油气体系气液固三相相平衡计算_梅海燕

(12)
其中固相混合物的溶解度参数 (δmS)根据体积分数
加权计算 , 即
∑ δm S = Υl S δi S
(13)
组分 i 在固相中的体积分数(Υi S)表示为 :
∑ Υl =
xi
S
V
S i
xi
S
V
S i
(14)
组分 i 的熔解温度(T i f)、熔解焓(ΔHi f)及摩尔
体积(Vi S), 当碳数小于等于 6 时 , 可以从相关的化
· 75 ·
开发试采 天 然 气 工 业 2000 年 5 月
方程能同时适合描述气液固三相的热力学特性 ;第 二种途径是对气 —液平衡采 用状态方程进行描述 , 而将液 —固平衡采用溶液理论 来处理 , 如正规溶液 理论 、聚合物溶液理论和胶体溶液理论等〔1 ～ 6〕 。
44.01 304 .2 16.043 190 .6 30.07 305 .4 44.097 369 .8 58.124 425 .2 72.151 469 .6 86.178 507 .4 100 .25 540 .2 114.232 568 .8 128.259 594 .6 142.286 617 .6 156.313 638 .8 170 .34 658 .3 184.367 675 .8 198.394 694 212.421 707 226.448 717 240.475 733 .0 254.502 745 .0 268.529 756 .0 282.556 767 .0 296.583 780 .0 310.610 790 .0 324.637 800 .0 338.664 809 .0 352.691 813 .0 366.718 829 .54 380.745 839.763 394.772 849.881 408.799 859.895 422.826 869.803 436.853 879.606 450.880 889.305 464.907 898.898 478.934 908.386 492.961 917.770 506.988 927.048 521.015 936.222 535.042 945.290 549.069 954.254 563.096 963.112
本文在前人研究的基础上 , 根据正规溶液理论 修正固相混合物的非理想性 , 采用状态方程描述气 相和液相 , 从而建立了考虑温度 、压力 、组成和分子 间相互作用的气液固三相相平衡热力学模型 。 该模 型能够反映三相相平衡规律 , 并能够预测不同条件 下体系各相的热力学参数 。
气液固三相相平衡热力学模型
f i V = x i V i V p
(4)
fi L =xiL iL p
(5)
fiS = xiS riS fiOS
(6)
将(4)、(5)式代入(2)式中可得组分 i 的气 -液
平衡常数表达式 :
K i V L
=
xi V xiL
=
L i V i
(7)
其中组分
i
在气相和液相中
的逸
度系数(
油气烃类体系固相沉积一直是石油工业所面临 的严重问题 。有机固相的沉积可以发生在油气开发 开采的各个生产环节 。 若在储集层中产生沉积 , 则 沉积出的固相物质将引起地层伤害 , 堵塞油气通道 , 导致地层渗透率下降和孔隙度降低 ;此外沉积出的 固相有机化合物将吸附于孔隙介质表面 , 改变地层 岩石的润湿性 , 从而降低原油的采收率 。
第 20 卷第 3 期 天 然 气 工 业 开发试采
油气体系气液固三相相平衡计算 ＊
梅海燕
＊＊ 孔祥言 张茂林
(中国科学技术大学)
李士(西伦南石 油孙学院良)田
梅海燕等 .油气体系气液固三相相平衡计算 .天然气工业 , 2000;20(3):75 ～ 78 摘 要 油气体系含有一定的石蜡 、胶质 、沥青质等 有机固 相物质 , 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 相平衡 理论研 究和相态 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 以及流体热 力 学相 平衡原理建立了油气体系气液固三相相平衡热力学模型 , 结合物料守衡方程建立 了相应的数 值计算模 型 。 实 例计算表明 , 模型具有较好的收敛性和稳定性 。 主题词 油气 热力学 相平衡 模型 气相 液相 参数 计算
＊本文受西南石油学院“油气藏地质与开 发工程” 国家重点实验室开放基金(PL N9901)资助 。 ＊＊梅海燕 , 1965 年生 , 中国科学技术大学 博士研 究生 , 现主要 从事 油气藏 工程 、流体 相态 及有 机固溶 物沉 积研究 。 地 址 :(637001)四川省南充市西南石油学院石油工程系 。 电话 :(0817)2643060 。
再根据气液固三相平衡时的平衡常数的定义 ,
结合上述规一化方程 , 可以导出气液固三相闪蒸计
算模型 :
∑
V
(K
V i
L
Zi -1)+S(K i SL
-1)+1
=1
(22)
第 20 卷第 3 期 天 然 气 工 业 开发试采
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—固平衡常数计算表达式 :
KiSL = ri S
i O Lexp
L i
-ΔH
f i
RT
1 -TTfl
(11)
考虑固体混合物的非理想性 , 采用正规溶液理
论对其非理想性进行校正 , 可以导出组分 i 在固相
中的活度系数(ri S)的计算式 :
lnri S
=
V
i
S
(δm S -δi S)2 RT
=
f
O i
Lexp
-
ΔH
f i
RT
1 -TTfl
(9)
若将
i
组分液相
标准
态逸
度(f
O i
L)取
为体
系温
度 、压力下该纯组分在液相中的逸度 , 即
f i OL = i OL p
(10)
其中组分 i 在标准态下液相的逸度系数( i OL)由状
态方程计算求得 。
因此将式(9)、(10)代入式(8)得到组分 i 的液
参 考 文 献
1 陈元千 .油藏工程计算方法 .北京 :石油工业出版社 2 焦李成 .神经 网络 系统 理论 .西安 :西安 电子 科技 大学 出
版社 , 1991 3 靳番 , 范俊东 , 谭永东 .神经 网络与 神经计 算机原 理应用 .
