油气体系气液固三相相平衡计算_梅海燕
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二甲醚-甲醇-水三元体系汽液平衡的测定与计算
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Ａｂｓｒ ｃ ： Ｔｈｅ ｉｏ ｈｅ ｍ ａ ａ ｏ －ｉ ｕｉ ｑｕ ｌｂｒｕ ａ ａ ｆ ｒ ｄｉ ｅ ｈｙ ｔ ｒｍ ｅ ｈａ ｌｗ ａ ｅ ｅ ｎ ｒ ｓ ｔ ｍ ｔａ ｔ ｓ ｔ ｒ ｌｖ ｐ ｒ ｌｑ ｄ ｅ ｉｉ ｉ ｍ ｄ ｔ ｏ ｍ ｔ ｌｅ ｈｅ — ｔ ｎｏ — ｔ ｒ ｔ ｒ ａ ｙ ｙｓｅ ｗｅ ｅ ｍ ｅ ｓ ｒ ｄ ａ ３ ３． ５ ｒ ａ ｕ ｅ ｔ ３ １ Ｋ ， ３５ ．１ Ｋ ， ３７ ．１ Ｋ ａ ３ ． ５ ３ ５ ３ ５ ｎｄ ９３ １ Ｋ ｉ ｓ ｌ— ｕｃ ｎ ｙ ｇ ｔ ｔ ｄ ｔ ｔｃ ｎ ａ ｅ ｆｓ ｋｉ ｇ ｔ ｐｅ ａ ｉａ ｅ ｓ ａ ｉ ｅ ｉｉ ｒｕｍ ｅ １ Ｔ ｈ ｅ ｆ ｃ ｐｒ ｓ ｕｒ ｎｄ ｅ ｐ ｒ ｔ ｅ ｑｕ ｌｂ ｉ ｃ ｌ． ｅ ｆｅ ｔ ｏｆ ｅ ｓ ｅ ａ ｔ ｍ ｅ ａ ｕｒ ｏｎ ａ ｒ ｌｑ ｉ ｑｕ ｌｂｒｕ ｖ ｐｏ — ｉ ｕ ｄ ｅ ｉｉ ｉ ｍ ｏｆ ｉ ｅ ｈｙ ｅ ｈ ｒ ｄ ｍ ｔ ｌ ｔ ｅ —
注气过程相态变化特征
文章编号:1000-2634(2003)02-0019-03注气过程相态变化特征Ξ汪政德1,梅海燕1,张茂林1,李闽1,吕晓梅2(1.西南石油学院石油工程学院,四川南充637001;2.川南矿区,四川泸州646001)摘要:注气混相驱和非混相驱已成为国内外提高原油采收率的重大方法之一。
注气将改变原有油藏体系的组分、组成等热力学条件,使原油的一系列物理、化学性质发生改变。
注气过程中流体相态研究是最基础的油藏工程研究内容,其结果为注气过程油藏开发设计、动态分析等提供基础依据。
研究结果表明,对黑油油藏注天然气,油藏饱和压力将大幅度地提高,在温度—压力图上表现为泡点线变化大、而露点线变化小。
关键词:注气;天然气;相态;饱和压力;黑油油藏中图分类号:TE357.4 文献标识码:A引 言从本世纪五十年代开始进行了烃类和非烃类气体混相驱和非混相驱研究,目前在国外已成为除热采以外的第二种规模较大的提高采收率技术,在新疆、中原、江苏等油田已开展了试验,某些油田已见成效[1]。
众所周知,向原始油藏内部注入烃类和非烃类气体,将改变体系的组分、组成等热力学条件,使体系的物理化学性质发生一系列的变化,例如体系的相态特征、饱和压力、原油密度和粘度等热力学性质。
注气过程还会引起石蜡、胶质和沥青质等固相沉积,改变油藏润湿性,以及使孔隙度和渗透率等一系列油藏岩石物性参数发生变化[2-10]。
注气过程流体相态特性变化研究是其它油藏工程研究的基础,为注气油田开发设计提供了理论依据。
1 理论方法以气液两相相平衡理论和状态方程开展注气过程的流体体系的相态特征研究。
设一油气烃类体系由n个组分构成,该体系摩尔质量分数为1摩尔,则体系处于气—液相平衡时,应满足以下物料平衡方程V+L=1(1)V x g i+L x l i=Z i(2)∑x g i=∑x l i=∑Z i=1(3)由逸度的定义f g i=f l i(4)f g i=x g i<g i p(5)f g i=x g i<g i p(6)再根据气、液两相平衡时的平衡常数的定义K gl i=x g ix l i=<l i<g i(7)结合上述规一化方程,可以得到气—液两相闪蒸方程∑x l i=∑Z iV(K gl i-1)+1=1(8)∑x g i=∑Z i V(K gl iV(K gl i-1)+1=1(9)以上各式中,f—逸度;K—平衡常数;L—液相摩尔分数;V—气相摩尔分数;x—摩尔组成; Z—体系总摩尔组成;<—逸度系数。
