东海某气田天然气偏差系数实验及计算模型评价研究

为准确计算东海某高含CO₂气田天然气的偏差系数,进而提高气藏工程、采气工程和地面工程设计研究的可靠性,首先采用加拿大DBR-PVT仪进行192组高含CO₂天然气的偏差系数实验分析,然后采用ASPEN HYSYS软件中的BWRS、PR和SRK等12种状态方程进行对应的192组模拟计算,探讨偏差系数的主要影响因素,评价软件状态方程计算偏差系数的准确性。结果表明:实验范围内,压力和CO₂含量对偏差系数的影响较大,温度对偏差系数的影响较小,偏差系数随压力的增加先减小后增大;PR和Sour PR状态方程计算高含CO₂天然气的偏差系数精度最高,平均相对误差1.09%,最大相对误差5.74%。因此,当天然气CO₂含量较高时,建议采用PR和Sour PR状态方程计算偏差系数。     

鄂尔多斯盆地中东部奥陶系马家沟组米探1井天然气成因与来源

鄂尔多斯盆地中东部米探1井在奥陶系马家沟组四段钻获高产工业气流,实现了奥陶系盐下天然气勘探的重大突破,但目前对其成因来源存在争议。实测结果表明,米探1井天然气以烷烃气为主(95.18%),气体干燥系数(C₁/C_1-5)为0.947,非烃气体中H₂S含量为3.49%,还有少量的N₂和CO₂。天然气中甲烷、乙烷、丙烷的碳同位素值分别为-45.5‰、-26.4‰、-24.3‰。基于区域地质背景、潜在烃源岩特征和天然气地球化学特征,认为米探1井天然气为奥陶系盐下碳酸盐岩自生自储的油型气,但其存在甲烷碳同位素组成偏轻和乙烷碳同位素组成具有煤型气特征等地球化学异常。结合生烃热模拟实验和岩石残余气特征认为米探1井特殊的地球化学特征与普遍存在的膏岩关系密切：一方面,普遍存在的膏岩提供了良好的盖层使得很多早期生成的天然气得以留存;另一方面,膏岩的存在促进了H₂S和乙烷等重烃类气体的生成。此外,小于5%的H₂S含量和较高的重烃气体(C₂₊     

硫酸盐热化学反应蚀变天然气模拟

高H₂S天然气一般被认为是硫酸盐热化学还原反应(TSR)的结果。在高温高压不饱和水蒸气条件下对天然气与硫酸镁TSR反应进行了热模拟实验研究,确定了TSR反应途径,探讨了TSR可能的地质影响因素。结果表明,天然气与硫酸镁反应主要生成MgO、H₂S、CO₂及焦炭等产物,随着模拟温度升高,TSR转化率逐渐增大,天然气中总烃含量减少,CH₄比例逐渐增大,C₂H₆与C₃H₈ 含量呈递减趋势。干燥系数与CO₂含量呈明显的正相关关系,干燥系数与H₂S含量以及CO₂与H₂S含量之间正相关性低,这可能是由于TSR不同阶段主要控制因素不同导致的。地质条件下,高硫化氢天然气的形成与演变很可能受控于温度、碳链长度、金属离子、水和硫化氢含量这几种主要因素。     

高含H2S气田水及闪蒸气处理新技术探讨

高含H₂S气田集输站场内原料气分离器在气水分离过程中产生的气田水,在低压闪蒸过程中会闪蒸出大量H₂S等有毒气体,采用常规的燃烧排放方式处置这部分气体,所产生的SO₂浓度远远超过了国家的相关标准。采用HYSYS及PROMAX等软件建模分析气田水的闪蒸气与原料气中H₂S含量的关系,通过理论计算闪蒸气燃烧所产生的SO₂浓度,提出采用金属隔膜式压缩机将闪蒸出的H₂S等酸性气体增压回流至原料气管线,一同输送至天然气净化厂进行脱硫及硫磺回收处理,实现高含H₂S气田集输站场闪蒸气体零排放。     

