一种盐穴储气库排卤管壁盐结晶厚度实时预测与预警方法

本发明涉及盐穴储气库运行安全监测，尤其涉及一种盐穴储气库排卤管壁盐结晶厚度实时预测与预警方法。

背景技术：

1、盐穴储气库在建库或首次注气阶段需要进行注气排卤作业，以将盐腔内卤水排出并形成有效储气空间。排卤过程中，卤水沿排卤管向上流动，受温度、压力及流动条件变化的影响，卤水中盐分的溶解平衡状态发生改变，局部位置可能出现过饱和并导致盐分结晶析出。析出的晶体颗粒在排卤管内壁附近附着沉积，逐渐形成盐结晶层。随着运行时间延长，盐结晶层厚度不断增加，排卤管有效流通截面积随之减小，流动阻力增大，排卤能力下降，严重时可能引发局部堵塞，影响排卤效率及井筒安全运行。对排卤管壁盐结晶厚度进行实时预测并及时预警具有重要工程意义。

2、针对盐穴储气库注气排卤过程中的盐结晶问题，已有部分专利技术提出了相应解决方案。公开号为cn121630291a的专利提出了一种盐穴储气库注气排卤管柱盐结晶抑制装置，在排卤内管外侧安装加热装置对卤水进行加热，提高卤水温度以提升盐的溶解度，从而抑制卤水上升过程中因温度降低而引起的盐析出。公开号为cn115142817a的专利提供了一种防结晶注气排卤的管柱结构、方法及盐穴储气库，在排卤水管中穿设注淡水管，排卤过程中连续注入淡水以降低卤水浓度，避免卤水过饱和析出结晶。公开号为cn118653818a的专利提出了一种下深可调的盐穴储气库防结晶注气排卤装置及方法，设置可滑动调节的内排卤部以适应沉渣厚度的实时变化，同时在排卤内管内壁开设热流道凹槽以抑制盐结晶。

3、上述现有技术主要从工程干预角度出发，通过加热、注水稀释或结构优化等手段被动抑制或缓解盐结晶的形成，均未涉及排卤管壁盐结晶厚度的定量预测与主动预警。现有方案无法在注气排卤过程中在线给出井筒沿深度方向不同位置的沉积厚度分布，也难以基于沉积厚度的动态变化趋势对后续堵塞风险进行预判。部分技术方案虽然考虑了盐分析出量，但通常默认析出的颗粒全部沉积于管壁，未能反映实际流动条件下颗粒悬浮、迁移和再携带等现象，预测结果与工程实际存在偏差。实际形成的沉积层通常并非完全致密实体，而是具有一定孔隙结构，若直接将析出质量按晶体真密度换算为结晶厚度，将导致对沉积层工程厚度的估算偏差。现场运行风险也不应以当前沉积厚度为单一依据，某些情况下已有沉积层较厚但生长速率已明显降低，短期风险相对可控；另一些情况下当前厚度尚小但沉积速率较大，后续堵塞风险可能迅速上升。

4、因此，需要提供一种面向盐穴储气库注气排卤工况的排卤管壁盐结晶厚度实时预测与预警方法，同时考虑局部析出行为、实际有效沉积比例、沉积层孔隙度及沉积厚度与沉积速率对风险的综合影响。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种盐穴储气库排卤管壁盐结晶厚度实时预测与预警方法。

2、第一方面，本发明提供一种盐穴储气库排卤管壁盐结晶厚度实时预测与预警方法，该方法的技术方案如下：

3、根据排卤管结构参数、井筒深度参数、卤水物性参数和实时运行参数，确定排卤管沿深度方向的温度分布和压力分布；

4、根据所述温度分布和所述压力分布中所述排卤管沿深度方向的各深度位置处的温度和压力，以及所述卤水物性参数中的卤水盐浓度，计算各深度位置处卤水中盐分的局部平衡溶解浓度，并根据所述卤水盐浓度与所述局部平衡溶解浓度之间的差值，确定各深度位置处的局部析出量或析出速率；

5、根据有效沉积系数，将各深度位置处的局部析出量或析出速率修正为实际沉积于排卤管内壁的有效沉积量或有效沉积速率；

6、根据沉积层孔隙度，将各深度位置处的有效沉积量或有效沉积速率折算为所述排卤管内壁的盐结晶厚度及盐结晶生长速率；

7、输出沿排卤管深度方向各位置处的盐结晶厚度及盐结晶生长速率，确定所述盐结晶厚度最大值所对应的深度位置，并根据所述盐结晶厚度最大值和所述深度位置处的盐结晶生长速率输出预警等级。

