数d
*
的关系式；
[0017]
基于曳力系数cd与参数d
*
的关系式，结合曳力系数cd和参数d
*
的表达式建立沉降速度模型；
[0018]
优选地，曳力系数cd与参数d
*
的关系式为：a、b、c、d为系数。
[0019]
根据上述原油中砂粒沉降速度预测方法，优选地，模拟油选用白油。
[0020]
根据上述原油中砂粒沉降速度预测方法，优选地，单砂粒沉降实验通过下述方式进行：
[0021]
将模拟油倒入500ml沉降筒中并漫过500ml刻度线100-200ml；从砂粒以零初速度放入沉降筒中开始计时，追踪砂粒通过沉降筒500ml、400ml、300ml、200ml、100ml刻度时所用时间，并根据以上刻度间的距离，确定砂粒在以上刻度间的平均沉降速度，并取以上刻度间的平均沉降速度的算数平均值作为砂粒在整个沉降筒中的沉降速度。
[0022]
根据上述原油中砂粒沉降速度预测方法，优选地，验证建立的沉降模型的准确度采用下述沉降实验装置进行：
[0023]
该沉降实验装置包括小锥角双出口的分液漏斗；所述小锥角双出口的分液漏斗的上部为圆柱状、下部为圆锥状，所述小锥角双出口的分液漏斗的锥角为10-30
°
，所述小锥角双出口的分液漏斗的下部设有底部出口，所述小锥角双出口的分液漏斗的上部的侧壁上与下部连接处设置有侧向出口，底部出口与侧向出口设置有开关；进一步地，所述沉降实验装置进一步设置有与侧向出口连接的硅胶软管以及与硅胶软管接触的蠕动泵，可促进含砂模拟油排出；
[0024]
上述沉降实验装置的分液漏斗具有小锥角、双出口特点，克服了界面砂粒吸附和在常规分液漏斗壁面沉积的问题，围绕该双出口分液漏斗搭建的砂粒群在原油中的沉降实验装置，可有效验证沉降速度模型的准确性；
[0025]
更优选地，所述验证建立的沉降模型的准确度包括：
[0026]
(1)将水和模拟油倒入小锥角双出口的分液漏斗中，油水界面控制在侧向出口之上不小于20mm处、模拟油液柱高度为至少150mm；将装好水和模拟油的小锥角双出口的分液漏斗加热至目标温度并维持恒定；根据建立的沉降模型预测沉降速度和沉降高度(即模拟
油液柱高度)对应的沉降时间；
[0027]
(2)在恒温条件下，取单一粒径砂粒撒入小锥角双出口的分液漏斗中并开始计时，在预测沉降时间点及正偏差15-30％时间点、负偏差15-30％时间点(例如在预测沉降时间及正负偏差20％此三个时间点)对小锥角双出口的分液漏斗的侧向出口和底部出口取样；针对除最后一次取样外的其他各次取样，取样完成后如果油水界面低于侧向排液口则从侧向排出口反向注入少量清水；
[0028]
(3)对步骤(2)从侧向出口和底部出口取出的各份样品中的砂粒进行分离、清洗、干燥、称重；
[0029]
(4)基于各份样品中砂粒的重量与总撒入砂量的比值，确定各时间点的砂回收率；正负偏差时间点和预测时间点取出的样品中砂量之和与总撒入砂量之比即为沉降速度模型的预测精度。
[0030]
根据上述原油中砂粒沉降速度预测方法，优选地，沉降速度模型为：
[0031][0032][0033][0034]
式中，ρ
p
为砂粒密度(kg/m3)，ρ
l
为液体密度(kg/m3)，d为砂粒粒径(m)，g为重力加速度(m/s2)，μ为油品黏度(pa
·
s)，w为沉降速度即砂粒稳定沉降后的最终速度(m/s)；a、b、c、d为系数；
[0035]
更优选地，沉降速度模型为：
[0036][0037]
[0038][0039]
式中，ρ
p
为砂粒密度(kg/m3)，ρ
l
为液体密度(kg/m3)，d为砂粒粒径(m)，g为重力加速度(m/s2)，μ为油品黏度(pa
·
s)，w为沉降速度即砂粒稳定沉降后的最终速度(m/s)；
[0040]
上述本沉降速度模型预测精度高、结构简单、计算方便，可为相关从业人员快速准确地预测砂粒在原油中的沉降速度提供便利。
[0041]