高含硫气田硫磺储量计算方法的修正

在国内外高含硫气田开发实践过程中，普遍发现随气田开发时间的延长，产出气体中H₂S含量不断上升，而产出气体中H₂S含量高低与高含硫气田硫磺的储量密切相关。通过流体相平衡理论分析，认为高含硫气田H₂S含量上升的原因在于原始条件下地层水中溶解有大量H₂S气体，当地层压力下降时，H₂S在地层水中溶解度降低导致部分H₂S从地层水中逸出进入气相，使得气体中H₂S含量不断上升。在此基础上，结合气-液相平衡和物质平衡理论，建立了H₂S含量变化理论预测模型，对高含硫气田开发过程中H₂S含量变化情况进行理论预测，进而建立了考虑气田开发过程中H₂S含量变化的硫磺储量修正模型。研究结果表明，考虑H₂S含量变化的修正模型所计算硫磺采出量要明显高于常规方法的计算结果，实例也表明考虑H₂S含量变化的硫磺可采储量比未考虑变化规律时要高出16.3％。     

阿姆河右岸区块碳酸盐岩气藏H2S成因与分布规律

土库曼斯坦阿姆河右岸区块内的气藏天然气中普遍含有H₂S,尤其是西北部气藏H₂S含量相对较高,深入研究其成因和分布规律,才能最大限度地减少和控制由此产生的危害。根据该区地质条件和天然气组分特征,结合H₂S形成机理,分析认为：①天然气中的H₂S主要来源于硫酸盐热化学还原反应。由于西北部卡洛夫-牛津阶碳酸盐岩储层顶部为石灰岩和膏盐岩互层,并直接被膏盐层覆盖,具有发生硫酸盐热化学还原反应的物质条件,故其H₂S含量高;东南部无石灰岩和膏盐岩互层,且有泥岩段将石灰岩储层与上覆膏盐岩层分隔,故其H₂S含量低。②H₂S含量的高低整体上受沉积相带的控制。在深水高伽马泥岩分布区及开阔台地深水沉积区,H₂S含量普遍较低;而在无高伽马泥岩分布区H₂S含量普遍较高。③东南部较大的逆断裂破坏了高伽马泥岩层的封隔性,使H₂S分布规律更复杂化。     

高含硫天然气净化装置清洗体系的研制与应用

高含硫天然气净化装置在检修前需清洗因腐蚀产生的FeS以及H₂S、SO₂等有毒有害气体。针对现有清洗剂清洗效果有限、废液中含有锰铬等重金属离子以及成本较高等问题,以FeS转化率与H₂S吸收率为评价指标,研究建立了以氧化剂F、过硫酸钠、乙二胺四甲叉膦酸、Na₂SO₄与分散助剂D为主要成分的高含硫天然气净化装置化学清洗体系。该清洗体系的FeS转化率为85.86%,H₂S吸收率为95.4%。现场应用表明,该清洗体系清洗效果良好,废液中总磷含量仅0.24 mg/L,无锰铬等重金属离子,且成本节约40%以上。     

天然气组分的水合常数、水合热及理论溶解度

天然气在水中的溶解度是天然气地球化学定量研究中的基础参数。欲应用理论公式计算天然气组分在水中的溶解度,关键在于建立天然气组分的水合平衡常数与温度的关系。本文利用天然气组分的溶解度数据,标定了甲烷、乙烷、丙烷、N₂、CO₂和H₂S的水合常数与温度的关系,从而建立了上述组分的理论溶解度公式。经验证,至少在下述分压范围内,上述气体的溶解度计算值与实测值基本吻合:甲烷≤60MPa;乙烷≤5MPa;丙烷≤3MPa;N₂≤50MPa;CO₂≤5MPa;H₂S≤5MPa.天然气的水合热是研究气水合物形成的重要参数。研究表明,天然气组分的水合反应符合一般的化学反应规律。根据计算,上述气体的水合热分别为:甲烷,-17.741;乙烷,-10.471;丙烷,-9.441;CO₂,-17.520;N₂,-15.418;H₂S,-11.845(负号表示水合反应为放热反应,水合热的单位:kJ/mol).从理论上证明了当压力趋向无穷大时,气体的溶解度趋向一极限值。     

