天然气工程-烃类流体相态

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,十五863子课题验收汇报,*,71,气藏类型：,干气藏,湿气藏,凝析气藏,重要性：,是确定开发方式的基础,川西北、川中、新疆、青海、华北、中原、大港等地都存在凝析气田。,第三章 烃类流体相态,（概论）,十五863子课题验收汇报,主要内,容,容,一、,烃,烃类流,体,体相态,特,特性,二、油,气,气体系,气,气液平,衡,衡计算,三、实,际,际气体,状,状态方,程,程和热,力,力学性,质,质,四、重,馏,馏分特,征,征化,五、相,态,态法气,藏,藏类型,判,判别简,介,介,十五863子,课,课题验,收,收汇报,相态的,几,几个基,本,本概念,多组分,烃,烃类流,体,体相态,变,变化和,原,原理,气液平,衡,衡的物,料,料和热,力,力学平,衡,衡的基,本,本概念,气液平,衡,衡计算,的,的基本,步,步骤,实际气,体,体状态,方,方程的,基,基本结,构,构,重馏分,特,特征化,基,基本原,理,理,本章掌,握,握重点,十五863子,课,课题验,收,收汇报,一、烃,类,类流体,相,相态特,性,性,（一）,基,基本概,念,念,体系,相,组分,组成,自由度,相平衡,化学位,逸度,（二）,单,单组分,和,和多组,分,分烃类,体,体系,十五863子,课,课题验,收,收汇报,1、体,系,系,体系是,在,在一定,范,范围内,一,一种或,几,几种定,量,量的物,质,质,体系和,环,环境是,相,相对的,范围是,研,研究时,划,划定的,环境和,体,体系密,切,切相关,研究的,范,范围确,定,定了体,系,系中的,物,物质及,物,物质量,，,，也确,定,定了环,境,境和体,系,系的关,系,系,体系分,类,类,孤立体,系,系,与环境,无,无能量,和,和物质,交,交换,封闭体,系,系,与环境,仅,仅有能,量,量交换,、,、无物,质,质交换,敞开体,系,系,与环境,既,既有能,量,量交换,、,、又有,物,物质交,换,换,井口保护器,井口装置,阀 座,锥形阀,弹 簧,孔板压座,外 壳,芯 子,孔板,水,气,十五863子,课,课题验,收,收汇报,2、相,体系内,任,任何均,一,一的部,分,分,体系总,是,是由一,定,定数目,的,的相构,成,成,相有气,、,、液、,固,固三种,，,，可以,不,不连续,存,存在,（如：,干,干冰可,由,由固相,直,直接到,气,气相）,相与相,之,之间存,在,在界面,任何一,相,相都能,与,与体系,的,的其它,均,均匀部,分,分分开,3、组,分,分,构成体,系,系的各,种,种纯物,质,质,可以是,单,单质也,可,可以是,化,化合物,各物质,之,之间无,化,化学反,应,应,纯水,盐水,十五863子,课,课题验,收,收汇报,5、,自,自由度,在不改,变,变平衡,体,体系中,原,原有平,衡,衡相数,的,的条件,下,下可独,立,立改变,的,的量,天然气,中,中一般,为,为压力,、,、温度,、,、组成,当某一,参,参数改,变,变引起,相,相数的,改,改变，,则,则该参,数,数不是,独,独立变,量,量,盐水,体系中,构,构成某,种,种物质,（,（组分,）,）的含,量,量或比,例,例,天然气,中,中一般,用,用摩尔,百,百分比,表,表示,体系中,各,各组分,的,的组成,摩,摩尔百,分,分比的,加,加和等,于,于1,4、,组,组成,十五863子,课,课题验,收,收汇报,6、化,学,学位,控制物,质,质传递,的,的强度,位,位能,它实际,上,上是体,系,系某种,物,物质的,偏,偏摩尔,内,内能（,内,内能确,定,定了分,子,子运动,速,速度）,当有多,相,相存在,时,时，它,决,决定了,某,某种组,分,分在一,相,相到另,一,一相的,传,传递强,度,度,概念抽,象,象、难,于,于具体,化,化和计,算,算。,7、相,平,平衡,体系中,各,各组分,在,在相与,相,相之间,的,的迁移,传,传递速,度,度相等,时,时的状,态,态。,迁移速,度,度受化,学,学位控,制,制,相平衡,时,时，某,组,组分在,各,各相中,的,的化学,位,位相等,（,（相平,衡,衡热力,学,学条件,）,）,8、逸,度,度,校正了,的,的压力,，,，它是,人,人们在,实,实现由,热,热力学,变,变量（,化,化学位,）,）向物,理,理测量,变,变量转,换,换的一,种,种概念,工,工具。,它,它直接,将,将数学,上,上的抽,象,象量与,实,实际的,可,可以测,量,量的普,通,通强度,量,量相联,系,系起来,。,。,等温化学位,逸度系数 可由状态方程计算（对理想气体混合物其值位1.0）,盐水,相平衡时，某组分在各相中的逸度相等为相平衡的另一种热力学判定条件。