高压天然气管网水力计算精度的研究

随着我国城市能源天然气化的发展，出现了高压、超高压管网。对此类管网进行水力计算，必须考虑管路中燃气的可压缩性，而现有燃气管道水力计算公式不适合超高压的情况。为此，筛选出精度较高的BWR状态方程用于高压天然气管网水力计算中的物性计算，以解决原有城市高压天然气管网水力计算公式不能满足高压低温时精度要求的问题；提出了两种解决原有水力计算公式不能满足高压管网精度要求问题的计算方法，并用实例验证了采用该方法的燃气管网水力计算结果。结果表明，采用该方法可提高高压和超高压管网的水力计算准确性。〖JP〗     

高酸性天然气流量测量的修正方法

由于高酸性天然气中含有较高浓度的H2S和CO2气体,对天然气的临界温度和临界压力有较大的影响,导致天然气的压缩因子增大。因此,当采用常规天然气流量测量仪表用于高酸性天然气的流量测量时,需要针对其测量结果进行必要的修正。通过查阅大量的文献资料,对各种天然气压缩因子计算方法进行分析、比较,提出采用Wichest-Aziz校正方法与Bumett关系式相结合的方法计算高酸性天然气的压缩因子,在其适用条件范围内(温度为-12.2~93.3℃,压力为0~13.789 6MPa,酸性组分H2S+CO2的摩尔分数不大于80%),计算得到的天然气压缩因子准确度较高,适于工程应用,也便于实现电算化,利用该方法计算的酸性天然气压缩因子与直接采用Bumett关系式计算的天然气压缩因子(替代常规天然气流量测量仪表内部计算的天然气压缩因子)相比,即可有效地求得天然气流量测量仪表的修正系数,从而提高了酸性天然气流量测量的准确度。     

天然气偏差因子计算新方法

天然气偏差因子是油气藏工程相关领域中的重要参数,它在采油采气、气体计量、管线设计、地质储量和最终采收率的估计等油气勘探、开发、化工的诸多工程应用中都不可或缺,快速准确地确定该参数尤为关键。为此,基于Nishiumi-Saito状态方程结合多元非线性回归分析,提出了一种新的偏差因子关系式,相应形成新的计算偏差因子的方法,利用该方法可准确计算整个压力范围内的气体偏差因子。利用偏差因子标准数据对该方法及油气藏工程中常用的DPR、HY、DAK方法进行了对比。误差分析表明,该方法在常用压力范围和高压下的平均绝对误差分别为0.357%、0.066%,其计算精度比DPR、HY和DAK方法高。     

一种新型天然气压缩因子数值计算方法

天然气压缩因子是天然气重要的物性参数之一,传统计算方法对于高压天然气的计算存在较大误差。综合利用传统压缩因子图版与高压天然气压缩因子实验数据进行拟合,得到了同时适用于中低压及高压范围的天然气压缩因子计算公式。计算显示在低压段平均误差为3.3%,在高压段平均误差为2.5%。将这一公式应用于气井压力的计算中,取得了较高的计算精度。     

Utilization of LSSVM algorithm for estimating synthetic natural gas density

In the gas engineering the accurate calculation for pipeline and gas reservoirs requires great accuracy in estimation of gas properties. The gas density is one of major properties which are dependent to pressure, temperature and composition of gas. In this work, the Least squares support vector machine (LSSVM) algorithm was utilized as novel predictive tool to predict natural gas density as function of temperature, pressure and molecular weight of gas. A total number of 1240 experimental densities were gathered from the literature for training and validation of LSSVM algorithm. The statistical indexes, Root mean square error (RMSE), coefficient of determination (R²) and average absolute relative deviation (AARD) were determined for total dataset as 0.033466, 1 and 0.0025686 respectively. The graphical comparisons and calculated indexes showed that LSSVM can be considered as a powerful and accurate tool for prediction of gas density.     