酸性天然气与水体系内超临界-气-液-水合物多相平衡模型

针对酸性天然气与水体系内超临界-气-液-水合物多相平衡,构建了基于Gibbs自由能最小化原理的多组分流体多相平衡模型。为了提高其鲁棒性和计算精度,提出了相态稳定性判别的热力学判据和相组成分析的约束优化模型;考虑分子间非对称相互作用,建立了改进的Peng-Robinson状态方程,提出了统一的气体多参数平衡常数关系式,构建了不同相态中的逸度模型;建立了CH₄+CO₂+H₂S+H₂O体系的相平衡实验数据库,提出了对相平衡模型参数进行同步确定的多参数非线性拟合算法。与传统模型对比结果表明,新模型的收敛性更好、计算误差更小。     

石油伴生H2S的成因分析——以鄂尔多斯盆地彭阳油田为例

彭阳油田是鄂尔多斯盆地新探明的低H₂S含量的油田,其主力产层为侏罗系延安组,原油伴生H₂S含量最高为0.115%,明确H₂S成因机制对于油田合理开发及安全生产具有重要意义。基于储层硫化物及油田水硫同位素的系统分析,预测了侏罗系延安组原油伴生H₂S的成因。延安组主要发育集块状、斑点状、斑块状、星点状等黄铁矿类型,其δ³⁴S值为-1.9 ‰~10.1 ‰,其中,斑块状、集块状黄铁矿为沉积早期快速结晶成因,斑点状、星点状黄铁矿为硫酸盐还原菌还原作用成因。石膏的δ³⁴S值在16.8 ‰~17.7 ‰,为后期成岩阶段的产物,其并非H₂S的硫元素来源。油田水的δ³⁴S值较高,平均为37.9 ‰,这主要是由于硫酸盐还原菌还原作用消耗地层水中的³²S,使水体相对富集³⁴S。黄铁矿后期溶解和硫酸盐还原菌还原有机硫化物均可释放SO₄^2-,使侏罗系油田水具有较高的SO₄^2-浓度,为H₂S的生成提供了充足的物质基础。侏罗系地层水的矿化度、pH值及地层温度等物理化学条件均利于硫酸盐还原菌的生存,为硫酸盐还原菌还原作用提供了适宜的反应场所。综合分析认为,彭阳油田侏罗系原油伴生H₂S为硫酸盐还原菌还原成因。     

用链状流体分子热力学模型计算常压流体混合物的黏度

在Eyring绝对速率理论的基础上,结合链状流体分子热力学模型,建立了一个常压流体混合物的黏度方程。该黏度方程的关键是采用了链状流体分子热力学模型,同时计算黏度方程中的压缩因子和过剩Gibbs自由能。对选择的若干常压二组分流体混合物的黏度数据的计算结果表明,采用一个与温度无关的可调参数时,黏度方程能关联二组分流体混合物的黏度数据,平均相对误差为3.18%;采用两个与温度无关的可调参数时,关联效果大幅度的改善,平均相对误差降至1.22%;采用与温度有关的可调参数时,单参数和双参数所得黏度计算结果的平均相对误差分别为2.79%和0.84%。实验结果表明,该黏度方程的预测结果稍差,误差一般为7%左右。因此,实际计算中,推荐使用与温度无关的可调参数的黏度模型。     