油层物理1-3 第三节 油气藏烃类的相态
20
任何两组分烃体系相图的特点
①临界点： a.②两相区： 混合物的临界压力都高于各组分的临界压力，混合物的临界温
b.随着混合物中较重组分比例的增加，临界点向右迁移（即向 度介于两纯组分的临界温度之间。 c. 混合物中哪一组分的含量占优势，泡点线或露点线就靠近 d. 两组分性质差别越大，则两相区面积越大。 两组分的分配比例愈接近，两相区的面积愈大；两组分中 重组分饱和蒸汽压方向偏移）。 a.b. 所有混合物的两相区都位于两纯组分的饱和蒸汽压线之间； 哪一组分的饱和蒸汽压线； 只要有一个组分占绝对优势，相图的面积就变得狭窄；
13
三、单、双、多组分体系相态特征
1、单组分体系的相态特征(single-component) 单组分体系：一个独立组分构成的物系 (1)相图特征 一点：临界点C（Tc、pc） (critical point)
一线：饱和蒸汽压线
pressure curve)
(vapor-
两区：液相区(liquid)
（triangular/ternary/ pseudo-ternary)
主要用于研究地层条件下注气混相
驱和非混相驱提高原油采收率。 (gas injection注气) (miscible flooding混相驱) (immiscible flooding非混相驱)
(enhanced oil recovery提高原油采收率)
24
三、单、双、多组分体系相态特征
3、油气体系的相态特征★
(1)相图特征
油气体系为典型多组分(multi-component)复杂物系。
A
H D
三点：临界点C、
临界凝析温度CT、临界凝析压力CP 两线：包络线、等液量线；
化工热力学 第五章
露点：当第一个液滴在一定压力下出现时的温度。
恒沸点: 达到平衡时汽液两相组成相等，即xi=yi。
沸程:
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化工热力学
第五章
相平衡热力学
二元组分汽液平衡关系，不是一条
线来描述的，而是用一个区域来描
述的，图中实线为泡点线MCm，虚线 为露点线NCm，不同的溶液组成，就 对应不同的汽液平衡关系，在整个 溶液范围内组成了一个上拱形的泡 K P
p2
液
C1 T C1
p
等压面
p1
等温面
K
0 汽
x1 , y1
TB1
1
T
U
图5-2二元汽-液平衡图
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第五章
相平衡热力学
T y1露点线
p=常数 A B C D E C” D” V
等x,y面线
T2
T
V/L B’ T’ C’ D’
等压面
T1
T x1泡点线 x1 y1 x1 , y1 0 1 图5-3(a) 二元气液平衡T-x-y图
化工热力学
第五章
相平衡热力学
第五章
第七章
相平衡
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相 平 衡 热 力 学
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第五章