改进的计算气井井底压力的平均温度和平均压缩系数法

在利用平均温度和平均压缩系数法确定气井井底压力时,井筒平均温度和平均压缩系数的计算精度直接影响求取的井底压力准确性。根据静气柱法,得到长庆气田实测井底压力、温度的分布和地温常数与井口地面海拔的关系式,再利用输气管中稳定气流温度的计算方法来计算井筒平均温度。在用动气柱法求井底压力时,根据长庆气田井筒压力分布为线型,用线型代替抛物线型来计算井筒平均压力,然后用逐点迭代法求得较精确的井底压力。该方法提高了纯气井井底压力的计算精度。表２参４（陈志宏摘）     

新的气藏拟压力计算经验公式

对气体拟压力的计算,一般将气体拟压力简化为压力平方项,或直接应用数值积分方法进行计算,不能准确表征实际气藏的气体拟压力。为此,以某一实际气藏的气体组分为例,通过精确地计算黏度 和压缩因子 ,推导出这二者的乘积 随压力和温度变化的分段计算公式,得到了适用于不同温度和压力条件下干气气藏的真实气体拟压力计算的新经验公式。计 算结果表明,随着地层压力的增加, 逐渐增加;压力较低时, 随压力增大呈抛物线性增加,压力较高时, 随压力增大呈 线性增加;干气组分变化对拟压力的计算结果影响较小。新的经验公式计算结果与数值积分方法计算的拟压力结果相近。     

积液量预测方法在海底天然气管道中的应用

天然气输送过程中,在一定的温度和压力条件下会有凝析液析出造成管内积液,积液量的准确预测是确定合理清管方案的前提。为此,建立了积液量预测模型,认为管路积液量大小是由液相析出量和气体携液能力综合作用的结果,液相析出量主要取决于管线内的温度和压力,而气体携液能力主要与气相流速、管道结构以及管内流型等参数有关。对“友谊号”外输管线积液量及其分布进行了预测,获得了持液率和积液量沿线分布曲线。该预测方法对于清管作业时管路末端液体收集容器的确定、清管器的选择等具有参考意义。     

输气管道的管存量优化控制

目前,国内外对输气管道管存量的控制尚未有统一的标准,普遍采用运行经验结合管道仿真的方法制订管存量控制原则,缺乏最大管存量、最小管存量和最优管存量的理论计算依据。为此,以中亚天然气管道AB线为研究对象,基于动态规划算法计算了管道的最大管存量、最小管存量和能耗最小管存量,并结合运行经验的管道仿真结果,建立了一套包含3个层级的输气管道管存量控制原则与方法。研究结果表明:①对应给定的管道流量,在考虑压气站内燃压机组工况点可行域限制及管道运行操作限值的前提下,应用动态规划法确定管道的最大、最小安全管存量;②基于运行调度经验,通过仿真确定管道正常运行条件下的管存量合理界限;③应用动态规划法确定自耗气量(或能耗量)最小的运行方案及其所对应的管存量,以此作为日常运行管存量的控制目标;④将该管存量优化方法应用于中亚天然气管道AB线,相同年度输气量下,2014年较2013年自耗气量降低38.38×10~4 m~3,全线离心压缩机平均效率提高0.21%,全线压气站出站压力介于9.50~9.65 MPa的占比提高6.6%。结论认为,该方法可将输气管道管存量控制在最大安全管存量范围以下、最小安全管存量以上,尽可能按照自耗气量最小对应控制管存量。     

基于CPA状态方程的高压含硫天然气压缩因子计算方法研究

对于压力高于70 MPa的含H_2S天然气,其分子之间间距缩小,极性H_2S分子之间缔合作用增强,传统SRK、PR状态方程计算高压含硫天然气的压缩因子准确性有待进一步改进。基于压力3.72～97.58 MPa、H_2S体积分数0%～70.03%的154组压缩因子修正CPA(Cubic-Plus-Association)状态方程中H_2S与CH_4、CO_2分子间二元交互作用系数,综合评价SRK、PR、CPA状态方程对压缩因子的计算精度。结果表明,对于中低压含硫天然气(p35 MPa),采用PR方程精度最高,平均相对偏差为1.12%;对于高压及超高压含硫天然气(p35 MPa),CPA方程精度最高,平均相对偏差为-1.46%。进一步采用法国ST抗硫高压PVT仪测试了4种含硫天然气在70～131 MPa条件下的138组压缩因子实测值,验证了采用CPA状态方程对于高压含硫天然气压缩因子的计算精度。     

