📝 摘要
沥青质是原油中复杂的分子组分，与胶质、芳香烃和饱和烃共同构成原油。在静态油藏条件下，沥青质与胶质处于热力学平衡状态。然而，当热力学条件发生变化时（如压力、温度、组成改变），沥青质可能发生沉淀。生产油管中的沥青质沉积是一个对石油工业具有广泛经济影响的突出问题，同时，使用实时工具监测沿井筒的沉积情况非常困难。本研究针对伊朗某油田的一口油井，预测了单相流井筒中的沥青质沉淀区域，并预测了三个时间间隔（30、60和120天）内沥青质沉积厚度沿井筒的分布。模拟结果表明，120天后沉积厚度超过油管半径的50%，预计将导致流量降低、压降增加和油管堵塞。同时，研究显示沉积厚度沿井筒呈近似偏态正态分布，这可能是流速增加和过量压降的结果。
🖥️ CMG软件应用情况总结
| 项目 | 内容 |
|---|---|
| 所用软件 | • CMG WinProp：用于沥青质沉淀的热力学建模，生成沥青质沉淀包络线（Asphaltene Precipitation Envelope），并进行流体相态计算（论文第5页、第6页、第9页）。 • CMG 通用框架：采用Nghiem等人提出的固体模型方法，将最重组分的逸度直接与气、液、固三相进行平衡计算。 |
| 模型类型 | 热力学相态模型 + 一维井筒沉积预测模型。 |
| 模拟对象 | 伊朗某油田Fahlian储层的一口生产井，预测单相流条件下沥青质在井筒中的沉淀区域和沉积厚度随时间的变化。 |
| 应用方式 | • 沥青质沉淀热力学建模：使用WinProp软件，采用Peng-Robinson状态方程（PR-EOS），将原油最重组分（C36+）拆分为“可溶沥青质组分（C36A+）”和“沉淀沥青质组分（C36B+）”两个虚拟组分，通过调整与轻组分的交互系数来表征沉淀倾向。 • 沉淀包络线生成：在不同压力和温度条件下计算沥青质沉淀量，生成沥青质沉淀包络线（ADE）。 • 与井筒P-T剖面结合：将WinProp生成的沉淀包络线与PROSPER软件计算的井筒压力-温度剖面相结合，确定井筒中的沉淀区域。 • 沉积厚度预测：在确定的沉淀区域内，基于Shirdel [30] 的模型进行沉积计算，预测30、60、120天后的沥青质沉积厚度沿井筒的分布。 |
| 模型关键参数 | • 流体组成：见表1（含N₂, CO₂, H₂S, C1-C35, C36+） • C36+ 分子量：491.16 lb/lbmol • C36+ 密度：0.93 g/cc • 沥青质含量：2.2 wt% (stock tank) • 沥青质摩尔分数：0.609%（计算值） • 沥青质摩尔体积：0.645 L/mol（调参后） • 油藏压力：9206 psia • 油藏温度：305°F • 井底流压：7200 psia • 井口压力：3600 psia • 产量：4845 STB/d • 油管半径：2.45 英寸 • 油管深度：4337.9 m |
| 模拟方案 | • 组分拆分：将C36+ 拆分为C36A+（可溶）和C36B+（沉淀） • 状态方程：Peng-Robinson EOS • 沉淀预测：计算不同P-T条件下的沥青质沉淀量，绘制沉淀包络线 • 井筒剖面：使用PROSPER计算P-T剖面，与沉淀包络线叠加确定沉淀区间 • 沉积预测：在归一化后的沉淀区间内（500个网格），预测30、60、120天后的沉积厚度分布 |
| 主要结论 | • 沥青质沉淀倾向验证：WinProp生成的沉淀包络线（图3）证实该流体样品具有沥青质沉淀潜力。 • 沉淀区域确定：通过将P-T剖面与沉淀包络线叠加（图5），确定了井筒中沥青质沉淀发生的深度区间（约从11,200 ft开始）。 • 沉积厚度预测：30天、60天和120天后，沉积厚度逐渐增加，120天后沉积厚度超过油管半径的50%，预计将导致流量降低、压降增加和油管堵塞。 • 沉积分布特征：沉积厚度沿井筒呈近似偏态正态分布（图7-10），可能是流速增加和过量压降共同作用的结果。 • CMG WinProp的适用性：WinProp能够有效支持基于固体模型的沥青质沉淀热力学建模，通过虚拟组分拆分和交互系数调整，可预测不同P-T条件下的沉淀行为，是沥青质沉淀风险评估的有力工具。 |
文中明确指出（Case135.pdf）：
“They used WINPROP to build a thermodynamic model of asphaltene precipitation.” （第5页，第2.3节）
“In this work, we used the same approach as Nghiem [33] to predict the amount of asphaltene precipitation. Therefore, WinProp Software is used to evaluate the possibility of asphaltene precipitation at several pressures and temperatures. For this study, we used Peng-Robinson EOS for thermodynamic calculation of WinProp [34] [35].” （第6页，第3.1节）
“The relation between asphaltene in solution and precipitated asphaltene can be found (CMG 2007) by Equation (2): …” （第7页，第3.1节）