相平衡热力学
目的和要求：
混合物相平衡理论是论述相平衡时系统T、p 和各 相组成以及其它热力学函数之间的关系与相互间的 推算。 相平衡是分离技术及分离设备开发、设计的理论 基础。
即在一定温度T，压力p下处于平衡状态的多相多组分 系统中，任一组分 i 在各相中的组分逸度必定相等。
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起泡剂稳定性能评价实验
第 ’. 卷 第 ) 期 ’""( 年 !’ 月
新
疆
石
油
地
质
CD,ED3,F *21GH+2IJ F2H+HFK
AB80 ’. ’,B0) 6;L0 ’""(
文章编号 !!""!#$%&$ !’""( "")#")((#"$
起泡剂稳定性能评价实验
梅海燕 !!董汉平 ’!顾鸿军 ’!任敏红 ’!陈利华 ’
注气是提高水驱油藏 原油采收率的一种有效技 术 ’ 但由于油 ) 气粘度比大 ’ 易发生气窜 ’ 而采用气水交 替注入方式在一定程度上 能够控制气窜 ) 提高波及效 率和改善油层动用程度 ’ 目 前在国外已经得到广泛的 应用
*!#)+
破裂的原因 ’ 两者均和泡沫性质及液膜与 *89:;9< 边 界的相互作用直接有关 & 液膜的排液是气泡相互挤压 和重力作用的结果 ’ 气泡的挤压主要来源于曲面压 力 & 图 ! 中的 ! 点为三个气泡的交界处 ’ 界面是弯曲 的 (’ 点为两个气泡的交界处 ’ 界面是平坦的 & 根据拉普拉斯方程
注 # 表内数字分子为发泡体积 !2$"$ 分母为半衰期 !234"
着 >#"$ 质 量 分 数 的 增 加 $.)%)! )- )( 号 起 泡 剂 溶 液 的发泡体积和半衰期变化不明显 $ 即这几种起泡剂抗
>#"$ 性能较强 &+ 号起泡剂溶液的半衰期降低幅度较 大 $ 即抗 >#"$ 性能较弱 %
! 泡沫的稳定性 *&7-+
新
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起泡剂稳定性能评价实验
梅海燕 !!董汉平 ’!顾鸿军 ’!任敏红 ’!陈利华 ’
注气是提高水驱油藏 原油采收率的一种有效技 术 ’ 但由于油 ) 气粘度比大 ’ 易发生气窜 ’ 而采用气水交 替注入方式在一定程度上 能够控制气窜 ) 提高波及效 率和改善油层动用程度 ’ 目 前在国外已经得到广泛的 应用
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破裂的原因 ’ 两者均和泡沫性质及液膜与 *89:;9< 边 界的相互作用直接有关 & 液膜的排液是气泡相互挤压 和重力作用的结果 ’ 气泡的挤压主要来源于曲面压 力 & 图 ! 中的 ! 点为三个气泡的交界处 ’ 界面是弯曲 的 (’ 点为两个气泡的交界处 ’ 界面是平坦的 & 根据拉普拉斯方程
注 # 表内数字分子为发泡体积 !2$"$ 分母为半衰期 !234"
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! 泡沫的稳定性 *&7-+
多元气-液-固复杂体系相平衡
根据相平衡准则, 当有自由水存在时, 对组分水, 相平衡的约束条件为:
μ
H w
=
μwL
(1a)
或
μwH
=
μ ice w
(1b)
其中,
μ
H w
为水在水合物相中的化学位;
μwL 为水在富
水相中的化学位;
μ ice w
为水在冰相中的化学位.