本发明的有益效果是：本发明提供的原油中砂粒沉降速度预测方法可以快速准确便利地预测砂粒在包括稠油在内的原油中的沉降速度，解决原油中砂粒的沉降速度难以确定的问题，为集输管道最低流速、清管周期的确定以及分离器、沉降罐的设计提供参考。
附图说明
[0042]
图1为实施例1使用的第一沉降实验装置示意图。
[0043]
图2为实施例2使用的第二沉降实验装置示意图。
具体实施方式
[0044]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。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它实施例，都属于本发明的保护范围。
[0045]
为探索原油中砂粒的沉降速度，本发明一具体实施方式提供了一种原油中砂粒沉降速度预测方法，其中，该方法包括：
[0046]
步骤s1：获取沉降速度模型；其中，所述沉降速度模型为沉降速度基于砂粒密度、油品密度和油品黏度的计算模型；
[0047]
步骤s2：获取目标砂粒密度、目标油品密度和目标油品黏度；
[0048]
步骤s3：基于目标砂粒密度、目标油品密度和目标油品黏度，利用沉降速度模型确定目标油品中目标砂粒的沉降速度。
[0049]
一实施例中，步骤s1，获取沉降速度模型包括：
[0050]
步骤s11：进行多组单砂粒沉降实验，获取得到各组单砂粒沉降实验对应的已知粒径和密度单砂粒在已知密度和粘度的模拟油中的沉降速度；
[0051]
步骤s12：基于各组单砂粒沉降实验对应的已知粒径和密度单砂粒在已知密度和粘度的模拟油中的沉降速度建立沉降速度模型；
[0052]
进一步地，步骤s1，获取沉降速度模型进一步包括：
[0053]
步骤s13：验证建立的沉降模型的准确度。
[0054]
一实施例中，步骤s12，基于各组单砂粒沉降实验对应的已知粒径和密度单砂粒在已知密度和粘度的模拟油中的沉降速度建立沉降速度模型包括：
[0055]
步骤s121：基于各组单砂粒沉降实验对应的已知粒径和密度单砂粒在已知密度和粘度的模拟油中的沉降速度建立沉降速度模型，确定各组单砂粒沉降实验对应的曳力系数
cd和参数d
*
；其中，
[0056][0057]
式中，ρ
p
为砂粒密度(kg/m3)，ρ
l
为液体密度(kg/m3)，d为砂粒粒径(m)，g为重力加速度(m/s2)，μ为油品黏度(pa
·
s)，w为沉降速度即砂粒稳定沉降后的最终速度(m/s)；
[0058]
步骤s122：基于各组单砂粒沉降实验对应的曳力系数cd和参数d
*
，确定曳力系数cd与参数d
*
的关系式；
[0059]
基于曳力系数cd与参数d
*
的关系式，结合曳力系数cd和参数d
*
的表达式建立沉降速度模型；
[0060]
进一步地，曳力系数cd与参数d
*
的关系式为：a、b、c、d为系数。
[0061]
一实施例中，沉降速度模型为：
[0062][0063][0064][0065]
式中，ρ
p
为砂粒密度(kg/m3)，ρ
l
为液体密度(kg/m3)，d为砂粒粒径(m)，g为重力加速度(m/s2)，μ为油品黏度(pa
·
s)，w为沉降速度即砂粒稳定沉降后的最终速度(m/s)；a、b、c、d为系数；
[0066]
进一步地，沉降速度模型为：
[0067]
[0068][0069][0070]
式中，ρ
p
为砂粒密度(kg/m3)，ρ
l
为液体密度(kg/m3)，d为砂粒粒径(m)，g为重力加速度(m/s2)，μ为油品黏度(pa
·
s)，w为沉降速度即砂粒稳定沉降后的最终速度(m/s)；
[0071]
上述本沉降速度模型预测精度高、结构简单、计算方便，可为相关从业人员快速准确地预测砂粒在原油中的沉降速度提供便利。
[0072]
现有技术中使用最多的沉降速度模型为brown-lawlerye模型该沉降速度模型虽然对于预测砂粒在液体中的沉降过程具有较高的精度，但曳力系数cd与砂粒雷诺数re
p
是隐式关系，在进行砂粒沉降速度过程中需要不断试差迭代，过程极为繁琐。发明人通过单砂粒沉降实验得到砂粒沉降速度，在已知砂粒粒径条件下，通过数据分析发现cd与d