高精度全压力全温度范围天然气偏差系数解析计算模型

天然气偏差系数是气藏储量计算和气藏动态分析中必不可少的基本参数。针对目前工程上利用的计算天然气偏差系数单个计算模型适用的压力范围很小、需要迭代才能计算、精度偏低情况,建立了一种高精度、全压力、全温度范围天然气偏差系数解析计算模型——LXF-RMP模型。该模型适合压力范围0~140 MPa,较其他计算模型计算方便,利于手工或计算机编程计算。相对误差大多在1%以下,由此分析得出,LXF-RMP模型在全压力、全温度范围的精度很高。     

高压超高压天然气偏差系数实用计算模型——LXF高压高精度天然气偏差系数解析模型的修正

天然气偏差系数是气田开发中非常重要的一个高压物性参数，是气藏储量计算和气藏动态分析中必不可少的基础参数。LXF模型是通过对Standing-Katz图版进行拟合得到的高压和超高压天然气的偏差系数的解析计算模型，但直接利用其模型计算的结果存在着较大的误差，在现场难以得到有效的推广应用。文章利用LXF模型的求解思路，在对Standing-Katz图版和Poettmann-Carpenter的Z函数表进行多项式拟合回归的基础上，重新确立了LXF高压和超高压天然气偏差系数计算模型中的各项系数，修正了原LXF解析计算模型。修正后的LXF模型在保持原LXF模型计算方法快捷、简便的特点的同时，有效地提高了LXF模型的计算精度，有利于气藏工程师的现场应用，也有利于LXF模型能够得到更加有效的推广应用。     

气藏气体体积系数计算公式的修正

介绍了石油工程中气藏气体体积系数的计算公式,分析了计算公式的不足,提出了计算公式的修正方法。采用石油工程中常用的PREOS和Gopal(1977)法计算偏差系数,利用修正的计算公式对10个甲烷摩尔分数为50.56%～97.75%的气藏气体体积系数进行了计算并与实验值比较,其平均相对误差分别为1.325%和3.173%;而石油工程中现有的计算公式对这10个相同气藏气体体积系数计算的平均相对误差分别为1.867%和3.701%。结果表明,修正的计算公式提高了计算精度。     

定向气井临界携液流量预测新模型

针对定向井气体携液机理不清、临界携液流量预测误差较大等问题,基于定向井筒中液膜的受力状况,考虑气芯与液膜之间的剪切力、液膜与管壁之间的剪切力、流体重力和液膜前后的压差等作用,建立了定向气井临界携液流量预测模型,并推导了该预测模型相对于Turner模型的修正系数。敏感性分析结果表明,修正系数主要与油管内径和井斜角有关,受管壁摩擦系数的影响较小;同时还给出了修正系数速查表,以便于实际中使用。现场实例计算分析结果表明:1所建立的预测模型计算误差小于5%,与定向气井临界携液流量常用计算模型相比,计算精度提高10.03%~48.72%;2计算结果与现场生产实际更加吻合,可准确地预测定向气井的临界携液流量。该研究成果对定向气井合理配产、携液动态预测具有指导意义和实用价值。     

天然气黏度精确计算新模型

天然气黏度是基础而重要的参数,在天然气开采、输送和加工等领域有着重要的理论和应用价值。为了高效、低成本地获得精确的天然气黏度数据,基于气体分子运动论所得黏度、温度和密度关系,建立了计算天然气黏度的新模型和相应的函数关系式,用大量的实验数据对模型参数进行优化后,给出了天然气黏度随温度和密度的变化曲面图。研究结果表明:(1)天然气黏度随密度以及低密度区域温度的升高而升高;(2)天然气黏度在高密度区域随温度的升高而降低。新模型精确地预测了9个天然气样本的黏度数据,其计算值与1 539个处于250~450 K、0.1~140.0 MPa区间的实验数据相比,平均相对偏差不超过1.9%;其中,与测量误差小于0.5%的793个实验数据相比,最大相对偏差不超过0.98%。结论认为,与以前的8种计算模型相比,新模型具有方法简单、结果精确、计算快速、可直接计算含有二氧化碳天然气样本的优点。     