8、本发明的一种盐穴储气库排卤管壁盐结晶厚度实时预测与预警方法的有益效果如下：

9、本发明的方法通过确定排卤管沿深度方向的温度分布和压力分布，计算各深度位置处盐分的平衡溶解浓度与析出量，引入有效沉积系数修正析出量以反映颗粒悬浮、迁移和再携带的影响，结合沉积层孔隙度折算盐结晶厚度及生长速率，基于盐结晶厚度与生长速率输出预警等级，解决了现有技术无法定量预测排卤管壁盐结晶厚度的问题，实现了排卤管沿深度方向盐结晶沉积厚度的在线计算，提高了盐结晶厚度预测准确性，提升了排卤管堵塞风险预判能力。

10、在上述方案的基础上，本发明的一种盐穴储气库排卤管壁盐结晶厚度实时预测与预警方法还可以做如下改进。

11、在一种可选的方式中，所述排卤管结构参数和所述卤水物性参数预先存储于数据库中，所述实时运行参数通过设置于井口的传感器在线采集得到，所述传感器至少包括压力传感器、温度传感器和流量传感器。

12、采用上述可选方式的有益效果为：进一步将排卤管结构参数与卤水物性参数预先存储于数据库，并通过井口布置的压力、温度和流量传感器在线采集实时运行参数，使基础数据获取与更新过程自动化，为温度分布和压力分布的计算提供完整数据基础。

13、在一种可选的方式中，根据排卤管结构参数、井筒深度参数、卤水物性参数和实时运行参数，确定排卤管沿深度方向的温度分布和压力分布的步骤，包括：

14、根据所述井筒深度参数将所述排卤管沿所述深度方向划分为多个离散的深度位置；

15、根据所述实时运行参数中的井口压力和排卤流量、所述卤水物性参数中的卤水密度和卤水黏度，并利用所述排卤管结构参数中的排卤管内径和排卤管内壁粗糙度进行摩阻压降修正，计算各深度位置处的压力值；

16、根据所述实时运行参数中的井口温度和排卤流量以及井筒传热参数，计算各深度位置处的温度值；

17、由各深度位置处的所述压力值和所述温度值分别构成所述压力分布和所述温度分布。

18、采用上述可选方式的有益效果为：进一步将排卤管沿深度方向离散为多个节点，结合井口压力、排卤流量及卤水密度、黏度进行摩阻压降修正以计算各节点压力值，并依据井口温度与传热参数计算各节点温度值，从而得到沿深度方向的温度分布和压力分布。

19、在一种可选的方式中，根据所述温度分布和所述压力分布中所述排卤管沿深度方向的各深度位置处的温度和压力，以及所述卤水物性参数中的卤水盐浓度，计算各深度位置处卤水中盐分的局部平衡溶解浓度的步骤，包括：

20、从所述温度分布中提取所述排卤管沿所述深度方向的各深度位置处的温度值，并从所述压力分布中提取所述排卤管沿所述深度方向的各深度位置处的压力值；

21、通过基于卤水盐溶解平衡关系预先建立的溶解度模型，对各深度位置处的温度值和所述压力值进行卤水盐溶解平衡计算，输出各深度位置处卤水中盐分的局部平衡溶解浓度。

22、采用上述可选方式的有益效果为：进一步从温度分布和压力分布中提取各深度位置处的温度值和压力值，通过预先建立的溶解度模型进行卤水盐溶解平衡计算，输出各深度位置处盐分的局部平衡溶解浓度，为析出量或析出速率的确定提供浓度基准。

23、在一种可选的方式中，所述有效沉积系数为各深度位置处的局部流速、局部温度和局部过饱和量的函数，所述局部过饱和量为所述卤水盐浓度与所述局部平衡溶解浓度的差值，所述有效沉积系数随局部流速增大而减小，随局部过饱和量增大而增大。

24、采用上述可选方式的有益效果为：进一步将沉积系数定义为局部流速、局部温度和局部过饱和量的函数，使沉积系数随流速增大而减小、随过饱和量增大而增大，从而修正析出量向管壁沉积量的转化关系，反映颗粒悬浮、迁移和再携带对沉积过程的影响。

25、在一种可选的方式中，根据沉积层孔隙度，将各深度位置处的有效沉积量或有效沉积速率折算为所述排卤管内壁的盐结晶厚度及盐结晶生长速率的步骤，包括：

26、获取各深度位置处的有效沉积量或有效沉积速率；

27、当获取到所述有效沉积速率时，根据各深度位置处的所述有效沉积速率和运行时间步长，计算各深度位置处在所述运行时间步长内的有效沉积质量增量；

28、当获取到所述有效沉积量时，将各深度位置处的所述有效沉积量作为所述运行时间步长内的有效沉积质量增量；

29、通过公式将各深度位置处的所述有效沉积质量增量换算为沉积层体积增量，其中为第个深度位置处在所述运行时间步长内的沉积层体积增量，为第个深度位置处在所述运行时间步长内的有效沉积质量增量，为所述卤水物性参数中的盐晶体真密度，为第个深度位置处的沉积层孔隙度；