*3
存在brown-lawlerye模型中cd与re
p
相似的关系，其中
[0073]
式中ρ
p
为砂粒密度(kg/m3)，ρ
l
为液体密度(kg/m3)，d为砂粒粒径(m)，w为颗粒稳定沉降后的最终速度(m/s)，g为重力加速度(m/s2)，μ为油品黏度(pa
·
s)。基于此，建立待定系数关系式式中a、b、c、d均为待定常数，基于单砂粒沉降实验数据结合非线性回归处理，确定a、b、c、d的值；进而可以得到砂粒无量纲显式沉降速度模型其中，在已知砂粒粒径和油品性质下即可确定油中砂粒的自然沉降速度。
[0074]
一实施例中，由于原油不透明，不利于观测砂粒在原油中的运动状态，因此选用透明的白油代替原油作为模拟油进行单砂粒沉降实验。
[0075]
一实施例中，步骤s11，单砂粒沉降实验通过下述方式进行：
[0076]
将模拟油倒入500ml沉降筒中并漫过500ml刻度线100-200ml；从砂粒以零初速度
放入沉降筒中开始计时，追踪砂粒通过沉降筒500ml、400ml、300ml、200ml、100ml刻度时所用时间，并根据以上刻度间的距离，确定砂粒在以上刻度间的平均沉降速度，并取以上刻度间的平均沉降速度的算数平均值作为砂粒在整个沉降筒中的沉降速度。
[0077]
一实施例中，步骤s13，验证建立的沉降模型的准确度采用下述沉降实验装置进行：
[0078]
该沉降实验装置包括小锥角双出口的分液漏斗；所述小锥角双出口的分液漏斗的上部为圆柱状、下部为圆锥状，所述小锥角双出口的分液漏斗的锥角为10-30
°
，所述小锥角双出口的分液漏斗的下部设有底部出口，所述小锥角双出口的分液漏斗的上部的侧壁上与下部连接处设置有侧向出口，底部出口与侧向出口设置有开关；进一步地，所述沉降实验装置进一步设置有与侧向出口连接的硅胶软管以及与硅胶软管接触的蠕动泵，可促进含砂模拟油排出。
[0079]
油品的高黏特性及常规分液漏斗的大锥角均易导致砂粒在变径壁面黏附与沉积，油水分层虽有利于下层水相中的砂粒从排液口排出，但界面张力的存在，导致砂粒极易吸附在油水界面上，基于此，发明人研发了上述小锥角双出口的分液漏斗。上述沉降实验装置的分液漏斗具有小锥角、双出口特点，克服了界面砂粒吸附和在常规分液漏斗壁面沉积的问题，围绕该双出口分液漏斗搭建的砂粒群在原油中的沉降实验装置，可有效验证沉降速度模型的准确性；且可以为分离器、沉降罐的设计提供参考。
[0080]
一实施例中，所述验证建立的沉降模型的准确度包括：
[0081]
(1)将水和模拟油倒入小锥角双出口的分液漏斗中，油水界面控制在侧向出口之上不小于20mm处、模拟油液柱高度为至少150mm；将装好水和模拟油的小锥角双出口的分液漏斗加热至目标温度并维持恒定；根据建立的沉降模型预测沉降速度和沉降高度(即模拟油液柱高度)对应的沉降时间；
[0082]
(2)在恒温条件下，取单一粒径砂粒撒入小锥角双出口的分液漏斗中并开始计时，在预测沉降时间点及正偏差15-30％时间点、负偏差15-30％时间点(例如在预测沉降时间及正负偏差20％此三个时间点)对小锥角双出口的分液漏斗的侧向出口和底部出口取样；针对除最后一次取样外的其他各次取样，取样完成后如果油水界面低于侧向排液口则从侧向排出口反向注入少量清水；
[0083]
(3)对步骤(2)从侧向出口和底部出口取出的各份样品中的砂粒进行分离、清洗、干燥、称重；
[0084]
(4)基于各份样品中砂粒的重量与总撒入砂量的比值，确定各时间点的砂回收率；负偏差时间点和预测时间点取出的样品中砂量之和与总撒入砂量之比即为沉降速度模型的预测精度。
[0085]
一实施例中，由于原油不透明，无法追踪砂粒的沉降过程，因此选用透明的白油代替原油作为模拟油验证建立的沉降模型的准确度。
[0086]
实施例1
[0087]
本实施例提供了一种原油中砂粒沉降速度预测方法，其中，该方法包括：
[0088]
