多孔介质中凝析油气体系析蜡实验

通过高温高压仿真模型实验,研究了凝析油气体系在多孔介质内的固相析出机理,发现等温降压过程与等压降温过程中固相的析出具有不同特征。根据相平衡理论和界面化学原理,建立了能够模拟多孔介质中气、液、固三相相平衡的热力学模型。依据模型对实际体系进行了计算,计算结果重现了实验中观察到的现象,合理解释了等温降压实验和等压降温实验时固相析出呈不同特征的原因。     

天然气液化过程中芳烃固体析出条件的计算

天然气体系中的芳烃、重烃组分在低温下析出,堵塞设备、阀门,给天然气液化的生产过程带来安全隐患。因此,预测天然气在低温下芳烃、重烃组分析出的条件,对于天然气液化生产工艺中低温预处理脱除芳烃、重烃时合理的温度和压力选择具有重要的指导意义。苯和甲苯是天然气体系中重要的芳烃组分。本文以某天然气体系为计算示例,根据相平衡理论和相态计算,建立天然气低温相平衡热力学模型,通过计算苯和甲苯分别在一定压力、不同温度下体系气液平衡逸度和纯固体逸度数值,得到一系列不同压力下固态苯和固态甲苯析出温度的计算结果。本计算方法可以有效预测出天然气体系中固态苯和固态甲苯的析出条件。     

三维四相多组分模型及其数值模拟应用

介绍 了考虑有机固相沉积的三维四相(油相、气相、水相和有机固相)多组分数学模型和三相相平衡热力学模.型。为检验和评估考虑有机固相沉积作用的三维四相(油相、气相、水相和有机固相)多组分模型,在完成油藏流体的高压PVT实验数据相态和沥青沉积实验的三相相平衡拟合计算以后,对一.组长岩心气水交替驱替实验数据进行了数值模拟对比研究工作。研究结果表明,一方面在注气提高原油采收率过程中,有机固相可能在地层中发生沉积,另一方面表明有机固相沉积将会对数值模拟计算结果产生负面影响。改进的多组分数值模拟软件能更好地描述注气过程中油藏流体在孔隙介质中渗流的力学特征和物理化学特征,从而能更准确地认识注气提高原油采收率过程中油藏的开发动态规律。     

气-液-固三相相平衡热力学模型预测石蜡沉积

在油气开采过程中,当体系的温度、压力或组成等热力学条件发生改变时,油气体系内的蜡质、胶质、沥青质等有机固相物质将会从体系中析出而沉积,给油气田生产带来严重的危害.采用状态方程和溶液理论相结合而建立了能模拟石蜡沉积的气液固三相相平衡热力学模型.根据正规溶液理论描述固相混合物的非理想性,采用状态方程描述气相和液相的相态.运用该模型对某一含气原油进行了蜡固相沉积模拟计算,计算结果表明,压力对蜡沉积有较大的影响,压力对蜡沉积点温度的影响在低于饱和压力下比高于饱和压力下的影响更为显著.     

气-液-固三相相平衡热力学模型预测石蜡沉积

在油气开采过程中,当体系的温度、压力或组成等热力学条件发生改变时,油气体系内的蜡质、胶质、沥青质等有机固相物质将会从体系中析出而沉积,给油气田生产带来严重的危害.采用状态方程和溶液理论相结合而建立了能模拟石蜡沉积的气-液-固三相相平衡热力学模型.根据正规溶液理论描述固相混合物的非理想性,采用状态方程描述气相和液相的相态.运用该模型对某一含气原油进行了蜡固相沉积模拟计算,计算结果表明,压力对蜡沉积有较大的影响,压力对蜡沉积点温度的影响在低于饱和压力下比高于饱和压力下的影响更为显著.     

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油气开采过程中的蜡质和沥青质等固相沉积问题，是目前国内外研究的热点和难点。在油气生产的各个环节，随着温度、压力和轻质组分逸出等热力学条件的变化所产生的有机固相沉积问题，给油气田生产造成了严重的危害；特别是在注气提高采收率过程中，由于相间传质诱发的石蜡和沥青等固相沉积，将会改变油藏岩石的渗透性和润湿性，从而影响采收率的提高和注气开采效果。本采用状态方程描述气相和液相的相态，根据正规溶液理论校正固相混合物的非理想性；将以状态方程为基础的气—液平衡模型和以溶液理论为基础的液-因平衡模型有机地统一，建立了气下液-固三相相平衡热力学模型。将该气-液-固三相相平衡热力学模型应用于某一油气体系的蜡固相沉积模拟研究，模拟结果表明，在温度、压力改变过程中，出现了气液固三相相态转换；压力对石蜡沉积点温度和石蜡沉积量均有一定程度的影响；压力对蜡沉积点温度的影响在低于饱和压力下更为显。     