西南交通大学出版社 , 1992
(收稿日期 2000-01-05 编辑 韩晓渝)
CO2 9 .160 C1 68.800 C2 8 .430 C3 5 .110 C4 5 .110 C5 1 .050 C6 0 .630 C7 0 .830 C8 0 .950 C9 0 .520 C10 0 .260 C11 0 .200 C12 0 .170 C13 0 .160 C14 0 .150 C15 0 .110 C16 0 .086 C17 0 .078 C18 0 .068 C19 0 .054 C20 0 .045 C21 0 .037 C22 0 .031 C23 0 .026 C24 0 .022 C25 0 .018 C26 0 .015 C27 0 .012 C28 0 .010 C29 0 .0086 C30 0 .0071 C31 0 .0059 C32 0 .0049 C33 0 .0041 C34 0 .0034 C35 0 .0028 C36 0 .0024 C37 0 .002 C38 0 .0016 C39 0 .0014 C40 0 .0011
V i
、
I)L 可
用状态方程计算得到 。
将式(5) 、(6)代入式(3)可以得到组分 i 的液 —
固平衡常数表达式 :
K i SL
=
xi xi
S L
= r
i
iLp S f i OS
(8)
如果忽略液 、固相的热容差 , 则 i 组分的固体标
准态逸度(f
OS i
)由下式确定
:
f i OS
表 1 油气 体系组成 、物性参数及平衡气固液三相摩尔组成
摩尔成 (g/ mo l) (K) (MPa) (无因次) (K) (J/ mo l)
压力 :0 .101 MPa ;温度 :307 K 气相组成 液相组成 固相组成
压力 :2 MPa ;温度 :280 K 气相组成 液相组成 固相组成
设由 n 个组分构成的油气体系 , 取 1 摩尔质量 数为分析单元 , 在气液固三相达到相平衡时 , 满足摩
尔数归一条件 :
V +L +S =1
(19)
V xi V +L x i L +S xi S = Zi
(20)
∑ ∑ ∑ ∑ xi V = xi L = xi S = Z i =1 (21)
工手册中查得 , 当碳数大于 7 时则由以下关联式子
计算 :
T i f =374 .5 +0 .026 17 Mi -20 172/ Mi (15)
ΔHi f =0 .142 6 Mi T l f
(16)
V
S i
= Mi /(0 .815 5
+0 .627 2 ×10-4 Mi
-13 .06/ Mi) 组分 i 的熔解度参数由下式给出 :
差平均 为 5 .064 %, 只有 1 口井 的相对 误差 大于 10 %。表明用神经网络法建立 的产能预测模型 , 基 本能满足现场产能预测的精度要求 , 可用作未知产 能气井的产能预测 。 同时也说明 , 用神经网络法预 测气井产能是一种有效 、可靠的方法 。
认识与结论
1)用神经 网络法进 行气井产 能预测是 一种有 效 、实用的方法 。 只要知道了气田区块内气井的静 态参数(测井解释结果), 便可应用此方法预测出气 井的产能 。
(17)
7 .62 +2 .8 1 -exp -5 .975 1 Mi -48 .227 3 628
δi S = Mi <450 10 .30 +1 .782 3 ×10-3(Mi -394 .77)
Mi ≥450
(18)
气液固三相闪蒸计算模型
(x
L i
、x
i
V
、x
iS)。
实 例计 算
根据以上气液固三相相平衡热 力学模型 , 开发 了以多个状态方程为基础的三相相平衡计算软件 。 为了验证模型的可靠性 , 对某一油气体系〔1〕进行了 三相闪蒸计算 , 取得了理想的结果 。
该油气体系组成及物性参数如表 1 所示 。 图 1 为压力等于 0 .101 M Pa 时平衡气液固三相的摩尔分
油气体系气液固三相相平衡理论和相态计算研
究在理论上和实际应用上都具有重要的意义 。在气 —液平衡 、液 —液平衡已得到了较为广泛的研究 , 并 取得了大量的研究成果 。 而对于气液固三相相平衡 理论研究和实验研究则较为落后 , 只是近年来才受 到重视 。
气液固三相相态研究 , 其关键和难点在于如何 描述固相的相态特征 。 目前有两种途径 :一是采用 状态方程统一描述气液固三相 , 但还没有一个状态
∑
V(K i VL
ZiK i VL -1)+S(K i SL
-1)+1
=1
(23)
∑
V(K i VL
Z iK i SL -1)+S(K i SL
-1)+1
=1
(24)
如果各组分的平衡常 数已知 , 则采用牛顿 —辛
普森方 法联 立求 解式(2 2)、(23)、(24)可以 获 得 气液
固各相的平衡摩尔分数 (L 、V 、S )以及各相的组成
2)模型建立过程中 , 如果用于训练的样本过少 , 则建立的预测 模型就缺 乏代表性 。 要利用 这种方 法 , 必须有足够的训练样本作为基础 。
3)增加隐含层数和改变层内神经元的个数 , 可 进一步提高学习效果 , 从而建立更有效的预测模型 。
4)应用神经网络法对长庆气田气井产能进行预 测的实践表明 , 神经网络模型具有计算方法先进 、可 操作性强 、精度高的特点 , 是一种适用性较强的现代 预测技术 , 具有推广应用价值 。
根据热力学相平衡原理 , 当气液固三相处于热
力学相平衡时 , 油气体系中每一组分 i 在各相中的
逸度相等 , 即
f i V = f i L = f i S 式(1)等价为以下二式 :
(1)
f i V = f i L fi L =f iS
(2) (3)
每一组分 i 在气液固三相中的逸度分别表示为 :