1、获取沉降速度模型；其中，所述沉降速度模型为沉降速度基于砂粒密度、油品密度和油品黏度的计算模型；具体包括：
[0089]
1.1、进行多组单砂粒沉降实验，获取得到各组单砂粒沉降实验对应的已知粒径和
密度单砂粒在已知密度和粘度的模拟油中的沉降速度。
[0090]
实验采用3种白油(10#、100#、500#)作为模拟油，油品性质如表1所示。
[0091]
表1模拟油及目标油品性质
[0092][0093][0094]
单砂粒沉降实验使用如图1所示的第一沉降实验装置a进行，第一沉降实验装置a包括沉降筒a1、高速摄像机a2和电脑a3。
[0095]
具体而言，单砂粒沉降实验通过下述方式：
[0096]
将模拟油倒入500ml沉降筒a1中并漫过500ml刻度线100-200ml；采用高速摄像机a2对沉降砂粒进行摄像(100帧)，从砂粒以零初速度放入沉降筒a1中开始计时，实验结束后采用电脑a3中摄像后处理软件追踪砂粒通过沉降筒a1的500ml、400ml、300ml、200ml、100ml刻度时所用时间，并根据以上刻度间的距离(50mm)，确定砂粒在4段刻度间的平均沉降速度，并取4段平均速度的算数平均值作为砂粒在整个沉降筒a1中的沉降速度；单砂粒在高黏白油中沉降实验涉及砂粒粒径及测得沉降速度如表2所示。
[0097]
表2各粒径砂粒在模拟油中的沉降速度
[0098][0099][0100]
1.2、基于各组单砂粒沉降实验对应的已知粒径和密度单砂粒在已知密度和粘度的模拟油中的沉降速度建立沉降速度模型。
[0101]
基于各组单砂粒沉降实验对应的已知粒径和密度单砂粒在已知密度和粘度的模拟油中的沉降速度建立沉降速度模型，确定各组单砂粒沉降实验对应的曳力系数cd和参数d*
；其中，
[0102][0103]
式中，ρ
p
为砂粒密度(kg/m3)，ρ
l
为液体密度(kg/m3)，d为砂粒粒径(m)，g为重力加速度(m/s2)，μ为油品黏度(pa
·
s)，w为沉降速度即砂粒稳定沉降后的最终速度(m/s)；
[0104]
基于各组单砂粒沉降实验对应的曳力系数cd和参数d
*
，确定曳力系数cd与参数d
*
的关系式
[0105]
基于曳力系数cd与参数d
*
的关系式，结合曳力系数cd和参数d
*
的表达式建立沉降速度模型；沉降速度模型为：
[0106][0107][0108][0109]
式中，ρ
p
为砂粒密度(kg/m3)，ρ
l
为液体密度(kg/m3)，d为砂粒粒径(m)，g为重力加速度(m/s2)，μ为油品黏度(pa
·
s)，w为沉降速度即砂粒稳定沉降后的最终速度(m/s)。
[0110]
1.3、验证建立的沉降模型的准确度。
[0111]
验证建立的沉降模型的准确度采用如图2所示的第二沉降实验装置b进行，所述第二沉降实验装置b包括小锥角双出口的分液漏斗b1、蠕动泵b2、第一取样烧杯b3、第二取样烧杯b4、硅胶软管b5；小锥角双出口的分液漏斗b1的上部为圆柱状(直径60mm、高度180mm)、下部为圆锥状(高度180mm、最大直径60mm)，小锥角双出口的分液漏斗b1的下部设有底部出口(直径为10mm)，小锥角双出口的分液漏斗b1的上部的侧壁上与下部连接处设置有侧向出口(直径为10mm)，底部出口与侧向出口设置有开关；小锥角双出口的分液漏斗b1的上部设有刻度线，顶部为150mm、侧向出口之上20mm处为0mm刻度线；硅胶软管b5与小锥角双出口的
分液漏斗b1的侧向出口连接，蠕动泵b2与硅胶软管接触；第二取样烧杯b4用于收集自小锥角双出口的分液漏斗b1的底部出口取出的样品；第一取样烧杯b3用于收集自小锥角双出口的分液漏斗b1的侧向出口取出的样品。
[0112]
验证建立的沉降模型的准确度具体通过如下方式进行：
[0113]
(1)将水和模拟油(白油)倒入小锥角双出口的分液漏斗b1中，油水界面控制在0刻度线处，加入的稠油液柱高度控制为150mm；将装好水和模拟油的小锥角双出口的分液漏斗b1放入烘箱中加热至实验温度并维持恒定；根据建立的沉降模型预测沉降速度和沉降高度确定对应的沉降时间(如表3所示)；