Viscosity and Density Correlations for Hydrocarbon Gases and Pure and Impure Gas Mixtures

Abstract

In this work, newly developed correlations for hydrocarbon gas viscosity and density are presented. The models were built and tested using a large database of experimental measurements collected through extensive literature search. The database covers gas composition, viscosity, density, temperature, pressure, pseudoreduced pressure and temperature and compressibility factor for different gases, and pure and impure gas mixtures containing high amount of pentane plus and small concentration of nonhydrocarbon components. Gas viscosity and gas density models were built with 800 randomly selected data points extracted from the large database. The models were developed using the Alternating Conditional Expectations (ACE) algorithm. The models' accuracy was validated using the rest of the database, and their efficiency was tested against some commonly used correlations. The developed models seemed very efficient and they accurately predicted the experimental viscosity and density measurements, overcoming several constraints limiting the other correlations' accuracy with average absolute errors of 3.95% and 4.93% for the gas viscosity and gas density models, respectively. Sensitivity analysis of the proposed gas viscosity model indicated the positive impact of density and pseudoreduced temperature and the trivial impact of pseudoreduced pressure. The gas density model was found to be sensitive to all input parameters of pseudoreduced temperature, apparent molecular weight, and pseudoreduced pressure listed on the order of their impact. Negative impact was predicted for reduced temperature, whereas positive ones werenoticed for the pseudoreduced pressure and gas apparent molecular weight.     

天然气管道干空气干燥技术模拟

商品天然气输送中，输气管道入口处天然气中的水汽含量被控制到能使天然气在最高输送压力下的露点温度低于它在输送中可能达到的最低温度。但输气管道投产前存在于管道内壁和管道低洼处的液态水对天然气有增湿作用，导致天然气露点在输气管道投产初期不能满足管输要求。为此，投产前需要对天然气管道进行干燥处理。干空气干燥天然气管道是一个复杂的传热、传质过程。基于质量守恒定律、相平衡原理和费克定律，提出干燥过程以及随后封闭过程的机理模型。运用隐式差分法求干燥模型的数值解和分离变量法求封闭过程的解析解。在此基础上编制了反映干空气流动过程中的吸水和液态水平衡蒸发过程的应用程序。利用西气东输管线的干燥实例验证了模型的正确性，并提出了建议。     

Prediction of Liquefied Natural Gas Density Using Peng-Robinson Equation of State

The most suitable equation of state has been generalized to permit calculation of the densities of natural gas by using critical temperature, critical pressure, and accentric factor of the natural gas. Adaptation of the Peng-Robinson equation offers flexibility for estimating density for a wide range of pressure and temperature. This method provides accurate and computationally reliable perdition of they compressibility factor values     

土库曼斯坦某气田清管工艺优化

随着我国中缅管道,西气东输二、三线和液化天然气上岸等新一轮输气管道工程的建设,用于计量天然气流量的流量计日益增多。只有对这些流量计实施准确检定才能确保流量计精确工作,从而使得我国天然气交接贸易更加公平。以天然气流量计检定站三级检定为基础,考虑输气管道沿线动能的增加对流量的影响,建立天然气在检定管路中的流动压损模型,利用MATLAB软件计算不同口径天然气流量计在检定中的参数变化,求解检定过程的压差,并对检定过程中的不确定度进行计算,符合我国天然气调度的要求。     