平衡常数,盐水,十五863子,课,课题验,收,收汇报,(二）,单,单组分,和,和多组,分,分烃类,体,体,单一烃,类,类组分,相,相态特,征,征,多组分,烃,烃类体,系,系相态,特,特征,多组分,体,体系的,反,反转凝,析,析现象,常见气,藏,藏的P-T相,图,图,十五863子,课,课题验,收,收汇报,1、单,一,一烃类,组,组分相,态,态特性,理论和,实,实验研,究,究同时,表,表明，,对,对于同,一,一纯物,质,质存在,以,以下关,系,系,它表明,图,图解上,述,述函数,关,关系需,要,要三维,空,空间。,在,在实际,应,应用中,三,三维空,间,间难于,应,应用实,际,际经常,使,使用的,是,是：,压力-,温,温度投,影,影图（,简,简称PT,图,图）,压力-,体,体积投,影,影图（,简,简称PV,图,图）,B,C,D,液,气、液两相区,气,临界点,TTc,T=Tc,P,单组分体积V,B,C,D,液,气、液两相区,气,临界点,TTc,T=Tc,P,多组分体系体积V,十五863子,课,课题验,收,收汇报,1、单,一,一烃类,组,组分相,态,态特性,理论和,实,实验研,究,究同时,表,表明，,对,对于同,一,一纯物,质,质存在,以,以下关,系,系,它表明,图,图解上,述,述函数,关,关系需,要,要三维,空,空间。,在,在实际,应,应用中,三,三维空,间,间难于,应,应用实,际,际经常,使,使用的,是,是：,压力-,温,温度投,影,影图（,简,简称PT,图,图）,压力-,体,体积投,影,影图（,简,简称PV,图,图）,单一组,分,分烃类,体,体系的,相,相态研,究,究已经,揭,揭示了,相,相平衡,的,的许多,重,重要特,性,性。,无论体,系,系多么,复,复杂，,多,多相共,存,存、蒸,气,气压、,临,临界点,、,、连续,单,单相区,等,等重要,概,概念将,会,会应用,到,到任一,体,体系。,临界点,：,：气液,相,相内涵,性,性质相,同,同的点,，,，这时,气,气液两,相,相共存,。,。,临界参,数,数：Pc，Tc，c，Zc，Vc,正常相,变,变：,P衡定,，,，T升,高,高，液,相,相全变,为,为气相,。,。,T衡定,，,，P下,降,降，液,相,相也会,全,全变为,气,气相。,特点：,无,无两相,区,区，是,一,一个急,变,变过程,。,。,十五863子,课,课题验,收,收汇报,2、多,组,组分烃,类,类体系,相,相态特,征,征,单一组,分,分与多,组,组分体,系,系的基,本,本区别,在,在于：,体,体系中,每,每增加,一,一个组,分,分就要,增,增加一,个,个自由,度,度。我,们,们必须,规,规定附,加,加的变,量,量来确,定,定体系,的,的状态,。,。对于,一,一个含,有,有N个,组,组分的,体,体系，,其,其描述,方,方程为,：,：,由此可,见,见，多,组,组分体,系,系不可,能,能用三,维,维空间,来,来描述,一,一个完,整,整的体,系,系。,十五863子,课,课题验收汇报,两相共存的最高压力,两相共存的最高压力,泡点线,露点线,等液量线,气藏类型-相,图,图法：,干气藏：TReseroir,Tm,湿气藏：TReservoir,Tm ，,但地面分离条,件,件落在两相区,凝析气藏：TcTReservoirTm，,Tm临界,凝,凝析温度,Pm临界,凝,凝析压力,3、多组分体,系,系的反转凝析,现,现象,在纯组分体系,中,中，当等温压,缩,缩或等压降温,时,时，都会导致,有,有液体的凝析,产,产生。,在多组分体系,中,中则常常出现,和,和这相反的逆,变,变现象，即在,等,等温降压或等,压,压升温的情况,下,下，反而会引,起,起液体的凝析,。,。,天然气体系中,凝,凝析气体系特,有,有的现象,多组分烃类体,系,系P-T相图,及,及特征,十五863子,课,课题验收汇报,4、常见气藏,的,的P-T相图,干气气藏P-T相图示意图,C,湿气藏P-T相图示意图,C,P,地层条件,T,sep,典型特点：,干气在任何环节不产生液烃,湿气在分离器有液烃产生,凝析气在地下、井筒和分离器均有液烃产生,十五863子,课,课题验收汇报,二、气液平衡,及,及相图计算,(一)相平衡,计,计算的基本概,念,念及应用,(二)油气体,系,系气液平衡计,算,算物料平衡方,程,程,(三)油气体,系,系气液平衡时,热,热力学平衡方,程,程,(四)相平衡,计,计算的常用数,学,学模型,(五)相图计,算,算,十五863子,课,课题验收汇报,1、相平衡,体系中各组分,在,在相与相之间,的,的迁移传递速,度,度相等时的状,态,态,对任一组分，,气,气相分子进入,液,液相的速度和,液,液相分子进入,气,气相的速度相,等,等。,特点：P、T,一,一定，平衡时,各,各相组成不变,是一个动态,平,平衡。