[0114]
(2)筛取各粒径砂粒若干，每次取单一粒径砂粒0.5g，在恒温条件下将单一粒径砂粒撒入小锥角双出口的分液漏斗b1中并开始计时，在预测沉降时间点及正负偏差20％三个时间点(如表3所示)对小锥角双出口的分液漏斗b1的侧向出口和底部出口取样；针对除最后一次取样外的其他各次取样，取样完成后如果油水界面低于侧向排液口则从侧向排出口反向注入少量清水；
[0115]
(3)对步骤(2)从侧向出口和底部出口取出的各份样品中均含部分模拟油，需加柴油稀释降低上层油液黏度；混合搅匀后，常温静置1小时，之后缓慢撇去大部分上层油液，再加入足量除油剂后放入超声波清洗机中超声清洗10min；缓慢倒走烧杯中所有液体，将足量甲苯倒入烧杯中振荡3分钟后静置8h，之后缓慢将甲苯倒入废液桶；将足量除油剂倒入烧杯中，再次用超声波清洗机超声清洗10min，超声后砂粒表面的油渍基本被清洗干净，之后用沸水润洗，再抽滤、烘干、称重。
[0116]
(4)基于各份样品中砂粒的重量与总撒入砂量的比值，确定各时间点的砂回收率；-20％时间点和预测时间点取出的样品中砂量之和与总撒入砂量之比即为沉降速度模型的预测精度。
[0117]
砂粒在模拟油中的重力沉降实验条件及在预测时间及
±
20％偏差三个时间点回收所得砂样质量如表3所示。对于500μm的大砂粒，预测时间和偏差
±
20％的时间点间隔较近，故500μm砂粒仅在预测时间点进行了取样。通过表1发现，六组实验在预测时间点的回收总砂量(包含-20％时间点和预测时间点取样砂量之和)基本均能维持在90％左右，即沉降速度模型能达到90％的预测精度。
[0118]
表3砂粒在模拟油中重力沉降实验条件、预测用时及回收砂量
[0119]
[0120][0121]
2、获取目标砂粒密度、目标油品密度和目标油品黏度。
[0122]
目标油品分别采用75℃稠油和90℃稠油，值具体参见表1。
[0123]
3、基于目标砂粒密度、目标油品密度和目标油品黏度，利用沉降速度模型确定目标油品中目标砂粒的沉降速度，结果如表4所示。
[0124]
表4沉降速度
[0125]
目标油品名称目标砂粒粒径/μm目标砂粒密度/(kg/m3)沉降速度/(mm/s)90℃稠油5802654.710.917490℃稠油2002654.710.109190℃稠油1002654.710.027375℃稠油5802654.710.409375℃稠油2002654.710.048775℃稠油1002654.710.0122
[0126]
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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。

技术特征：
1.一种原油中砂粒沉降速度预测方法，其中，该方法包括：获取沉降速度模型；其中，所述沉降速度模型为沉降速度基于砂粒密度、油品密度和油品黏度的计算模型；获取目标砂粒密度、目标油品密度和目标油品黏度；基于目标砂粒密度、目标油品密度和目标油品黏度，利用沉降速度模型确定目标油品中目标砂粒的沉降速度。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述获取沉降速度模型包括：进行多组单砂粒沉降实验，获取得到各组单砂粒沉降实验对应的已知粒径和密度单砂粒在已知密度和粘度的模拟油中的沉降速度；基于各组单砂粒沉降实验对应的已知粒径和密度单砂粒在已知密度和粘度的模拟油中的沉降速度建立沉降速度模型。3.根据权利要求2所述的方法，其中，基于各组单砂粒沉降实验对应的已知粒径和密度单砂粒在已知密度和粘度的模拟油中的沉降速度建立沉降速度模型包括：基于各组单砂粒沉降实验对应的已知粒径和密度单砂粒在已知密度和粘度的模拟油中的沉降速度建立沉降速度模型，确定各组单砂粒沉降实验对应的曳力系数cd和参数d