输气干线单个分输站站址最优化研究

输气干线分输站站址规划设计合理与否，直接影响到分输站至各城市门站之间输气管线总投资和未来管网系统的发展。为此,着重讨论并建立了以分输站站址、各城市门站与分输站之间管道直径、壁厚、分输站压力为设计变量，以各城市门站与分输站之间管道投资最小为目标函数的分输站站址优化数学模型。根据模型特点，采用混合离散变量复合形法与数据库技术相结合来求解分输站站址。以此站址为参考点，结合现场勘察，在参考点附近沿输气干线预选多个分输站站址，并对影响分输站建设和管理的环境因素用多目标模糊评价方法进行综合评价，以评价效果好的站址为最优分输站站址。用算例说明了分输站站址优化结果不仅与工艺参数变化有关，且与分输站所处环境因素有关。提出还应深入研究输气干线中具有多个分输站的站址优化问题。     

中俄东线大口径输气管道的投产气体运移规律及注氮量优化

中俄东线天然气管道是外径1 422 mm超大口径天然气管道在国内的首次应用，投产采用氮气作隔离、后续天然气置换的方式。为了进一步明确中俄东线天然气管道在投产过程中各气体的运移规律以及确定合理的注氮量，采用计算数值模拟的方法，建立了基于外径1 422 mm管道的组分输运模型，进行了基于投产实测数据的模型可靠性验证，分析了不同管径、不同初始氮气封存管容比、不同置换速度条件下的气体运移规律，得到了理论最优注氮管容比值。研究结果表明：①天然气置换时，重力因素不可忽略，与小口径管道天然气沿着管道中心线“锥进”不同，中俄东线天然气沿着管段的顶部突进；②天然气置换速度是影响气体运移规律的主要因素，置换速度越快，纯氮气管容比值越大，最终将趋于一个极大值，投产时应适当提高天然气置换速度；③在氮气封存压力为0.02 MPa的条件下，5 m/s、7 m/s、9 m/s、15 m/s、30 m/s的天然气置换速度对应的理论最优注氮管容比值分别为7.60%、5.00%、4.50%、4.00%、4.00%。结论认为，该研究成果可为大口径天然气管道的安全、经济投产提供借鉴。     

一种预测超高压气藏压缩因子的新方法

天然气压缩因子的实验测定费用昂贵且耗时长,而应用经验关联式和状态方程求解又复杂且适用范围受限,计算精度和实用性难以确定。为此,根据Standing Katz天然气压缩因子图版,结合收集到的近1 000个实验数据点,采用最小二乘法拟合建立了高压天然气压缩因子的解析模型。与DPR、DAK、Brills、Ehsan等具有代表性的经验关联式和SRK状态方程的计算结果进行对比,所建模型计算得到的气藏压缩因子在高压及超高压条件下具有较高的精度,可满足工程计算的要求。     

拟压力计算经验公式在彩31气藏的应用

通过精确计算气体黏度和偏差系数,提出了定温时真实气体拟压力计算的经验公式,求出压力与拟压力转换曲线及产能测试井的单井产能方程,应用于彩31气藏气井动态预测,效果较好。     

湿天然气输送管道积液发展过程影响因素分析

针对湿天然气输送管道运行过程中存在的积液问题,基于OLGA软件的清管工艺瞬态仿真方法,建立了积液在湿天然气管道中的发展过程预测模型,对积液发展过程及其影响因素进行分析。研究表明:受环境温度、运行压力、介质组成以及管道流速等的影响,湿天然气管道中的液相从凝结析出到发生沉积直至积液量达到稳定的时间往往会持续数天到数月不等;在其他运行条件不变的情况下,湿天然气管道中的积液量随着环境温度的降低、运行压力的增大以及含水量的增加而增加,管道积液发展持续的时间会随着环境温度的降低、含水量的减少以及管道流速的减小而延长。其中,含水量和管道流速是影响湿天然气管道积液量以及积液发展持续时间的关键参数。     

天然气偏差系数模型综合评价与选用

介绍了石油工业中主要采用的几种天然气偏差系数计算模型,对各种模型在实际计算中的压力、温度适用条件与计算精度进行系统比较与评价,提出了不同压力、温度条件下的相应模型,推荐了在大范围压力、温度变化条件下分段选取气体偏差系数的计算模式。