状态方程及其应用于石油与天然气相平衡计算的有关进展

本文对状态方程的发展历史作了概要的回顾,重点评价在油气藏数值模拟中有重要的应用价值的立方型状态方程的有关研究和应用进展,并指出了在地层多相流相平衡计算中的有关难点问题,如天然气彩出过程的逆向冷凝,三次采油混相驱、烃－水体系高压液－液平衡等问题的研究方向和提高预测模型精度的方法。     

CO2含量对天然气高压物性及烃-水相平衡的影响

以实验测试为基础进行富含CO₂天然气藏的高压物性特征分析,同时按照中国石油行业标准“SY/T 6434-2000天然气藏流体物性分析方法”,建立适用于含CO₂天然气高压物性的测试方法,运用室内物理模拟方法给出在天然气藏中不同含量的CO₂对天然气物性的影响效果评价,并进行相态分析研究;通过对不考虑地层水和考虑地层水的含CO₂天然气进行PVT相态分析(单次闪蒸、等组成膨胀等)实验测试,全面地分析了含CO₂天然气藏地层流体相态变化特征,获得含CO₂天然气的偏差系数、体积系数、密度和压缩系数等物性参数变化规律,结果表明:CO₂-烃-水体系的相态特征很大程度上受到CO₂含量的影响;另外文章对在不同状态方程模型下,富含CO₂天然气偏差因子的计算精确度进行对比分析表明:PR状态方程精确度高,相对平均误差不超过1%,适应性好。     

应用状态方程求解天然气饱和含水量

天然气饱和含水量的计算是天然气工业有关工艺设计、生产装置考核、水合物抑制剂的使用等过程中经常用到的主要计算。本文同时应用两相相平衡和三相平衡原理,导出了用状态方程求解天然气中饱和含水量的计算模型,并对其中两种有代表性的状态方程进行计算对比,得出更符合实际情况的一种。通过与实测资料的验证表明,应用该状态方程求解的计算值与实测值很吻合,计算简便,同时又方便计算机处理,可考虑在现场推广使用。     

碳酸二甲酯-甲醇-邻二甲苯三元体系汽液相平衡研究

测定了DMC—CH3OH,DMC—C8H10,CH3OH—C8H10二元体系汽液平衡实验数据,利用二元体系的汽液平衡数据,运用C语言用Wilson状态方程模拟推算了碳酸二甲酯-甲醇-邻二甲苯三元体系在常压下的汽液平衡,为建立精馏分离碳酸二甲酯-甲醇二元共沸体系的数学模型提供了必要的VLE数据。     

烃-水/盐水体系高压界面张力的测定与关联

应用ＪＥＦＲＩ悬滴式界面张力仪，在１—３０ＭＰａ压力范围内，测定了２５℃、５０℃下６种正构烷烃与水及无机盐水溶液间的高压界面张力。在改进Ｎａｋａｈａｒａ－Ａｒａｉ关联式的基础上，根据试验得到的界面张力压力系数，提出了计算烃－水／盐水体系高压界面张力的方程。对１５０个数据点的考核表明：与试验值相比，平均相对误差仅为０．６７％。     

水-三甘醇-一氯甲烷三元体系气液相平衡的测定

采用加压的气液相平衡釜,在0.4 MPa(绝压)、20-40℃的条件下测定含微量水的三甘醇-一氯甲烷体系的气液相平衡数据,用逸度最小方差的方法回归实验数据,以Peng-Robinson状态方程计算组分的逸度,并用单纯形优化法得到方程中的二元相互作用参数。预测了含微量水的一氯甲烷气体在三甘醇中的溶解度,将计算结果与实测值进行比较,平均相对偏差为4.96％。     

1,3-丙二醇-水-正丁醇-正己烷体系相平衡研究

以正丁醇和正己烷为复合萃取剂,萃取分离发酵液中的1,3-丙二醇(PDO),采用平衡法测定了PDO-水-正丁醇-正己烷四元物系的液液相平衡数据,绘制了拟三元相图,使用Othmer-Tobias方程和Hand方程对实验数据进行线性拟合,并利用非随机双液体(NRTL)和通用似化学活度系数(UNIQUAC)模型对数据进行了关联。实验结果表明,Hand方程的相关性系数可达0.99以上,NRTL和UNIQUAC模型计算值与实验数据的均方根偏差小于2%,两模型能够很好地预测液液相平衡数据,所得研究结果为正丁醇和正己烷作为复合萃取剂萃取分离PDO提供了基础数据。     

基于Pitzer模型的复合盐水完井液低温相平衡计算

结晶点是混合盐水完井液的主要性能指标,绝大部分文献和手册只提供了单盐的结晶点数据,混合盐数据只有通过实验才能得到。通过数学模型计算混合盐水的结晶点可省去大量的实验工作,并为完井液组成优化提供依据。采用Pitzer模型和Spencer模型参数进行了完井液常用的NaCl、KCl和CaCl₂的单盐及二元混合盐体系的固液相平衡计算。通过文献数据和实验数据验证了计算结果的可靠性。验证结果表明,在25℃以下时,计算值与文献值的相对标准偏差均小于0.1,能够满足完井液研究和施工设计的需要;25℃以上时,KCl的单盐体系计算偏差变大,需调整KCl的Pitzer参数再进行相平衡计算。      