注N2井井筒温度压力耦合下的井底流压计算

在注N₂提高采收率的过程中,井底流压的大小是影响驱油效果的重要因素,在计算气井的井筒压力分布时,通常采用Cullender-Smith模型。但是氮气的物性参数随温度和压力的变化而变化,为了精确的计算注氮气井井底流压的大小,以注水井转注氮气井作为研究对象,根据垂直管流的能量平衡方程,结合适用于氮气的物性参数密度、黏度、偏差因子及摩阻等计算方法,提出了注氮气井井筒温度和压力分布耦合的井底流压计算模型,应用四阶龙格－库塔迭代方法,用MATLAB软件计算了井底流压的大小,最后评价了注氮气井的启动压力、注气速度和井底流压的关系。根据对红浅井区氮气试注试验的测井数据分析,表明新压力预测模型计算结果与现场实测结果相吻合,注气初期注入压力受注入量变化影响较小,注入压力高低主要与储层物性有关。     

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目前的井眼轨迹方位角测量技术主要靠磁通门传感器,这种技术受地磁场及测量体周围金属管体的制约。文章提出一种新的方位角测量技术,利用六个单轴传感器进行方位角的测量。每3个相互正交安装的加速度计组成一组测量单元,两个单元之间相距30 m,并相对固定。在一次测量过程中,两组测量单元可以测出各自所在位置的井斜角和相对扭转角,由此可计算出两个单元之间的方位角变化。这种技术的机理可概括为井眼轨迹井斜和方位的联合变化,造成井眼轴线具有空间挠曲和弯曲特性。弯曲主要体现为狗腿度,挠曲就体现为井眼的扭转。这种空间挠曲和弯曲特性可以通过测量轴向不受钻压作用的下部钻具组合的变形来描述。钻柱的副法线的角度变化就是钻柱的扭转角。文中给出了详细的测量原理、计算模型和计算实例。称利用这种方法测量的井斜方位角为重力方位角,其在地热井、地磁场有异常、已下套管的井眼中有特殊的用途。     

预测天然气斜井临界携液流量新方法

目的Turner模型和李闽模型是现场应用比较广泛的气井携液模型,二者是以直井为基础建立的,且假定曳力系数为定值,没考虑井斜角和曳力系数对临界携液流量的影响。为了准确预测天然气斜井临界携液流量,分析了天然气斜井中液滴的受力情况,建立了预测天然气斜井临界携液流量新模型。 方法该模型考虑了雷诺数变化对曳力系数的影响,对比不同曳力系数计算模型的精确度,优选出Barati模型计算天然气斜井中液滴的曳力系数,推导了该模型相对于Turner模型的修正系数,并给出了修正系数表。 结果通过实例将新模型与Belfroid模型、杨文明模型和李丽模型进行比较,结果表明,新模型计算结果与现场数据吻合最好,准确率为94.6%。 结论新模型可用于对天然气斜井积液的判断。      

A new model for predicting the viscosity of heavy oil

Models of heavy oil viscosity are considered as a function of temperature and API gravity in literature at home and abroad, and the API gravity is measured under the condition of 20°C, but without considering the effect of temperature on the API and colloid asphalt content in heavy oil. A total of 197 data points from 41 samples of Huabei oilfield are tested from previous studiesand five other heavy oil viscosity models, and the calculation value is much less than the measured value. The new prediction model of heavy oil viscosity is established by Simplex Method and the General Global Optimization Method. The new model takes into account the temperature, API, colloid asphalt, and the influence of temperature on API. Using the new model to predict the viscosity of heavy oil samples of Huabei oilfield, the average relative error of 3.36%, mean absolute error of 7.61%. The new prediction model is precise than other eight models, calculated values and measured values coincide when degree is higher.