若将
空水合物晶格的化学位 μβ 作为参考态, 则平衡准则
可改写为
ΔμwH = ΔμwL
j
θ ji 为 j 类客体组分在 i 类孔穴中的占有率, 采用
Langmuir 等温吸附理论计算, 其中涉及的关键参数 是气体分子在水合物孔穴中的 Langmuir 常数 Cij . van der Waals 和 Platteeuw 采用 Lennard-Jones 6-12 位能 函数, 通过计算气体分子在水合物孔穴中的配分函 数来获得 Langmuir 常数值. 这是统计热力学理论直 接用来解决实际体系热力学性质计算的一个典型成
(2a)
或
ΔμwH = Δμwice
(2b)
其中
ΔμwH = μβ − μwH
(3)
ΔμwL = μβ − μwL
(4)
Δμ
ice w
=
μβ
−
μ ice w
(5)
基 于 理 想 固 体 溶 液 假 设 , van der Waals 和
Platteeuw[1] 应 用 巨 正 则 配 分 函 数 推 导 出 水 在 水 合 物
关键词 气-液-固体系 相平衡 水合物 石蜡 沥青质
1 引言
石油天然气生产、储运和加工过程涉及复杂的多 相平衡问题. 常见的流体相包括气相、液烃相和富水 相. 除了流体相, 还可能遇到一些不受欢迎的固相, 包括气体水合物、石蜡、沥青质等. 气体水合物是水 和甲烷、乙烷、二氧化碳及硫化氢等小分子形成的非 化学计量性笼状晶体物质. 油气输送过程中水合物 的形成有时是导致管路堵塞的重要原因. 石蜡是正 构烷烃、异构烷烃和环烷烃的复杂混合物, 主要包含 链烷烃组分, 其中正构烷烃含量约占 90%左右. 高含 蜡原油流过管线, 当管线温度降低至石蜡析出温度 以下时, 管壁上就会形成固体的沉积物. 沥青质也是 一种有机沉淀, 包含有极性很强的芳香烃成分, 是石 油中最重、极性最大和最复杂的部分. 在注 CO2 等强 化采油技术的实施过程中, 可使地层原油中的沥青 质析出而造成地层伤害. 原油输送管线也常见因沥 青质沉积导致的管线堵塞. 总之, 水合物、石蜡、沥 青质均可能在石油生产、运输、储存和炼制过程中导
μ
H w
=
μwL
(1a)
或
μwH
=
μ ice w
(1b)
其中,
μ
H w
为水在水合物相中的化学位;
μwL 为水在富
水相中的化学位;
μ ice w
为水在冰相中的化学位.
若将
空水合物晶格的化学位 μβ 作为参考态, 则平衡准则
可改写为
ΔμwH = ΔμwL
j
θ ji 为 j 类客体组分在 i 类孔穴中的占有率, 采用
Langmuir 等温吸附理论计算, 其中涉及的关键参数 是气体分子在水合物孔穴中的 Langmuir 常数 Cij . van der Waals 和 Platteeuw 采用 Lennard-Jones 6-12 位能 函数, 通过计算气体分子在水合物孔穴中的配分函 数来获得 Langmuir 常数值. 这是统计热力学理论直 接用来解决实际体系热力学性质计算的一个典型成
(2a)
或
ΔμwH = Δμwice
(2b)
其中
ΔμwH = μβ − μwH
(3)
ΔμwL = μβ − μwL
(4)
Δμ
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=
μβ
−
μ ice w
(5)
基 于 理 想 固 体 溶 液 假 设 , van der Waals 和
Platteeuw[1] 应 用 巨 正 则 配 分 函 数 推 导 出 水 在 水 合 物
关键词 气-液-固体系 相平衡 水合物 石蜡 沥青质
1 引言