,液/x,i,汽/y,i,2、相平衡常数(平衡分配比),定义：平衡时，组分i在气相和液相中的摩尔分数之比。,公式：,计算方法：,收敛压力法,状态方程法,3、相平衡计,算,算模型的原理,相平衡,相平衡时，某,组,组分在各相中,的,的化学位相等,组分i的气相,逸,逸度应与液相,逸,逸度相等,f,vi,=,f,Lo,i=1,2,n,逸度单位：与,压,压力单位相同,用途：判断气,液,液两相是否达,到,到平衡的可测,工,工具或称参数,。,。,等温化学位,逸度系数 可由状态方程计算,Question：,How to calculate composition of every component in system?,（一） 气液,平,平衡计算基本,概,概念及应用,十五863子,课,课题验收汇报,(二)油气体,系,系气液平衡计,算,算物料平衡方,程,程,（1）假设条,件,件,体系处于气液,相,相平衡,等组成膨胀,体系温度保持,恒,恒定,不考虑油气接,触,触介质的影响,液/x,i,汽/y,i,（2）数学模型（物料平衡方程）,设对于一混合烃类体系，取1mol的物质作为分析单元，那么当其处于任一气液两相平衡状态对应有以下特性（数学描述）：,平衡气液相的摩尔分量V和L分别在0和1之间变化，且满足归一化条件：,V+L=1.0,平衡气、液相的组成应分别满足归一化条件：,或表示为：,平衡气、液相中的各组分的量之和应分别等于各自总的量的大小：,平衡气、液相中任一组分的分配比例用平衡常数描述：,十五863子,课,课题验收汇报,(二)油气体,系,系气液平衡计,算,算物料平衡方,程,程,十五863子,课,课题验收汇报,目标：求在给定压力,和,和温度条件下,得,得气、液两相,的,的摩尔分量及,组,组成,解法：物料平衡方程,是,是高度非线性,方,方程，一般采,用,用迭代法求解,（,（如：牛顿迭,代,代法）。,如何利用物料,平,平衡方程求解,相,相平衡问题？,V,的初值：进料为液相，可使初值小于0.5；进料为气相，可使初值大于0.5,收敛判据：,物料平衡方程的牛顿迭代法,要求得平衡气,液,液相的摩尔分,量,量和组成，关键的参数是气液两相的,平,平衡常数,K,i,，只要能准确,知,知道气液平衡,状,状态下各组成,的,的平衡常数，,就,就能进行气液,平,平衡计算。,那么气液两相,平,平衡时其热力,学,学条件和平衡,常,常数有什么关,系,系呢？,十五863子,课,课题验收汇报,1、气液平衡,常,常数与气液相,逸,逸度的关系,2、逸度系数,与,与逸度、压力,和,和组成的关系,3、气液相平,衡,衡热力学方程,组,组,相平衡计算的热力学平衡条件方程组为：,液/x,i,汽/y,i,(三）、油气,体,体系气液平衡,时,时热力学平衡,方,方程,十五863子,课,课题验收汇报,油气体系相平,衡,衡的统一数学,模,模型：,物料平衡方程,组,组,热力学平衡条,件,件方程组,其中的露点、,泡,泡点和闪蒸模,型,型均可从该模,型,型导出,通过该模型的,变,变化。可计算,体,体系的露点线,、,、泡点线、等,液,液量线,液/x,i,汽/y,i,解释,（四）、相平,衡,衡计算的常用,数,数学模型,十五863子,课,课题验收汇报,十五863子,课,课题验收汇报,对Pd赋初,值,值,对Ki赋初,值,值,计算组成xi,计算逸度f,Li,，f,Vi,计算平衡常,数,数Ki,平衡条件检,查,查，即：|f,Li,- f,Vi,|,检查露点是,否,否收敛,汽/y,i,解释,露点计算步骤,：,：,十五863子,课,课题验收汇报,2、泡点计算,于是泡点状态,气,气相的组成归,一,一化条件为：,泡点定义：第,一,一个气泡刚好,析,析出时的状态,。,。计算泡点就,是,是计算泡点压,力,力或泡点温度,。,。,液/x,i,汽/y,i,计算步骤和露,点,点计算相似,十五863子,课,课题验收汇报,3、气液平衡,计,计算,（天然气地面,工,工程中又称平,衡,衡冷凝）,气液平衡计算,方,方程组建立,气液平衡计算,满,满足的条件,气液平衡计算,方,方法,十五863子,课,课题验收汇报,对每个Ki,赋,赋初值。如用Willson公式赋初值,用牛顿迭代,法,法求解平衡冷,凝,凝方程，确定V,计算组成xi，yi,用状态方程,计,计算逸度f,Li,，f,Vi,计算平衡常,数,数Ki,对每个组分,检,检查平衡条件,是,是否收敛，条,件,件：| f,Li,- f,Vi,|,输入P、T、zi,初值Ki,物质平衡计算V,L、V、xi、yi,计算Ki,计算Z,L,、Z,V,计算f,Li,、f,Vi,| f,Li,- f,Vi,|?,N,Y,气液平衡计算,步,步骤：,十五863子,课,课题验收汇报,定义：平衡冷,凝,凝是气体冷却,到,到一定P、T,下,下达到的平衡,。,。