气-液-固三相相平衡热力学模型预测石蜡沉积

在油气开采过程中,当体系的温度、压力或组成等热力学条件发生改变时,油气体系内的蜡质、胶质、沥青质等有机固相物质将会从体系中析出而沉积,给油气田生产带来严重的危害.采用状态方程和溶液理论相结合而建立了能模拟石蜡沉积的气-液-固三相相平衡热力学模型.根据正规溶液理论描述固相混合物的非理想性,采用状态方程描述气相和液相的相态.运用该模型对某一含气原油进行了蜡固相沉积模拟计算,计算结果表明,压力对蜡沉积有较大的影响,压力对蜡沉积点温度的影响在低于饱和压力下比高于饱和压力下的影响更为显著.     

葡北油田石蜡沉积研究

注气提高原油采收率是目前国外的主流技术，近年来在国内也得到重视和应用。注气过程会改变原有体系的组成、温度等热力学条件，而诱发蜡质、沥青质等有机固相沉积问题，给生产带来严重的危害。激光测试方法能够测定高温、高压以及含气原油体系的固相沉积起始点温度、压力或组成，气—液—固三相相平衡热力学模型能够用于油气开采过程，以及注气过程中出现气—液—固三相相态转化时的固相沉积模拟研究，其结果能为最大限度地防止固相沉积对生产造成的危害提供依据和手段。     

气-液-固三相相平衡热力学模型预测石蜡沉积

在油气开采过程中,当体系的温度、压力或组成等热力学条件发生改变时,油气体系内的蜡质、胶质、沥青质等有机固相物质将会从体系中析出而沉积,给油气田生产带来严重的危害.采用状态方程和溶液理论相结合而建立了能模拟石蜡沉积的气液固三相相平衡热力学模型.根据正规溶液理论描述固相混合物的非理想性,采用状态方程描述气相和液相的相态.运用该模型对某一含气原油进行了蜡固相沉积模拟计算,计算结果表明,压力对蜡沉积有较大的影响,压力对蜡沉积点温度的影响在低于饱和压力下比高于饱和压力下的影响更为显著.     

石蜡沉积实验与模拟研究

油气开采过程以及石油化工生产过程的蜡质、沥青质等有机固相沉积，验油田生产带来的危害是极为严重的。开展有机固相沉积 实验研究和模拟研究，能够为油气开采、输运和加工设计提供基础参数，以最大限度地减轻它对生产造成的危害。激光法适合于高温、高压以及含气原油体系的固相沉积点的测定。气-液-固三相相平衡热力学模型能够用于油气开采过程，以及注气过程中出现气、液、固三相相态转化时的固相沉积模拟研究。     

有机固相沉积模型研究与应用

根据油气烃类体系的组成特点，提出了气液固三相相平衡热力学模型，对气相和液相采用状态方程描述，使用溶液理论处理固相。该模型可以模拟计算由于压力、温度或组成改变而造成的有机固相沉积起始点和沉积量，计算的固相沉积起始点与实测值接近。为油气开采过程、集输过程、石油化工生产过程以及气驱采油过程，由于温度、压力或组成的改变而造成的石蜡、沥青等有机固相沉积给生产造成的危害，提供了预测方法。     

油气体系气-液-固三相相态模拟

根据油气烃类体系的组成特点和相态特征，提出了气-液-固三相相平衡的计算方法，采用状态方程描述气相和液相的相态变化；而将固相视为非理想的固态溶液，用正规溶液理论来描述其非理想性，实例计算结结表明，该方法适用于石油开采，集输和加工过程中的气，液，固三相相态模拟研究。也可以用于石蜡，沥青等有机固相沉积的研究。     

气液固三相相平衡计算改进方法及应用

油气开采、输运及加工过程中始终存在着气、液、固三相相态转变和三相平衡共存，根据烃类体系组成和相态特点，建立了新的气－液－固三相相平衡计算方法，假设固相为非理想的固体溶液，用正规溶液理论来描述其非理想性，而气相和液相则统一采用状态方程描述其相态特征，实例表明，该方法能用于石油开采，集输和加工中的气、液、固三相相态模拟，也可用于石蜡、沥青沉积研究。     

气—液—固三相相平衡计算

用状态方程和溶液理论建立了气—液—固三相相平衡计算方法。气相和液相均采用状态方程描述其非理想性和相态变化特征,用正规溶液理论来描述非理想的固体溶液。这样建立的气—液—固三相相平衡热力学模型具有热力学的连续一致性,并且具有较好的收敛性和稳定性。通过实例计算表明,该方法不仅能够计算出压力或温度改变时发生气液固三相相态变化的起始点和三相相态变化趋势,而且还可以计算出在不同的温度、压力下各组分在各相中的分配关系。该方法可用于石油与天然气化工、油气开采和输运过程的生产设计。     

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渍气体系含有一定的石蜡、胶质、沥青质等有机固机物质,当油气体系的热力学条件发生改变时,它们将从气、液中析出而沉积,给油气田生产带来严重的危害。气液固三相平衡理论研究和相态６计算能够确定油气流体发生固体沉积的热力学条件,并确定出不同热力学条件下的固体沉积数量,从而为防止和控制固体沉积提供理论依据和评价技术,以利于指导油气田开发开采工艺设计。文章根据正规溶液理论和状态方程以及 体热力学相平衡原理建立了     

富含凝析水、元素硫的特殊油气体系相态研究

富含凝析水、元素硫的特殊类型气藏、凝析气藏,随着开采过程温度及压力的降低,凝析水和元素硫由烃类流体中析出,出现气-液-液-固四相共存现象.根据物质平衡方程组和热力学平衡方程组,建立了富含凝析水、元素硫的凝析油气体系相态研究方法及气-液-液-固四相相平衡计算模型.富含凝析水、元素硫的凝析油气体系相态研究将对提高气井采收率、完善气井生产动态分析和气藏工程设计等具有重要的指导作用.     

