GERG气体摩阻系数方程及其显式化公式

预测天然气管道中天然气的流动,一个关键的问题是为摩阻系数λ的计算选择合适的公式,Colebrook-White方程并不是一个适用于所有流态的普适化摩阻系数计算公式。介绍了新的气体摩阻系数GERG方程,该方程的适用范围较宽,计算时在一定情况下可以替代著名的Colebrook-White方程、Zegarola关联式;并可根据已知的数值,通过调整方程的参数,得出目前所有典型摩阻系数方程给出的计算值。但GERG方程为摩阻系数λ的隐式方程,求解过程较复杂,因此提出了该方程的显式形式,显式公式的验证计算表明:新公式的精确度较高,计算时间相对较短,可避免隐式方程求解的迭代算法。     

高含二氧化碳天然气压缩系数的计算方法比较

天然气工业工程实践中,在CO<,2>、H<,2>S等酸性气体含量不高的情况下,RK方程、SRK方程、PR方程与BWRS方程计算压缩系数精度高,得到了广泛使用;而在酸性气体含量较高的情况下,上述方程只在一定范围内适用.为确定RK方程、SRK方程、PR方程与BWRS方程用于计算高含CO<,2>天然气压缩系数时的适用范围,将方程的计算误差与实验数据进行对比,结果表明BwRs状态方程精度高,适用范围广.     

显式Colebrook—White摩阻系数方程

Colebrook—White方程为计算流体摩阻系数／。的隐式方程,使用迭代算法计算耗时长,不方便。,为了解决这一问题,采用多个数学软件求解。在使用MATLAB、Mathematica、Maple等数学软件直接求解Colebrook—White方程时,方程的一部分被表示为LambertW函数、WrightOmega函数或ProductLog函数的形式,得到的结果无法直接应用于工程计算,实际应用意义不大。为此,研究数值算法,提出新的迭代方程,推导出了新的适用于所有雷诺数的显式Colebrook—White方程。应用该方程对多个已有的显式Colebrook—White方程进行计算精度和计算时间的对比分析,新方程具有计算时间短、精度高、计算简便的优点。     

Colebrook-White方程显式公式对比研究

摩阻系数的估计是管道系统设计的一个关键,Colebrook-White方程是计算粗糙管紊流状态时摩阻系数的一个典型方法。调研了Colebrook-White水力摩阻系数公式显式化的新进展,将多个显式近似公式进行了计算精度和计算时间的对比,介绍了精确且计算方便的显式Colebrook-White公式,为输气管道工程推荐了实用的摩阻系数计算公式。     

碳氢燃料在亚临界及超临界状态下的状态方程研究

利用常用的状态方程VDW EOS、RK EOS、SRK EOS和PR EOS对甲烷、乙烯、甲醇和乙醇在亚临界及超临界状态下的比容进行了理论计算，从而计算出压缩因子。并将理论计算得到的压缩因子与试验结果进行了对比分析，得出了影响状态方程预测精度的几个重要因素。     

一种预测超高压气藏压缩因子的新方法

天然气压缩因子的实验测定费用昂贵且耗时长,而应用经验关联式和状态方程求解又复杂且适用范围受限,计算精度和实用性难以确定。为此,根据Standing Katz天然气压缩因子图版,结合收集到的近1 000个实验数据点,采用最小二乘法拟合建立了高压天然气压缩因子的解析模型。与DPR、DAK、Brills、Ehsan等具有代表性的经验关联式和SRK状态方程的计算结果进行对比,所建模型计算得到的气藏压缩因子在高压及超高压条件下具有较高的精度,可满足工程计算的要求。     

井筒热损失计算的改进算法

针对井筒热损失常规算法存在的问题，设计了改进算法。该算法以热损失速度作为迭代变量，通过给定合理的迭代初值和变量修正策略，来提高数值计算的稳定性和数值精度。大量数值实验表明，改进算法具有良好的计算稳定性和较高的计算精度。当迭代次数大于300时，计算精度达到以上。     

基于加速Bregman方法和阈值迭代法的联合地震数据重建

地震数据缺失道重建是数据处理的重要环节,但现今大部分重建算法收敛速度慢,计算成本高,难以满足海量数据处理的要求。为此,提出一种将加速线性Bregman方法(ALBM)与阈值迭代法(ISTA)进行联合的快速重建方法,并采用多尺度、多方向曲波变换作为稀疏基。ALBM能从未阈值化的曲波系数得到更多的有效信号,因此在迭代初期收敛速度快;后期因未阈值化的曲波系数带入更多噪声,会降低重建精度。ISTA则一直需要将曲波系数进行阈值化,迭代初期滤除了大部分有效系数,故收敛速度慢;但后期能恢复微弱有效信号,故重建精度较高。为了充分发挥两种算法的优势,文中给出了1~0范围的线性和指数两种加权参数公式,有效地将ALBM与ISTA两种算法进行线性组合,保证在迭代初期ALBM起主要作用,迭代后期ISTA作用大,从而使该联合算法既迭代速度快,且迭代精度高。联合过程中,采用软阈值公式,引入了指数阈值参数公式。理论模拟结果表明,相对于ALBM、ISTA及传统联合方法,所提加速联合方法的计算速度较快,重建效果明显。     