,（1）平衡冷,凝,凝方程,总物料平衡,方,方程,F = V+L,（,（Kmol/h）,液化率：e= L/F,汽化率：1-e = V/F,组分i的物,料,料平衡方程,平衡冷凝方,程,程,其基本计算步,骤,骤和气液平衡,计,计算是一样的,，,，因为液化率,相,相当于液相摩,尔,尔分数,4、地面工程,中,中的平衡冷凝,计,计算,十五863子,课,课题验收汇报,该方法为便于,用,用矩阵形式采,用,用牛顿迭代法,计,计算，把物质,平,平衡方程组中,的,的第n+1个,方,方程用压力的,形,形式表示出来,：,：,露点计算：,泡点计算：,等温闪蒸：,（四）常用的,第,第二类相平衡,计,计算数学模型,十五863子,课,课题验收汇报,三、实际气体,状,状态方程和热,力,力学性质,重点和难点,(1)*EOS的压力形式,：,：,(2)*EOS的Z因子形,式,式,(3)*用状,态,态方程进行逸,度,度计算,十五863子,课,课题验收汇报,其最大的成功,之,之处在于:,(1)第一次,导,导出了满足临,界,界点条件，且,对,对V是简单的,三,三次方型状态,方,方程状态方程,有,有明确的物理,意,意义,(2)通过与,（,（Andrews）实测CO,2,体系临界等温,线,线对比，首次,用,用状态方程阐,明,明气液两相相,态,态转变的连续,性,性,(3)提出了,两,两参数对比态,原,原理,(4)建立和,发,发展能同时精,确,确描述平衡气,液,液两相相态行,为,为的状态方程,是,是可能的,存在的问题：,(1)仅对理,想,想气体做了简,单,单的修正，引,入,入a和b时忽,略,略了实际分子,几,几何形态和分,子,子不对称性及,温,温度对压力的,影,影响；,(2)其理论,临,临界压缩因子,为,为0.375,，,，远大于实测,值,值0.292,至,至0.264,，,，仅适用于简,单,单的球形对称,的,的非吸性分子,体,体系。,十五863子,课,课题验收汇报,目前在状态方,程,程改进，主要,发,发展方向：,(1)基于统,计,计热力学正则,分,分配函数理论,发,发展,(2)由统计,热,热力学刚球扰,动,动理论发展,(3)按摩尔,密,密度展开级数,并,并结合统计热,力,力学发展,(4)基于溶,液,液活度理论发,展,展,(5)根据分,子,子热力学建立,偏,偏心硬球模型,对,对Van der Waals方程做半,经,经验半理论改,进,进,前三类有较严,密,密的理论基础,，,，但由于结构,复,复杂，实际应,用,用上存在一些,困,困难,活度理论在描,述,述气液平衡方,面,面不能令人满,意,意,第五类方程目,前,前用得最为广,泛,泛（,主要介绍PR,、,、SRK EOS）,十五863子,课,课题验收汇报,（1）压力形,式,式,1961,从分子物理学,角,角度、用非球,形,形不对称分子,间,间相互作用位,能,能（引力和斥,力,力）与简单球,形,形对称非极性,分,分子间的位能,偏,偏差来改进：,1、SRKEOS,对含弱极性组,分,分的非烃烃,混,混合体系计算,有,有改善。,对含H2S的,油,油气体系误差,较,较大。,十五863子,课,课题验收汇报,Z 的三次方,型,型状态方程,将,的代入SRK的压力方,程,程:,式中：,A = f（P,T,yi,）,），B =f（P,T,yi）,(2) SRK方程的Z因,子,子型式,十五863子,课,课题验收汇报,（3）混合体,系,系的SRK方,程,程,kij组,分,分i和j的二,元,元交互作用系,数,数,SRK-EOS逸度系数,十五863子,课,课题验收汇报,1976年Peng和Robinson,等,等人对VDW,、,、RK、SRK进行了改进,，,，它两个方面,进,进行了思考?,(1)VDW,方,方程的斥力项,，,，从简单性和,实,实用性来讲，,任,任然是目前较,好,好的；,(2)对引力,项,项和分子密度,作,作出了深入的,分,分析，给出了,引,引力项更好的,结,结构,2、PR-EOS,十五863子,课,课题验收汇报,（1）压力形,式,式,十五863子,课,课题验收汇报,(2)PR-EOS的Z因,子,子形式及逸度,方,方程,十五863子,课,课题验收汇报,已知：、,、,、,i,求：和体积,特,特性(V,m,、,m,、,g,),对根的讨论：,在气相区存在,一,一个实根,液相区存在一,个,个实根,两相区存在三,个,个实根。对气,相,相组成y,i,取V,mmax,计算z,max,，对液相组成x,i,取V,mmin,计算z,min,，中间根无意,义,义。,z,3,型方程的解法：牛顿迭代法,牛顿迭代(如SRK）,初值怎样取？ 