石油天然气生产、储运和加工过程涉及复杂的多 相平衡问题. 常见的流体相包括气相、液烃相和富水 相. 除了流体相, 还可能遇到一些不受欢迎的固相, 包括气体水合物、石蜡、沥青质等. 气体水合物是水 和甲烷、乙烷、二氧化碳及硫化氢等小分子形成的非 化学计量性笼状晶体物质. 油气输送过程中水合物 的形成有时是导致管路堵塞的重要原因. 石蜡是正 构烷烃、异构烷烃和环烷烃的复杂混合物, 主要包含 链烷烃组分, 其中正构烷烃含量约占 90%左右. 高含 蜡原油流过管线, 当管线温度降低至石蜡析出温度 以下时, 管壁上就会形成固体的沉积物. 沥青质也是 一种有机沉淀, 包含有极性很强的芳香烃成分, 是石 油中最重、极性最大和最复杂的部分. 在注 CO2 等强 化采油技术的实施过程中, 可使地层原油中的沥青 质析出而造成地层伤害. 原油输送管线也常见因沥 青质沉积导致的管线堵塞. 总之, 水合物、石蜡、沥 青质均可能在石油生产、运输、储存和炼制过程中导
凝析油气在多孔介质中的相态研究进展
中，温度保持不变 ） ； （） ２ 忽略岩石弹性变形对 孔隙结构 的影响 ； （） ３ 油气两相间的相平衡 过程瞬间完成 ； （） ４ 考虑油气两相体系界面张力对油气体系相平衡 的影 响，忽略介质表面的吸附作用。
２ １２数 学模型 ．．
设油气体系 由 ｎ 种物质组成 ，总摩尔数为 １ ，总组成为 ｎ （ ＝ 、２ ｔ ｉ ｌ 、………ｎ ； ） 平衡时液相摩尔 数为 Ｎ，其组成为 ｘ （ ＝ 、２ ｉ ｉ１ 、………ｎ ；气相摩尔数为 Ｎ， 组成为 Ｙ （ ＝ 、２ ） 其 ｉ ｌ 、………ｎ ｏ 物质平衡方程为 ： Ｎ ＋Ｎ ＝１ （） １ Ｙ Ｎ ＋ｘ Ｎ ｉ ｇ Ｌ＝ｎ， ｉ （） ２
因素对凝析气相平衡 的影 响，结果表 明各种因素对相变均有不同程度 的影响。
３ 理 论 模 型
３１ ． 考虑毛细管压力的相态模型
维普资讯
能 源科 学进展
２ １１假 设条件 ．．
（） １ 油气两相体系为一封闭的体系 ， 与外界环境无物质交换 ；且处于热力学平衡状态 （ 开发过程
于不同的研究方法以及主观因素影响，关于多孔介质对凝析油气相态影响的观点存在较大的差异 。目 前主要存在两种对立的观点 ： 一是认为多孔介质对凝析油气相态没有影 响，一是认为有影响。关于这 两种观点，本人认为 ，影响是必然的。凝析油气体系在储层多孔介质 中的储存和运移 ，与储层多孔介 质形成—个相互作用 的系统 。由于储层岩石颗粒较细 、孔隙小 ，储层介质比表面积很大，流体与储层 介质 问存在多种界面 ， 面现象突出 。必然对油气相态有一定程度 的影响。 界
现在真实地层 ，毛细管压力和吸附使露点增加 ，增加 的程度随渗透率 、孔隙度的减小而增加 ；同时也 随地层压力和露点压力差距 的增大而有稍微的增加。２ ０ ０４年 ，童敏、李相方等人利用高精度 的气相 色谱分析技术 ， 研究 了多孔介质中凝析气相变得机理。实验结果表明 ， 低渗透介质对凝析气的相态有 较 大的影响 ，露点压力一般提高 ＩＰ Ｍ ａ左右 ；高渗透介质对凝析气相态的影 响不大。２ ０ ０４年 ，张茂 林 、梅海燕等应用空穴溶液气体吸附 ＦＶＭ Ｈ Ｓ 模型建立了气相、液相和吸附相之间的三相相平衡计算热
２ １２数 学模型 ．．
设油气体系 由 ｎ 种物质组成 ，总摩尔数为 １ ，总组成为 ｎ （ ＝ 、２ ｔ ｉ ｌ 、………ｎ ； ） 平衡时液相摩尔 数为 Ｎ，其组成为 ｘ （ ＝ 、２ ｉ ｉ１ 、………ｎ ；气相摩尔数为 Ｎ， 组成为 Ｙ （ ＝ 、２ ） 其 ｉ ｌ 、………ｎ ｏ 物质平衡方程为 ： Ｎ ＋Ｎ ＝１ （） １ Ｙ Ｎ ＋ｘ Ｎ ｉ ｇ Ｌ＝ｎ， ｉ （） ２
因素对凝析气相平衡 的影 响，结果表 明各种因素对相变均有不同程度 的影响。