天然气压缩机的特性分析

程序GASCOMPZ用于天然气往复式或离心式压缩机的特性分析,以便压缩机选型、结构设计。程序提供了天然气压缩因数z基于BWR和RK状态方程的两种算法,提供了英制、米制和国际单位制之间的换算程序。因而对计算课题天然气组分的变化、输入-输出单位制的组合通应性强,计算精度较高。该程序曾应用在YC-1500A计算机上,若对个别句法稍作修改,也可毗在其他型号的微机上。     

基于对勾函数的新型天然气压缩因子计算关联式

为了解决目前工程上使用的天然气压缩因子计算方法的计算精度不足、计算效率较低、适用范围较小的问题,分析了天然气压缩因子图版特征,利用非线性曲面拟合方法对中低压图版和高压图版的6 988组数据进行拟合,得到了一种对勾函数形式的、适用于0.2≤p_pr≤30.0压力范围的新型天然气压缩因子经验公式,拟合值与图版值的平均绝对误差、平均相对误差和均方根误差分别为0.012 51、0.013 59和0.017 57,拟合效果良好。利用237组中低压天然气压缩因子实测数据和219组高压天然气压缩因子实测数据对该方法进行验证,并与其他5种常用的显式或隐式的计算方法进行对比。验证结果表明,利用该方法得出的计算结果与实测值之间的平均绝对误差、平均相对误差和均方根误差分别为0.018 95、0.015 08和0.024 19,计算精度较高且优于其他5种方法,能够在矿场实践中快速准确地预测出不同条件下的天然气压缩因子。      

基于CPA状态方程的高压含硫天然气压缩因子计算方法研究

对于压力高于70 MPa的含H_2S天然气,其分子之间间距缩小,极性H_2S分子之间缔合作用增强,传统SRK、PR状态方程计算高压含硫天然气的压缩因子准确性有待进一步改进。基于压力3.72～97.58 MPa、H_2S体积分数0%～70.03%的154组压缩因子修正CPA(Cubic-Plus-Association)状态方程中H_2S与CH_4、CO_2分子间二元交互作用系数,综合评价SRK、PR、CPA状态方程对压缩因子的计算精度。结果表明,对于中低压含硫天然气(p35 MPa),采用PR方程精度最高,平均相对偏差为1.12%;对于高压及超高压含硫天然气(p35 MPa),CPA方程精度最高,平均相对偏差为-1.46%。进一步采用法国ST抗硫高压PVT仪测试了4种含硫天然气在70～131 MPa条件下的138组压缩因子实测值,验证了采用CPA状态方程对于高压含硫天然气压缩因子的计算精度。     

天然气处理过程单体设备工艺计算

针对天然气回收过程中的物料平衡、能量平衡和热力学分析,应用SRK、PR、SHBWR状态方程及其热力学计算式建立了工艺计算数学模型,并编写了天然气回收工艺计算软件。该软件能对工艺过程进行等温闪蒸、等熵膨胀、等焓膨胀、脱水等类型的计算,可用于天然气回收方案对比和操作参数的优化。     

多重网格法二维Helmholtz方程解算及其在电磁法正演模拟中的应用

为了提高Helmholtz方程数值计算效率和精度,研究了多重网格算法,并对比研究了该算法与共轭梯度法、预处理共轭梯度法和超松弛法求解二维Helmholtz方程的计算精度和收敛速度,网格剖分采用可实现网格自动细化的Delaunay三角网格算法。研究结果表明:多重网格法在计算时间和迭代收敛效率方面具有较大优势,但其迭代计算误差大于其他算法,这或许与不规则网格剖分导致网格层间插值、限制算子扩大了计算误差有关。最后,初步研究了基于多重网格算法的大地电磁二维正演模拟响应。     

天然气水合物储层导电特性模拟与饱和度计算

由于天然气水合物只能在低温高压环境下保持稳定,导致以原状天然气水合物岩石样品进行岩石岩电测试较为困难,用阿尔奇公式计算的饱和度误差会比较大。为了提高天然气水合物饱和度的计算精度,建立了反映天然气水合物储层结构特征的逾渗网络模型。根据Kirchhoff连续性方程和各节点、线的电导率,通过Cholesky分解算法计算网络模型中的电流参数。通过数值模拟研究了水合物饱和度、地层水矿化度和黏土矿物含量对天然气水合物储层数字岩心的影响,并根据模拟结果建立了修正的阿尔奇公式。模拟结果表明,数字岩心的电阻率随水合物饱和度的增加呈指数增长。随着地层水电导率的增大,天然气水合物数字岩心的电阻率呈线性减小。随着黏土矿物含量增加,岩心电阻率呈负指数下降趋势,当孔隙度、黏土矿物含量较低时,天然气水合物饱和度对数字岩心电阻率的影响较大。利用修正前后的Archie公式,对南海神狐地区W18井的测井资料进行了水合物饱和度估算。修正前的计算结果相对误差为33.2%,修正后为22.5%,说明修正后的饱和度公式精度有明显提高。     