对气相,y,i,z,g,：z,0,1; 对液相x,i,z,l,：z,0,0,3、三次方,型,型状态方程求,解,解,十五863子,课,课题验收汇报,四、重馏分特,征,征化,问题的提出,色谱组成准确,分,分析：N2，CO2，H2S，C1，C2，C3,iC4, nC4, iC5, nC5, C6,色谱组成不能,准,准确分析：C7，C8，, C44+,处理方法,拟组分化：把,不,不易准确测定,的,的第n个组分,以,以后的所有组,分,分合并成一个,假,假的“单一组,分,分”，称为,拟组分,引出新的问题,如何正确确定拟组分的Tc,Pc, 等相平衡计算所需的热力学性质=引出,重馏分特征化,处理技术,十五863子,课,课题验收汇报,（1）,经验关联式方,法,法,：根据实验测,定,定的热力学性,质,质数据建立经,验,验关联式，用,所,所建立的经验,关,关联式预测重,馏,馏分的热力学,性,性质,（2）,等效碳原子数,关,关联法,：把烃类同系,物,物的碳原子数,在,在数值上看成,是,是连续分布的,，,，将 Cn+,的热力学参数,与,与之等效处理,，,，即把 Cn+ 等效为相,同,同碳原子数的,烃,烃类同系物进,行,行其热力学参,数,数的预测,四、重馏分特,征,征化,（3）,连续热力学分,布,布函数方法,：通过高精度,的,的色谱分析测,定,定有代表性的,油,油气烃类体系,的,的组成，用概,率,率分布模型描,述,述 Cn+,中各个单碳数,组,组分的组成分,布,布规律，建立,其,其热力学性质,预,预测模型,（4）以相态,实,实验数据为目,标,标的,最优化拟合方,法,法,：通过对油气,体,体系相态实验,数,数据的拟合计,算,算，获得与体,系,系相匹配的Cn+热力学,参数,十五863子,课,课题验收汇报,1、经验关联,式,式法,以Edmister,的经验关联式,为,为例,式中：Pa-,大气压；Pc-临界压力，MPa 。Tb-正常沸,点,点；Tc-临,界,界温度，K,十五863子,课,课题验收汇报,2、基于连续,热,热力学理论的,等,等效碳原子数,法,法,等效碳原子数,概,概念,将Cn+,重馏分的正常,沸,沸点，分子量,，,，比重和临界,性,性质等热力学,参,参数与烃类体,系,系同系物的参,数,数作比较，可,得,得到一个整数,或,或非整数碳原,子,子数的“烃类,同,同系物”与之,等,等效。我们把,这,这一碳原子数,称,称为Cn+的,等,等效碳原子数,。,。,等效碳原子数,关,关联方法的思,路,路,根据等效碳原,子,子数的概念，,先,先将正构烷烃,同,同系物的热力,学,学参数关联为,其,其碳原子数的,经,经验公式，再,设,设法求出Cn+ 重,馏分的等效碳,原,原子数，然后,借,借用正构烷烃,同,同系物的经验,公,公式即可求得,其,其热力学参数,碳原子数Cn,5 10 15 20 25 30 35 40 45,560,480,400,320,240,160,80,分子量,Cn=(M+4.028)/13.997,十五863子,课,课题验收汇报,0 5 10 15 20,700,600,500,400,300,200,100,碳原子数Cn,临界温度,Tc,式中： Tc-,临界温度，K,0 5 10 15 20,5.0,4.0,3.0,2.0,1.0,0.0,临界压力,Pc,碳原子数Cn,式中：Pc-临界压力，MPa,等效碳原子数,关,关联方法,十五863子,课,课题验收汇报,0.8,0.6,0.4,0.2,0,0 5 10 15 20,碳原子数Cn,偏心因子,2、基于连续,热,热力学理论的,等,等效碳原子数,法,法,十五863子,课,课题验收汇报,3、基于连续,热,热力学理论的,分,分布函数方法,基本思路,准确测定有代,表,表性的黑油，,挥,挥发油和凝析,气,气中 Cn+,重馏分中各个,单,单碳数组分的,组,组成含量=,组,组分的延伸分,析,析（C7C45+）,把分析结果绘,制,制成分子量（,或,或碳原子数）,与,与组成关系的,概,概率分布曲线,，,，建立相应的,概,概率分布数学,模,模型,用组成与分子,量,量之间的概率,分,分布模型预测,一,一般油气体系Cn+,重馏分中单碳,数,数组分的延伸,及,及其热力学性,质,质,十五863子,课,课题验收汇报,Cn+,中各单碳数组,分,分M与zi关,系,系的分布曲线,1.0,0.1,0.01,0.001,100 200 300 400 500,M,Mi,Mi+1,zi/zn+,3、基于连续,热,热力学理论的,分,分布函数方法,十五863子,课,课题验收汇报,Cn+,中各单碳数组,分,分M与zi关,系,系的概率密度,分,分布曲线,0.01,0.0,100 200 300 400 500,M,0.008,0.006,0.004,0.002,p(M),z,i,=z,c7+,AREA,P(M) - PROBABILITYDENSITY