葡北油田石蜡沉积研究

注气提高原油采收率是目前国外的主流技术，近年来在国内也得到重视和应用。注气过程会改变原有体系的组成、温度等热力学条件，而诱发蜡质、沥青质等有机固相沉积问题，给生产带来严重的危害。激光测试方法能够测定高温、高压以及含气原油体系的固相沉积起始点温度、压力或组成，气—液—固三相相平衡热力学模型能够用于油气开采过程，以及注气过程中出现气—液—固三相相态转化时的固相沉积模拟研究，其结果能为最大限度地防止固相沉积对生产造成的危害提供依据和手段。     

天然气低温固相析出实验测试与模拟计算

随着天然气勘探开发事业的发展,新发现气田埋深逐年创下新高,天然气组分和性质也越来越复杂。西部某高温高压气田处理厂脱水时,在低温分离器中有固相析出,堵塞分离器元件,造成低温分离器两端压差增大。建立天然气中固相析出测试方法,测定天然气中固相的析出温度,模拟天然气中气、液、固三相平衡,得到天然气在不同温度、压力下气相、液相、固相分布规律。固相析出点实验测试结果可为天然气处理厂工艺改造提供可靠的数据支持和理论依据,也可为类似天然气处理厂工艺设计提供参考。     

天然气体系三相平衡计算交互作用因子K_(ij)的取值

为解决LNG产业链中的重烃析出问题,研究建立了天然气体系三相相平衡理论模型并自主研发了热力学计算软件。计算模型中的K_(ij)代表纯物质变成混合物时所有的物理性质变化,是温度、组成以及组分性质的函数。目前对于物质混合过程的物理化学变化没有全面的认识,所以K_(ij)没有具体的表达式。计算了天然气混合体系中不同K_(ij)的相平衡计算,以选取合适的K_(ij)值来提高模型计算结果的准确性。     

天然气体系三相平衡计算交互作用因子Kij的取值

为解决LNG产业链中的重烃析出问题,研究建立了天然气体系三相相平衡理论模型并自主研发了热力学计算软件。计算模型中的K_(ij)代表纯物质变成混合物时所有的物理性质变化,是温度、组成以及组分性质的函数。目前对于物质混合过程的物理化学变化没有全面的认识,所以K_(ij)没有具体的表达式。计算了天然气混合体系中不同K_(ij)的相平衡计算,以选取合适的K_(ij)值来提高模型计算结果的准确性。     

液化天然气及天然气物性计算软件设计

液化天然气(LNG)及天然气(NG)物性计算是LNG接收站生产、运行的基础。虽然国外已有很多商业软件可以计算其物性,但大多价格昂贵且应用复杂。因此,以BWRS方程为理论基础,在Forcecontrol V7.0平台上设计出一款应用简单,且能够满足LNG接收站需求的物性计算软件。通过将大连LNG接收站实际运行数据及Aspen Plus计算数据与此软件计算数据进行对比,得到一些典型物性的相对误差;同时,通过实例计算以验证其可靠性。结果表明,该软件能较为准确地计算LNG及NG物性,并且能很好地满足LNG接收站物性计算的需求。     

预测轻烃分离装置中CO_2结冰温度的高精度相平衡模型

在轻烃深冷分离工艺中,CO_2易从气液相中析出并结冰,从而发生CO_2冻堵,影响生产装置的正常运行,因此预测天然气系统中CO_2结冰温度具有重要的意义。目前,计算CO_2气液相结冰温度的主流方法为状态方程法,但其对CO_2液相结冰温度计算精度欠佳。为此,从热力学方法出发,采用新颖的GERG-2008状态方程计算CO_2结冰温度,建立了虚拟流体参考态求解固态逸度的方法,改进了传统的CO_2液固相平衡模型,并将其从简单的CH_4—CO_2二元体系拓展应用于真实的多组分天然气复杂体系研究。通过大量模拟计算并与实测数据对比,结果表明:采用改进了的相平衡模型,即气固和液固相平衡中分别运用Antoine方程和虚拟流体参考态法计算CO_2固态逸度系数,求出的CO_2气液相结冰温度比传统相平衡模型计算结果有更高的精度,可为天然气轻烃回收装置防止CO_2结冰工艺条件的设计提供参考。     