基于SRK状态方程的页岩气密度计算新方法

针对应用Soave-Redlich-Kwong（SRK）状态方程计算的页岩气密度偏低、相对误差较大的问题,为提高地层条件下页岩气密度的计算精度,引入对比压力与对比温度2个参数,对SRK方法进行了改进,建立了页岩气密度计算新方法,并用牛顿迭代法对其进行了求解,编制了相应的计算机程序。应用SRK方法和改进的SRK方法分别计算了压力1~30 MPa、温度283.15~428.15 K的210个样点的页岩气密度,并与美国国家标准与技术研究院发布的页岩气密度进行了对比,结果发现:SRK方法计算的页岩气密度的相对误差为-11.10%~-0.05%,局部相对误差绝对值超过了10%;改进的SRK方法计算的页岩气密度的相对误差范围为-2.39%~2.11%,相对误差绝对值最大为2.39%。研究表明,基于SRK状态方程的页岩气密度计算新方法的计算精度明显提高,可满足页岩气藏评价和开发应用的要求。      

预测天然气水合物生成条件回归公式的评价

水合物的生成会给天然气生产和集输过程带来极大的困难,准确预测水合物形成条件至关重要。归纳总结了预测天然气水合物形成温度的回归公式,包括Makogon公式、Towler公式、Bahadori公式。通过比较公式计算值与实验值,计算出平均相对误差来评价各公式的计算精度。计算结果表明,对于非酸性天然气,3种公式的平均相对误差分别为0.55%、0.40%和0.43%。对于低含CO2天然气,3种公式的平均相对误差分别为0.41%、0.32%和0.52%。Towler公式的计算精度最高。此外,3种公式均无法准确预测含硫天然气的水合物形成温度。     

油气燃料临界燃烧和超临界燃烧的基础理论

利用热力学基本定律和常用状态方程vdW EOS、RK EOS、SRK EOS、PR EOS及PG EOS，对CH₄、C₂H₆、C₃H₈、C₈H₁₈、C₁₆H₃₄等的临界温度、临界压力、临界比容三者之间的相互关系进行了理论计算。还计算了He、H₂、N₂、O₂、CO、CO₂和水蒸气等的物性参数，并分别与其临界试验参数进行了对比分析。结果表明：理想气体状态方程PG EOS得到的结果最差，它对这些物质临界压力计算的平均误差高达260%以上，对临界温度计算的平均误差也在72%以上；而PR EOS得到的结果最好，且对临界温度计算的平均误差不足0.2%，最大误差在0.6%以下，对临界压力计算的平均误差则小于0.8%；其余EOS对物质临界参数的描述则介于二者之间。其中：vdW EOS对这些物质临界压力描述的最大误差在60%以上，平均误差在14%以上；RK EOS和SRK EOS对临界压力描述的最大误差均在13%以上，平均误差在2.6%左右，但SRK EOS对临界温度的总体描述要好于RK EOS。因此，PG EOS不能用来表述这些物质临界参数之间的相互关系，而PR EOS和SRK EOS可对这些物质临界参数之间的相互关系作出相对较好的描述。     

测定饱和天然气中含水量的新方法

在油田生产过程中,油气中的含水量会对采油设备和输送管线产生腐蚀作用,准确计算天然气中含水量十分必要。1942年以来,已经有10余种方法用于计算天然气中的含水量,但均有局限性。测定饱和天然气中含水量的新方法是在里德尔公式的基础上计算水摩尔体积、水蒸气压力及水的有效压力系数,通过SRK方程求     

赫-巴流体圆管轴向层流压降的数值计算

计算赫一巴钻井液在钻具中的层流压降时,需要求解一个非线性方程,以往通常使用近似公式进行计算.对于求解这个非线性方程,提出了一个数值迭代算法,并对该算法的收敛性进行了证明,给出了最大迭代步数的上限值.理论分析和大量实际算例表明:该算法具有非常稳定的收敛性和非常快的收敛速度,并且能够给出压降的精确计算值.     

波动方程初至双差走时层析反演

对于有限频带的地震信号,地震波绝对走时受到震源子波的波形特征、走时测量准则等多种因素的影响,提高走时测量的精度有助于增加反演结果的可靠性。为降低绝对走时测量误差对反演的影响,采用双差走时代替绝对走时,并将其与Rytov近似导出的相位延迟敏感度核函数相结合,构造有限频带地震波的双差走时敏感度核函数。针对初至双差走时层析反演,提出了一种基于隐式矩阵向量积的高斯牛顿迭代算法,该方法无需显式计算、存储核函数及Hessian矩阵。相较于传统的散射积分方法(需要显式计算并存储核函数),波动方程初至双差走时层析反演方法仅利用了波动方程Born模拟及逆时偏移算法,因此降低了对计算机内存和外部存储的需求,可进行高效的大规模计算。高斯扰动模型数值模拟实验表明,该方法可以消除初至走时测量误差(震源子波未知)对反演的影响;Overthrust模型数据和二维起伏地表实际数据测试结果表明,采用该方法反演得到的高精度的近地表速度模型与实际地层较为吻合。