FUNCTION,3、基于连续,热,热力学理论的,分,分布函数方法,十五863子,课,课题验收汇报,重馏分中各延,伸,伸组分应满足,物,物质平衡关系,组成分布平衡,：,：各延伸组分,组,组成含量总和,等,等于重馏分的,组,组成,组成分布平衡,分子量分布平,衡,衡,密度分布平衡,3、基于连续,热,热力学理论的,分,分布函数方法,十五863子,课,课题验收汇报,分子量分布平,衡,衡：,各延伸组分分,子,子量总和等于,重,重馏分的分子,量,量,3、基于连续,热,热力学理论的,分,分布函数方法,密度分布平衡,：,：,各延伸组分密,度,度总和等于重,馏,馏分的密度,的分子量,重馏分中最大碳数组分,的分子量,重馏分中最小碳数组分,重馏分的摩尔组成,式中,-,-,-,-,-,-,+,N,n,n,C,C,C,M,M,r,十五863子,课,课题验收汇报,分布模型：,Mzi,关系满足三参,数,数伽玛概率密,度,度分布模型,式中：p(M)-组成的概率密度分布函数,M-分子量,-Cn+,重馏分中最小碳数组分的分子量,-确定分布曲线形态的特征参数,3、基于连续,热,热力学理论的,分,分布函数方法,0.01,0.0,100 200 300 400 500,M,0.008,0.006,0.004,0.002,p(M),z,i,=z,c7+,AREA,之间的关系,=,式中：Cn-Cn+重馏分中最小起始碳原子数,Mcn+- Cn+重,馏分的平均分子量，由实验测定给出,形态特征参数,十五863子,课,课题验收汇报,分布函数法Cn+,重馏分单碳数,组,组分延伸的表,征,征,累积概率分布,函,函数,累积概率分布,函,函数的解析式,3、基于连续,热,热力学理论的,分,分布函数方法,各延伸组分组成分布,各延伸组分组成分布的解析式,式中：,i=n,n+1,N(=45),十五863子,课,课题验收汇报,咖吗函数的计,算,算,!,咖吗函数的递,推,推关系,!,结束递推计算,的,的精度设置,3、基于连续,热,热力学理论的,分,分布函数方法,十五863子,课,课题验收汇报,重馏分特征化,处,处理过程,对Cn+,中各单碳数组,分,分进行延伸处,理,理（Spliting),对各单碳数组,分,分的热力学性,质,质进行关联计,算,算,对,延伸后的单碳,数,数组分进行拟,组,组分化劈分处,理,理,(Lumping),（1）Cn+,重馏分的延伸,目的：根据概,率,率密度函数分,布,布规律，模拟,色,色谱,分析过程将Cn+,中各单碳数组,分,分从起始碳数,开,开,始延伸到某一,高,高碳数。一般,是,是延伸到C,45,+,。,意义：用于预,测,测各个单碳数,组,组分的mole组成和,热力学性质。,3、基于连续,热,热力学理论的,分,分布函数方法,十五863子,课,课题验收汇报,（1）Cn+,重馏分的延伸,方法:,根据概率密度,函,函数分布规律,，,，以实测的Cn+,重馏分平均分,子,子量Mcn+,，,，平均比重rcn+和组,成,成 zcn+,为,为目标函数进,行,行拟合计算，,以,以获得各个单,碳,碳数组分的组,成,成含量和分子,量,量,步 骤,A: 设两个,相,相邻单碳数组,分,分的分子量分,别,别为Mi和Mi+1,则分子量介于Mi和Mi+1之间的组分,的,的mole含,量,量为：,式中：i=n,n+1,N,表示碳,原,原子数。其选,取,取视精度要求,而,而定，一般最,小,小碳数n可取,为,为7或11；,最,最高碳数N可,取,取为45。,3、基于连续,热,热力学理论的,分,分布函数方法,十五863子,课,课题验收汇报,B延伸后的各单,碳,碳数的组成需,满,满足以下目标,函,函数,式中：Mi-,第i个单碳数,组,组分的分子量,ri-第i,个,个单碳数组分,的,的比重,C根据Watson特征常数,的,的定义和Riazi-Daubert理,论,论，可得以下,关,关系式：,（1）Cn+,重馏分的延伸,为了求解前述,目,目标函数，需,要,要确定的参数,有,有n,N,M,cn+,cn+,Z,cn+,以及Mi,Tbi和i,三,三组数据中的,任,任何一组。其,中,中 Mcn+,cn+,Zcn+,由,实,实验测定，若,以,以Mi为调节,变,变量，则可取,正,正构烷烃的分,子,子量为初值。,实际计算中，可采用正割法对Mi,Tbi或ri进行迭代，而使,的解就可以求出各延伸的单碳数组分的zi/zcn+,Mi,ri和Tbi等参数。,十五863子,课,课题验收汇报,（2）各延伸,的,的单碳数组分,热,热力学性质的,计,计算,选择相适应的,经,经验关联式,与各单碳数组分之间的二元交互作用系数),为,式中：,C,(,0668,.,0,14,.,0,1,/,),/,lg(,7,3,),472,(,10,71589,.,1,),472,(,10,53028,.,5,0629,.,19,1,1,1,2448,.,4,86618,.,3,11,3596,.,0,3125,.,2,6,3596,.,0,5885,.,0,ci,c,i,ci,c,bi,ci,a,ci,i,bi,i,bi,ci,bi,i,bi,ci,i,bi,ci,k,k,T,T,P,P,K,T,T,P,K,T,T,P,T,T,-,-,-,-,-,=,-,=,=,=,=,w,十五863子,课,课题验收汇报,（3）各延伸,组,组分的拟组分,化,化处理,目 的,把延伸的单碳数组分按一定规则划分合并成几个拟组分，以便在保证计算精度的情况下减少相平衡计算的工作量。