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根据实验研究结果,提出了一个预测凝析油气体系蜡沉积的热力学模型。该模型把蜡沉积视为多固相过程,沉积出的蜡由几个固相组成,每一个固相都由一个拟组分表示,固相之间彼此互不混合。根据这一认识,文章提出了气液多固相物料平衡方程,用考虑固相沉积的多相闪蒸数值算法,模型能对析蜡量进行量化模拟计算。模型中气液相参数通过状态方程计算获得。通过对凝析油蜡沉积的计算表明,用该模型计算的蜡的沉积量和析蜡温度与实验结果非常吻合。     

预测凝析油气体系蜡沉积热力学模型

根据实验研究结果,提出了一个可以预测凝析油气体系蜡沉积的热力学模型。该模型把蜡沉积视为多固相过程,沉积出的蜡由几个固相组成,每个固相都由一个拟组分构成,固相之间彼此互不混合。根据这一认识,提出了气- 液- 多固相物料平衡方程。采用适合凝析油气体系计算溶解热经验方程,结合考虑固相沉积的多相闪蒸数值算法,模型能对析蜡量进行量化模拟计算。模型中气- 液相参数通过状态方程计算获得。通过对凝析油蜡沉积的计算表明,用该模型计算蜡的沉积量和析蜡温度与实验结果非常吻合。     

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针对柯深101井异常高温高压含蜡凝析气井出现石蜡堵塞现象，开展了室内实验和现场评价的研究。文章利用自行开发的固溶物沉积激光测试系统，测试了凝析气平衡油在不同压力下的析蜡温度。结果表明，凝析气平衡油液—固两相析蜡温度随压力下降而升高，压力越低析蜡温度上升越快，而且平衡油的析蜡规律与脱气油相反；该井凝析气中平衡油在压力60.00～0.10 MPa的析蜡温度为27.7～38 ℃。研究得到的气—液—固三相相图表明，当温度低于液—固两相析蜡温度后，预测的气—液两相等液量线开始偏离正常，并快速上翘。利用析蜡实验数据预测出了析蜡位置，使得任何时候地层中都不会析蜡；在生产测试时,井筒中的蜡在距井口465 m油管以上析出，预测结果与现场试验吻合。提高产量或加热、保温等措施，使井口流温高于38 ℃，井筒中不会析蜡；将分离器及其上游管线温度从32 ℃提高到36 ℃以上，可以防止凝析油在地面流动中析蜡。     

注气对固溶物沉淀影响的研究与应用

注气采油是提高原油采收率的主要方式之一,在此过程中准确描述含有沥青质等高分子有机固相物质的油气体系相平衡十分必要。为此,将沉淀的沥青质视为固相,假设标准状态下必须有沥青质沉淀,将标准状态压力和温度引入沥青质固相逸度计算,并同时考虑了标准状态压力和温度对沥青质固相逸度的影响,建立了能模拟沥青质沉淀的气、液、固三相相平衡热力学模型。据该模型计算的结果表明:①能通过比较液相沥青质逸度和固相沥青质逸度大小来判断固相沥青质沉淀的出现。②当注入某油的气体为烃类混合气体时,烃类混合气体的添加使得含沥青质原油的组分发生变化;温度相同时,注气浓度越高,沉淀的压力越大;浓度相同时,温度越低,沉淀的压力越大;当沉淀量一定时,随着注气浓度增加,油品的饱和压力随之增大;相同注气浓度下,当压力高于饱和压力时,随着压力增大,沉淀量减少。③在温度不变的情况下,注入某油的气体为CO2时,其沥青质沉淀量是注CO2浓度的函数且随着CO2浓度的增加,固相(沥青质)的沉淀量不断增大。④在注气驱油过程中,气体的注入极易引发含沥青质原油中沥青质等重质有机物的沉积。     

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针对注气提高原油采收率过程中有可能出现的有机固相沉积问题，文章在提出改进多组分模型的补充假设条件之后，建立了三维四相（油相、气相、水相和有机固相）多组分数学模型；为完成油相、气相和有机固相的相平衡计算，还建立了考虑有机固相沉积、适合于地下油气藏烃类体系的三相相平衡热力学模型；运用计算机求解时，利用有限差分方法，按顺序求解法建立相应的隐式压力、显示组成及饱和度的数值模型；由此开发的数值模拟软件能够更好地进行实际油藏注气提高原油采收率方案设计研究，获得了具有生产实际指导意义的研究成果。     

Prediction of Asphaltene Precipitation during Pressure Depletion and CO2 Injection for Heavy Crude

Abstract

In this work, a thermodynamic approach is used for modeling the phase behavior of asphaltene precipitation. The precipitated asphaltene phase is represented by an improved solid model, and the oil and gas phases are modeled with an equation of state. The Peng-Robinson equation of state (PR-EOS) was used to perform flash calculations. Then, the onset point and the amount of precipitated asphaltene were predicted. A computer code based on the solid model was developed and used for predicting asphaltene precipitation data reported in the literature as well as the experimental data obtained from high-pressure, high-temperature asphaltene precipitation experiments performed on Sarvak reservoir crude, one of Iranian heavy oil reserves, under pressure depletion and CO₂ injection conditions. The model parameters, obtained from sensitivity analysis, were applied in the thermodynamic model. It has been found that the solid model results describe the experimental data reasonably well under pressure depletion conditions. Also, a significant improvement has been observed in predicting the asphaltene precipitation data under gas injection conditions. In particular, for the maximum value of asphaltene precipitation and for the trend of the curve after the peak point, good agreement was observed, which could not be found in the available literature.