气液固三相相平衡热力学模型与计算方法

原油中含有大量的高分子有机固相物质，因此，要准确地描述油气体系相平衡，必须对气液固三相相平衡进行研究，在对高分子有机烃类沥青沉降机理有了一定的认识的基础上，提出了大的交互作用系数，可以描述沥青与原油中轻质不相容性的程度。根据对油气烃类混合物体系的一般性认识与提出的沥青组分特征化方法，导出了与之相应的有其自身特殊性的气液沥青三相相平衡物料平衡方程组，用考虑沥青沉降三相闪蒸数值算法，对沥青沉降进行有效的理化模拟计算，此外，结合实例分析，给出了沥青质参考逸度的计算，饱和压力和沉降量的拟合方法。     

多孔介质中凝析油气体系的定容衰竭相平衡计算

油气藏储层中的流体要受到毛细管压力、气相吸附、液相吸附、毛细凝聚、色谱分离等各种界面作用的影响 ,因此凝析油气体系在油气藏储层中的相态变化和在PVT筒中的相态变化有着很大的差别。文中建立了考虑气相吸附、液相吸附、毛细管压力影响的定容衰竭相平衡计算模型 ,以我国PH凝析气田为例 ,进行了考虑多孔介质界面现象影响的定容衰竭模拟计算 ,论证了气相吸附、液相吸附、毛细管压力对定容衰竭相平衡计算结果的影响程度 ,并将计算结果与不考虑多孔介质界面现象影响的计算结果作了对比和分析 ,结果表明 ,多孔介质界面现象对凝析油气体系定容衰竭相平衡的影响较为显著     

考虑孔喉与流体分子相互作用及毛管力的相平衡计算

在致密气藏或者页岩气藏中,纳米级孔喉与流体的相互作用会影响到气相的凝析与蒸发,从而影响流体露点压力和泡点压力的计算。考虑到纳米孔喉与流体分子的相互作用,建立了考虑孔喉与流体分子相互作用的状态方程以及相关逸度方程。基于该状态方程和逸度方程,建立了考虑孔喉与流体分子相互作用和毛管力影响的相平衡计算方法。通过对甲烷、丁烷和辛烷混合物的相平衡计算发现,当孔喉直径小于10 nm时,孔喉与流体分子的相互作用对状态方程的影响显著,孔喉与流体分子的相互作用使得相包络线缩小,露点压力降低,泡点压力增大。毛管力作用使得露点压力降低,且孔喉越小,露点压力下降越显著。通过该研究更深入地认识到纳米孔喉对流体相态的影响。     

P-T状态方程在甲醇合成系统中的应用——化学平衡常数的计算

运用Ｐ－Ｔ状态方程关联了温度、压力和原料气组成对甲醇合成系统平衡组成的影响，列举了部分化学平衡常数，取得了满意的结果。     

Gibbs自由能最小化法计算二氧化碳-烃-水系统相平衡

油-气-水三相的相平衡计算是二氧化碳驱物性参数分析及数值模拟研究的核心问题之一。Gibbs自由能最小化法基于相平衡的热力学理论,适应性广、计算稳定,比较适合二氧化碳-烃-水系统的相平衡计算。通过引入相稳定性变量,采用拉格朗日乘数法计算多相多组分系统Gibbs自由能的最小化问题,由Newton-Raphson迭代法求解相应的控制方程。迭代计算时,二氧化碳和烃类组分气-油平衡常数的初值采用Wilson公式进行计算。气相和油相的状态方程采用SRK方程。分别计算了凝析气、酸气和二氧化碳-烃混合物3个算例的相平衡问题,计算值同实验实测值符合良好,验证了算法的准确性。分别对二氧化碳-烃系统和二氧化碳-烃-水系统算例的相平衡进行了计算,研究了一定温度和压力条件下,系统内二氧化碳和水的含量对烃类组分平衡常数的影响。     

定容过程气体水合物相平衡计算研究

近日,中国石油与北京航空航天大学合作研究的＂超音速涡流管分离新工艺先导性技术研究＂项目完成了实验室涡流管空气脱水实验,项目研究达到预期效果。该项目是2011年中国石油天然气股份有限公司科研计划项目,为＂中石油低碳关键技术研究＂项目部分内容。     

气井气水两相节流温降模型

准确预测气液两相节流温降是井下节流天然气水合物防治和携液分析的前题。基于能量守恒原理和Peng Robinson状态方程,结合Huron和Vida1提出的含强极性物质体系的G^E（超额吉布斯能量）混合规则和UNIFAC活度系数模型,建立了气-水两相节流温降数学模型。利用天然气-水节流压降温降实验数据验证了该模型的正确性,平均误差为-0.49 ℃（-2.55%）,平均绝对误差为0.76 ℃（3.80%）,标准差为1.13 ℃（5.40%）,明显优于Perkins的热力学模型。以广安002 38有水气井气体组分数据为例,进行了不同气水比下的节流温降计算,当GWR＜800 m³/m³时,地面节流不会生成天然气水合物,由此无需将嘴子安装在井下。     

分子筛/水体系的吸附脱附量平衡性质的研究

提出一套测量分子筛静态水饱和吸附量的实验方案 ,克服了以往测量方法中对水饱和蒸气压的影响因素 ,并在此基础上测定了 3A、4A、5A和 13X 4种分子筛在 30～ 12 0℃温度范围内不同温度下对水的饱和吸附量 ,并以单分子层吸附理论为基础拟合了 13X分子筛的饱和吸附平衡方程 ,提出分子筛 /水吸附存在最适宜温度区和最大吸附量的理论。还测定了 4种分子筛在 32 0℃真空条件下的脱附率 ,比较结果后提出脱附是独立于吸附的过程 ,以及饱和孔体积越大的吸附剂其“死体积”也越大