,方 法,选择一组拟组分化的劈分规则,拟组分个数的确定：,式中：n，N分别为单碳数组分的最小和最大碳数,各拟组分划分的分界分子量,用Kay,规则进行各拟组分热力学参数的计算,十五863子,课,课题验收汇报,(4)连续热,力,力学分布函数,方,方法综合评述,（1）分布模,型,型的合理性:,咖玛函数概率,分,分布模型假定,分,分子量与摩尔,分,分数之间存在,连,连续关系，因,此,此不是反映色,谱,谱组成分析结,果,果的真实物理,模,模型，但是在,数,数值上合理,（2）拟组,分,分数目的合,理,理性:,对于一给定,的,的油气体系,，,，需要划分,多,多少个拟组,分,分才能精确,预,预测其相平,衡,衡特性？,一,一般情况下,，,，拟组分数,目,目越多，计,算,算结果应越,精,精确。但并,不,不尽然，因,为,为影响计算,精,精度的除了,拟,拟组分的个,数,数外，还有,拟,拟组分划分,方,方案的合理,性,性。重点是,拟,拟组分划分,方,方案的合理,性,性，这需选,择,择合适的混,合,合规则。通,常,常划分的拟,组,组分数为3,个,个。,（3）混合,规,规则的选择:,Curtis H.Whitson,在“,CharacterizingHydrocarbonPlusFractions,”,”(Soc.Pet.Eng.J.(Aug.1983)683-694)一,文,文中同时给,出,出了Kay,规,规则法,和平均沸点,法,法两种混合,规,规则。经对,比,比计算，表,明,明两种混合,规,规则的计算,结,结果相差不,大,大，但Kay规则法较,为,为简单，故,常,常用。,（4）基础,数,数据的选择:,在进行重馏,分,分单碳数组,分,分的延伸时,，,，可以选择,单,单碳数组分,的,的分子量Mi,正常沸点Tbi，比,重,重 ri中,的,的任一组数,据,据为基础，,各,各自的延伸,结,结果不同，,但,但对油气体,系,系相平衡计,算,算结果影响,不,不大。,十五863,子,子课题验收,汇,汇报,4、基于相,态,态实验数据,的,的最优化拟,合,合方法,问题的提出,应用状态方程方法进行油气藏流体相态模拟计算，必须能明确给出模拟所需的各烃类组分的计算参数如分子量，临界温度，临界压力，偏心因子，以及状态方程的可调参数 ，二元交互作用系数kij等。根据前面的分析，一般对于低碳原子数组分和非烃类气体，都有准确数据可查并可存储在计算程序中供计算选择；但对于高碳数（如Cn+,重馏分）组分，虽经过重馏分特征化处理后可得到初始数据，但直接使用初始数据计算可能会产生较大 的误差。因此在进行完整的相平衡计算之前，需通过对相态实验数据的拟合来调整重馏分的热力学参数，以便使计算结果更好地符合实验数据而达最佳匹配。,拟合计算一,般,般采用两种,方,方法。一是自动拟合法，即以实测,相,相态数据为,目,目标函数，,采,采用非线性,回,回归方法如,单,单纯形最优,化,化拟合等方,法,法进行热力,学,学参数的匹,配,配；二是采,用,用经验法，即凭人工,对,对各种热力,学,学参数对计,算,算过程的敏,感,感性的认识,，,，确定参数,的,的调整范围,，,，通过多次,试,试凑计算，,以,以获得与实,验,验数据相匹,配,配的结果。,两,两种方法各,有,有其优劣，,实,实用时常先,采,采用人工法,进,进行快速试,凑,凑以逼近收,敛,敛域，然后,通,通过非线性,回,回归计算得,到,到精确值。,十五863,子,子课题验收,汇,汇报,非线性回归,目,目标函数的,建,建立,式中：F(X1,X2,Xn) -,目标函数；,X1,X2,Xn - 所选择的拟合变量(Tcn+， Pcn+, 等）；,Wi - 第i个拟合变量的权重；,Yci,Yei - 分别为计算和实测的相态参数(如露点压力，泡点压力，反凝析油饱和度，采收率等)。,4、基于相,态,态实验数据,的,的最优化拟,合,合方法,拟合变量的,选,选择：,体系中重馏,分,分的临界温,度,度，临界压,力,力，偏心因,子,子和重馏分,与,与C1H4,的,的二元交互,作,作用系数。,状,状态方程中,可,可调的,等,等参数,拟合目标变,量,量（实测相,态,态数据）的,选,选择:,实测的油气,体,体系露点压,力,力，泡点压,力,力；等组成,膨,膨胀，定容,衰,衰竭，地面,分,分离器闪蒸,等,等数据。