30、获取所述排卤管结构参数中的排卤管内径及各深度位置对应的单元长度，根据所述排卤管内径和所述单元长度确定各深度位置处的排卤管内壁沉积面积；

31、将各深度位置处的所述沉积层体积增量除以对应的所述排卤管内壁沉积面积，得到各深度位置处在所述运行时间步长内的盐结晶厚度增量；

32、累计各深度位置处在各运行时间步长的盐结晶厚度增量，得到各深度位置处的所述排卤管内壁的盐结晶厚度；

33、将各深度位置处的所述盐结晶厚度增量除以所述运行时间步长，得到各深度位置处的所述排卤管内壁的盐结晶生长速率。

34、采用上述可选方式的有益效果为：进一步引入沉积层孔隙度将管壁沉积量折算为盐结晶厚度及生长速率，将沉积质量增量按晶体真密度与孔隙度换算为体积增量，结合排卤管内径与单元长度确定沉积面积，避免直接按真密度换算造成的厚度估算偏差。

35、在一种可选的方式中，在得到各深度位置处的所述排卤管内壁的盐结晶厚度的步骤之后，还包括：

36、根据各深度位置处的所述排卤管内壁的盐结晶厚度对所述排卤管内径进行更新，所述排卤管内径更新后的值通过公式确定，其中为第个深度位置处更新后的排卤管内径，为所述排卤管结构参数中的排卤管原始内径，为第个深度位置处的盐结晶厚度；

37、根据更新后的排卤管内径重新计算各深度位置处的局部流速和摩阻压降，并基于更新后的局部流速和摩阻压降重新确定所述温度分布和所述压力分布，以迭代方式修正各深度位置处的盐结晶厚度及盐结晶生长速率；

38、根据修正后的盐结晶厚度最大值和修正后的所述深度位置处的盐结晶生长速率输出预警等级。

39、采用上述可选方式的有益效果为：进一步在得到盐结晶厚度后按公式更新排卤管内径，根据更新后的内径重新计算局部流速和摩阻压降，并以迭代方式修正温度分布、压力分布及盐结晶厚度，使预警等级能够随沉积厚度的动态变化及时调整。

40、第二方面，本发明提供一种盐穴储气库排卤管壁盐结晶厚度实时预测与预警装置，该装置的技术方案如下：

41、确定模块，用于根据排卤管结构参数、井筒深度参数、卤水物性参数和实时运行参数，确定排卤管沿深度方向的温度分布和压力分布；

42、计算模块，用于根据所述温度分布和所述压力分布中所述排卤管沿深度方向的各深度位置处的温度和压力，以及所述卤水物性参数中的卤水盐浓度，计算各深度位置处卤水中盐分的局部平衡溶解浓度，并根据所述卤水盐浓度与所述局部平衡溶解浓度之间的差值，确定各深度位置处的局部析出量或析出速率；

43、修正模块，用于根据有效沉积系数，将各深度位置处的局部析出量或析出速率修正为实际沉积于排卤管内壁的有效沉积量或有效沉积速率；

44、折算模块，用于根据沉积层孔隙度，将各深度位置处的有效沉积量或有效沉积速率折算为所述排卤管内壁的盐结晶厚度及盐结晶生长速率；

45、输出模块，用于输出沿排卤管深度方向各位置处的盐结晶厚度及盐结晶生长速率，确定所述盐结晶厚度最大值所对应的深度位置，并根据所述盐结晶厚度最大值和所述深度位置处的盐结晶生长速率输出预警等级。

46、本发明的一种盐穴储气库排卤管壁盐结晶厚度实时预测与预警装置的有益效果如下：

47、本发明的装置通过确定排卤管沿深度方向的温度分布和压力分布，计算各深度位置处盐分的平衡溶解浓度与析出量，引入有效沉积系数修正析出量以反映颗粒悬浮、迁移和再携带的影响，结合沉积层孔隙度折算盐结晶厚度及生长速率，基于盐结晶厚度与生长速率输出预警等级，解决了现有技术无法定量预测排卤管壁盐结晶厚度的问题，实现了排卤管沿深度方向盐结晶沉积厚度的在线计算，提高了盐结晶厚度预测准确性，提升了排卤管堵塞风险预判能力。

48、第三方面，本发明的一种电子设备的技术方案如下：

49、包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并在所述处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本发明的盐穴储气库排卤管壁盐结晶厚度实时预测与预警方法的步骤。

50、第四方面，本发明提供的一种计算机可读存储介质的技术方案如下：

51、计算机可读存储介质中存储有指令，当计算机可读存储介质读取所述指令时，使所述计算机可读存储介质执行如本发明的盐穴储气库排卤管壁盐结晶厚度实时预测与预警方法的步骤。

52、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。