🧪 模拟方案与主要结果
1. 沥青质沉淀热力学建模（第3.1节，图3，表1）
模型参数：PR-EOS，C36+ 拆分为 C36A+ 和 C36B+，沥青质 MW = 491.16，沥青质摩尔分数 = 0.609%。
| 模拟步骤 | 方法/参数 | 关键结果 |
|---|---|---|
| 组分拆分 | 将最重组分 C36+ 拆分为可溶沥青质 (C36A+) 和沉淀沥青质 (C36B+)，两者临界性质和偏心因子相同，但与轻组分的交互系数不同。沉淀组分与轻组分的交互系数更大，更易沉淀。 | 模拟计算了沥青质沉淀包络线（图3），证实该流体样品在特定P-T条件下具有沥青质沉淀潜力。 |
| 状态方程回归 | 对重组分的临界压力、临界温度和体积位移参数进行回归调整。 | 调整后沥青质摩尔体积设定为 0.645 L/mol。 |
| 沉淀包络线生成 | 在不同压力和温度下计算沥青质沉淀量，绘制沉淀包络线（图4）。 | 沉淀包络线用于后续与井筒P-T剖面叠加，确定井筒中的沉淀区间。 |
2. 井筒沉淀区域确定（第3.2节，图4-5）
方法：将PROSPER软件计算的井筒压力-温度剖面与WinProp生成的沥青质沉淀包络线（ADE）叠加。
| 井筒参数 | 值 | 关键结果 |
|---|---|---|
| 井底压力 | 7200 psia | 沉淀区域开始于约11,200 ft深度（图5） |
| 井底温度 | 290°F | 进入沉淀区域时压力为4340 psia，温度为180°F |
| 井口压力 | 3600 psia | 单相流条件 |
| 井口温度 | 140°F |
3. 沥青质沉积厚度预测（第3.3节，图7-10）
模型：基于Shirdel [30] 的沉积模型，沉淀区域归一化为500个网格。
| 时间 | 沉积厚度 | 关键结果 |
|---|---|---|
| 30天 | 峰值约 0.75 英寸（图7） | 沉积主要发生在归一化深度约0.3处（图7-9） |
| 60天 | 峰值约 1.5 英寸（图8） | 沉积厚度随时间增加 |
| 120天 | 峰值超过 2.2 英寸，超过油管半径（2.45英寸）的50%（图9） | 预计将导致流量降低、压降增加和油管堵塞（图10） |
关键发现：
-
沉积厚度沿井筒呈近似偏态正态分布，可能是流速增加和过量压降共同作用的结果。
✅ 主要结论
-
沥青质沉淀倾向预测：采用Nghiem固体模型方法，通过WinProp软件将C36+拆分为可溶和沉淀两个虚拟组分，成功生成了沥青质沉淀包络线，证实该流体样品具有沥青质沉淀潜力。
-
井筒沉淀区域确定：通过将WinProp生成的沉淀包络线与PROSPER计算的井筒P-T剖面叠加，确定了沥青质沉淀发生的井筒深度区间（约从11,200 ft开始）。
-
沉积厚度随时间演化：预测了30、60和120天后的沥青质沉积厚度分布。120天后，沉积厚度超过油管半径的50%，预计将导致流量降低、压降增加和油管堵塞。
-
沉积分布特征：沉积厚度沿井筒呈近似偏态正态分布，峰值位于沉淀区域前部，这可能是由于流速增加和局部过量压降共同作用的结果。
-
CMG软件的适用性：CMG WinProp能够有效支持基于固体模型的沥青质沉淀热力学建模，通过虚拟组分拆分和交互系数调整，可预测不同压力和温度条件下的沉淀行为，为生产井沥青质沉淀风险评估和沉积位置预测提供了重要工具。
🏛️ 作者及单位信息
| 作者 | 单位 |
|---|---|
| Abdolvahab Rastgoo | 石油工业大学（Petroleum University of Technology），阿瓦士，伊朗 |
| Riyaz Kharrat | 石油工业大学（Petroleum University of Technology），阿瓦士，伊朗 |
-
期刊：International Journal of Clean Coal and Energy
-
卷/期/页：Vol. 6, pp. 14-29
-
DOI：10.4236/ijcce.2017.61002
-
出版年份：2017年
💡 补充说明
该论文是沥青质沉淀与沉积预测的应用研究，核心创新点在于：
-
方法集成：将CMG WinProp的热力学建模能力与PROSPER的井筒水力学计算能力相结合，形成了一套完整的井筒沥青质沉淀风险评估工作流。
-
固体模型应用：采用Nghiem提出的固体模型方法，通过将最重组分拆分为“可溶”和“沉淀”两个虚拟组分，并赋予不同的交互系数，简化了沥青质沉淀的热力学建模过程。
-
沉淀包络线与井筒剖面的耦合：首次系统地将WinProp生成的沥青质沉淀包络线与井筒压力-温度剖面叠加，准确定位了沉淀发生的井筒深度区间。
-
沉积厚度定量预测：在确定的沉淀区域内，基于Shirdel模型定量预测了不同时间（30、60、120天）的沉积厚度沿井筒分布，为生产制度优化和清管作业计划提供了定量依据。
-
沉积分布特征揭示：揭示了沉积厚度沿井筒呈近似偏态正态分布的规律，并解释了其可能的成因（流速增加和过量压降）。
-
工程应用价值：该方法可用于预测沥青质沉积对生产的影响（流量降低、压降增加、油管堵塞），为现场作业提供预警和决策支持。
该研究对从事流动保障（Flow Assurance）、沥青质沉积机理研究、生产井动态分析、以及油气田开发方案优化的工程师和科研人员具有重要的参考价值。