,十五863,子,子课题验收,汇,汇报,五、气藏类,型,型相态判别,法,法简介,相图特征,皮家PK3,井,井相图（Psept1.62Mpa，Tsept,32 ,）,）,十五863,子,子课题验收,汇,汇报,相图特征,皮家SN92井相图（Psept,1.50MPa，T sept32,）,）,十五863,子,子课题验收,汇,汇报,相图特征,皮家SN139井相图,（,（Psept2.00 MPa,，,，T sept30.0 ）,十五863,子,子课题验收,汇,汇报,油气藏类型,的,的经验判断,相图判别法,根据分离器,处,处的压力、,温,温度和等温,降,降压线得出,皮,皮家气藏为,湿气藏,十五863,子,子课题验收,汇,汇报,油气藏类型,的,的经验判断,1,参数判别法,井号,参数名,PK3,SN92,SN139,1,182.60,263.51,96.15,油气藏类型,无油环凝析气藏,各井1参,数,数值,1,=（C,2,/C,3,）+（C,1,+C,2,+C,3,+C,4,）/C,5,+,80,1,450,十五863,子,子课题验收,汇,汇报,油气藏类型,的,的经验判断,地面生产气,油,油比和油罐,油,油密度判别,法,法,气油比（m,3,/m,3,）,油罐油密度（g/cm,3,）,油气藏类型,0.966,重质油藏,35125,0.8250.966,普通黑油油藏,125350,0.8020.825,黑油油藏与挥发性油藏过渡带,350625,0.7600.802,挥发性油藏,6251425,0.7600.802,挥发性油藏与凝析气藏过渡带,142512467,10686,0.739,低含凝析油气藏湿气气藏,按气油比和,油,油罐油密度,判,判别油气藏,类,类型,十五863,子,子课题验收,汇,汇报,井号,参数名,PK3,SN92,SN139,气油比（m,3,/m,3,）,364945,268680,32387,油罐油密度g/cm,3,0.7356,0.7596,0.7218,油气藏类型,低含凝析油气藏湿气气藏,低含凝析油气藏湿气气藏,油气藏类型,的,的经验判断,皮家各井气,油,油比和油罐,密,密度参数,地面生产气,油,油比和油罐,油,油密度判别,法,法,10686,十五863,子,子课题验收,汇,汇报,四参数判别,法,法,利用气层流,体,体组成的四,个,个参数即C,2,+,，C,2,/C,3,，100C,2,/（C,3,+C,4,），100（C,2,+/C,1,）的经验数,据,据来判别气,藏,藏类型,气藏类型,参数名,气藏,无油环,凝析气藏,带油环,凝析气藏,油藏,C,2,+,%,0.15.0,515,1030,2027,C,2,/C,3,4160,2.26.0,13,0.51.3,100.C,2,/(C,3,+C,4,),30010000以上,170400,50200,20100,100(C,2,+,/C,1,),0.15.0,5.015,1040,30600,四参数判别,法,法参数范围,十五863,子,子课题验收,汇,汇报,四参数判别,法,法,井号,参数名,PK3,SN92,SN139,PN6,C,2,（）,5.01,3.34,5.1,11.91,C,2,/C,3,4.76,4.65,4.27,4.09,100C,2,/(C,3,+C,4,),333.01,305.48,284.76,324.91,100（C,2,/C,1,）,5.37,3.50,5.46,13.72,气藏类型,气藏,气藏,无油环凝析气藏,无油环凝析气藏,皮家各井四,参,参数值,十五863,子,子课题验收,汇,汇报,油气藏类型,的,的经验判断,C,5,+,含量和C,1,/C,5,+,比值判别法,根据102,个,个油气藏统,计,计（符合率,为,为86%）,C,5,+,含量1.75%，无,油,油环凝析气,藏,藏,C,5,+,含量1.75%，带,油,油环凝析气,藏,藏,C,1,/C,5,+,52，带,油,油环凝析气,藏,藏,C,1,/C,5,+,52，无,油,油环凝析气,藏,藏,井号,参数名,PK3,SN92,SN139,PK6,C,5,（）,0.55,0.38,1.06,0.31,C,1,/C,5,169.73,251.08,88.07,279.94,气藏类型,无油环凝析气藏,十五863,子,子课题验收,汇,汇报,气藏类型综,合,合判断,判断方法,气藏类型,PK3,SN92,SN139,PK6,相图判别法,湿气藏,1参数判别法,无油环凝析气藏,地面生产气油比和油罐油密度判别法,低含凝析油气藏湿气气藏,低含凝析油气藏湿气气藏,四参数判别法,气藏,气藏,无油环凝析气藏,无油环凝析气藏,C,5,+,含量和C1/C,5,+,比值判别法,无油环凝析气藏,湿气藏,十五863,子,子课题验收,汇,汇报,