３ 理 论 模 型
３１ ． 考虑毛细管压力的相态模型
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能 源科 学进展
２ １１假 设条件 ．．
（） １ 油气两相体系为一封闭的体系 ， 与外界环境无物质交换 ；且处于热力学平衡状态 （ 开发过程
于不同的研究方法以及主观因素影响，关于多孔介质对凝析油气相态影响的观点存在较大的差异 。目 前主要存在两种对立的观点 ： 一是认为多孔介质对凝析油气相态没有影 响，一是认为有影响。关于这 两种观点，本人认为 ，影响是必然的。凝析油气体系在储层多孔介质 中的储存和运移 ，与储层多孔介 质形成—个相互作用 的系统 。由于储层岩石颗粒较细 、孔隙小 ，储层介质比表面积很大，流体与储层 介质 问存在多种界面 ， 面现象突出 。必然对油气相态有一定程度 的影响。 界
现在真实地层 ，毛细管压力和吸附使露点增加 ，增加 的程度随渗透率 、孔隙度的减小而增加 ；同时也 随地层压力和露点压力差距 的增大而有稍微的增加。２ ０ ０４年 ，童敏、李相方等人利用高精度 的气相 色谱分析技术 ， 研究 了多孔介质中凝析气相变得机理。实验结果表明 ， 低渗透介质对凝析气的相态有 较 大的影响 ，露点压力一般提高 ＩＰ Ｍ ａ左右 ；高渗透介质对凝析气相态的影 响不大。２ ０ ０４年 ，张茂 林 、梅海燕等应用空穴溶液气体吸附 ＦＶＭ Ｈ Ｓ 模型建立了气相、液相和吸附相之间的三相相平衡计算热
油气烃类体系完整P-T相图模拟计算
油气烃类体系完整P-T相图模拟计算汤勇;孙雷;李士伦;郭平【期刊名称】《断块油气田》【年(卷),期】2003(010)005【摘要】通过对油气烃类体系相平衡热力学理论模型的分析,建立了以摩尔质量等比例关系和体积等比例关系表示的油气烃类体系完整P-T(压力-温度)相图的模拟计算方法.运用该原理并结合状态方程,模拟计算了典型的凝析油气体系、挥发油气体系和黑油体系的两种表现式的完整P-T相图.所得相图形态可直观地给出不同类型油气相态特征,不仅可为石油工业油气藏类型识别、开发阶段预测以及油气分离工艺设计等提供依据,而且在理论研究上还可用于评价状态方程对不同油气烃类体系的适应程度,检验烃类体系-状态方程模型-流体热力学参数场之间的热力学一致性.【总页数】4页(P54-57)【作者】汤勇;孙雷;李士伦;郭平【作者单位】西南石油学院"油气藏地质及开发"国家重点实验室;西南石油学院"油气藏地质及开发"国家重点实验室;西南石油学院"油气藏地质及开发"国家重点实验室;西南石油学院"油气藏地质及开发"国家重点实验室【正文语种】中文【中图分类】TE1【相关文献】1.注气混相驱完整p—X相图模拟计算研究 [J], 汤勇;孙雷;熊钰;郭平;王仲林;张兴林2.油气烃类体系有机固相沉积数学模拟研究进展 [J], 张兴德;张茂林;梅海燕3.油气田管道和站场完整性管理体系与QHSE管理体系整合探讨 [J], 张卫朋;唐金娟;鲜俊;许江铭;史贵民4.油气体系相图计算方法研究 [J], 贺承祖5.油气田管道及站场完整性管理体系构建及融合方法 [J], 侯丽娜;李远朋;闫伟;哈丽旦木;杨龙斐;张茹因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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(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
· 76 ·
—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 。