*
；其中，式中，ρ
p
为砂粒密度，kg/m；ρ
l
为液体密度，kg/m3；d为砂粒粒径，m；g为重力加速度，m/s2；μ为油品黏度，pa
·
s；w为沉降速度即砂粒稳定沉降后的最终速度，m/s；基于各组单砂粒沉降实验对应的曳力系数cd和参数d
*
，确定曳力系数cd与参数d
*
的关系式；基于曳力系数cd与参数d
*
的关系式，结合曳力系数cd和参数d
*
的表达式建立沉降速度模型。4.根据权利要求3所述的方法，其中，曳力系数cd与参数d
*
的关系式为：a、b、c、d为系数。5.根据权利要求2所述的方法，其中，所述获取沉降速度模型进一步包括：验证建立的沉降模型的准确度。6.根据权利要求5所述的方法，其中，验证建立的沉降模型的准确度采用下述沉降实验装置进行：该沉降实验装置包括小锥角双出口的分液漏斗；所述小锥角双出口的分液漏斗的上部为圆柱状、下部为圆锥状，所述小锥角双出口的分液漏斗的锥角为10-30
°
，所述小锥角双出
口的分液漏斗的下部设有底部出口，所述小锥角双出口的分液漏斗的上部的侧壁上与下部连接处设置有侧向出口，底部出口与侧向出口设置有开关。7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述沉降实验装置进一步设置有与侧向出口连接的硅胶软管以及与硅胶软管接触的蠕动泵。8.根据权利要求6或7所述的方法，其中，所述验证建立的沉降模型的准确度包括：(1)将水和模拟油倒入小锥角双出口的分液漏斗中，油水界面控制在侧向出口之上不小于20mm处、模拟油液柱高度为至少150mm；将装好水和模拟油的小锥角双出口的分液漏斗加热至目标温度并维持恒定；根据建立的沉降模型预测沉降速度和沉降高度对应的沉降时间；(2)在恒温条件下，取单一粒径砂粒撒入小锥角双出口的分液漏斗中并开始计时，在预测沉降时间点及正偏差15-30％时间点、负偏差15-30％时间点对小锥角双出口的分液漏斗的侧向出口和底部出口取样；针对除最后一次取样外的其他各次取样，取样完成后如果油水界面低于侧向排液口则从侧向排出口反向注入少量清水；(3)对步骤(2)从侧向出口和底部出口取出的各份样品中的砂粒进行分离、清洗、干燥、称重；(4)基于各份样品中砂粒的重量与总撒入砂量的比值，确定各时间点的砂回收率；负偏差时间点和预测时间点取出的样品中砂量之和与总撒入砂量之比即为沉降速度模型的预测精度。9.根据权利要求1-8任一项所述的方法，其中，沉降速度模型为：8任一项所述的方法，其中，沉降速度模型为：8任一项所述的方法，其中，沉降速度模型为：式中，ρ
p
为砂粒密度，kg/m；ρ
l
为液体密度，kg/m3；d为砂粒粒径，m；g为重力加速度，m/s2；μ为油品黏度，pa
·
s；w为沉降速度即砂粒稳定沉降后的最终速度，m/s；a、b、c、d为系数。10.根据权利要求9所述的方法，其中，沉降速度模型为：
式中，ρ
p
为砂粒密度，kg/m；ρ
l
为液体密度，kg/m3；d为砂粒粒径，m；g为重力加速度，m/s2；μ为油品黏度，pa
·
s；w为沉降速度即砂粒稳定沉降后的最终速度，m/s。

技术总结
本发明提供了一种原油中砂粒沉降速度预测方法。该方法包括：获取沉降速度模型；其中，所述沉降速度模型为沉降速度基于砂粒密度、油品密度和油品黏度的计算模型；获取目标砂粒密度、目标油品密度和目标油品黏度；基于目标砂粒密度、目标油品密度和目标油品黏度，利用沉降速度模型确定目标油品中目标砂粒的沉降速度。本发明提供的原油中砂粒沉降速度预测方法可以快速准确便利地预测砂粒在包括稠油在内的原油中的沉降速度，解决原油中(特别是稠油中)砂粒的沉降速度难以确定的问题，为集输管道最低流速、清管周期的确定以及分离器、沉降罐的设计提供参考。罐的设计提供参考。


技术研发人员：熊小琴 李代强 倪小龙 李欢 杨媛 孙浩 杨金华 祁浩 张世坚
受保护的技术使用者：中国石油大学（北京）
技术研发日：2023.04.07
技术公布日：2023/9/11