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针对注气提高原油采收率过程中有可能出现的有机固相沉积问题，文章在提出改进多组分模型的补充假设条件之后，建立了三维四相（油相、气相、水相和有机固相）多组分数学模型；为完成油相、气相和有机固相的相平衡计算，还建立了考虑有机固相沉积、适合于地下油气藏烃类体系的三相相平衡热力学模型；运用计算机求解时，利用有限差分方法，按顺序求解法建立相应的隐式压力、显示组成及饱和度的数值模型；由此开发的数值模拟软件能够更好地进行实际油藏注气提高原油采收率方案设计研究，获得了具有生产实际指导意义的研究成果。     

LNG接收站与输气管网的“互操作性”

不同来源的天然气与LNG的互换性问题在国内已经得到了一定程度的重视和应对,LNG接收站与输气管网等基础设施的互联互通从2018年开始也提升至国家层面予以推进,而统筹互换性与互联互通并位于更高阶层面的"互操作性"研究在国内尚处于空白。通过广泛调研欧盟国家在天然气管网领域关于"互操作性"的相关规定和做法,首次提出LNG接收站与输气管网等基础设施"互操作性"的概念定义,构建出"互操作性"的基本实施框架与组成,并对我国近两年内体现出"互操作性"特征的最新典型案例进行了分析。研究结果表明:①"互操作性"与第三方开放是两个独立的主题;②"互操作性"的目的是在互联互通、调度协同及信息交互的基础上,通过对各类设施具体技术标准、运行准则及操作程序的统一规范,实现各个设施用户的天然气在不同设施间跨系统地无阻碍流动;③"互操作性"框架包括气质标准与互换性、设施互联互通、设施联通协议、统一计量单位、统一电子数据交互平台、技术容量计算方法,以及LNG接收站特有的LNG船舶进港与船岸兼容审查程序、LNG分气质存储与槽车装车规则8个关键要素;④建议能够兼顾"互操作性"的目标和要求,把欧盟国家讨论得更为成熟且更加关键的设施联通协议、统一电子数据交互平台、技术容量计算方法 3个要素充分融入我国天然气产业链的治理性改革实践体系。     

天然气增压卸车工艺的模拟与分析

为了克服LNG槽车空温气化器自增压卸车工艺流程复杂、效率低、卸车时间长、受环境因素干扰大、占地面积大的缺点,提出了一种天然气增压卸车工艺流程。采用流程数值模拟软件,建立天然气增压卸车工艺的计算模型,研究计算天然气增压卸车过程中LNG槽车储罐内压力、温度、液位等参数随时间的变化过程,计算卸车过程所需时间及天然气流量。分析表明,天然气增压卸车流程简单、卸车时间短、效率高,且不受环境条件影响,能够大幅提高卸车撬的利用率。     

低温甲醇洗净化天然气过程的气液平衡计算

研究了低温甲醇洗过程中甲醇与天然气中各气体组分之间的平衡常数的计算及选择。对现有的平衡数据按工程设计要求进行了归纳比较;选用P R方程对2×104Nm3/d天然气液化装置的低温甲醇洗工艺的吸收塔和解吸塔进行了汽液平衡计算。实际应用结果表明,计算数据能满足LNG工业设计要求。     

中国液化天然气现货价格的传导机制

近年来,我国LNG现货进口量呈现明显增长的势头,LNG现货市场成为我国补充气源的重要渠道和天然气供应安全保障的重要支撑;研究我国LNG现货价格的传导机制,进而提升我国在国际上的定价影响力,具有重要的理论价值和现实意义。为此,基于上海石油天然气交易中心的LNG现货交易数据,运用向量自回归模型对中国LNG现货价格与国际天然气价格、中国原油现货价格、中国宏观经济之间的传导关系及动态响应规律进行了实证分析。研究结果表明:①国际天然气价格指数波动对我国LNG现货价格具有直接和间接的传导关系,该价格指数对我国LNG现货价格的影响可达40%;②我国LNG现货价格不能直接对国际天然气价格造成影响,也不能通过宏观经济运行间接传导作用于国际天然气价格;③我国LNG现货价格与原油现货价格之间不存在价格传导关系,国内LNG现货市场与原油现货市场形成分割局面。进而提出建议:①短期合同应当基于LNG现货价格建立定价机制;②利用交易中心平台产生的现货交易价格编制和发布中国的天然气价格指数、LNG价格指数、LNG运输价格指数等一系列指数产品,争取亚太地区LNG定价权,提升在国际天然气贸易中的话语权;③推动LNG接收站公平有序开放,提高LNG接收站产能利用率。     

浸没燃烧式气化器运行效率及能耗成本核算

浸没燃烧式气化器(SCV)作为LNG接收站运行成本最高的装置,其运行效率计算和能耗成本核算备受关注。为此,首先以BWRS方程为基础求得SCV入口LNG和出口NG的焓值。然后,在焓值计算基础上,根据正割迭代法确定外输高压天然气经绝热降压后作为燃料气的温度,以获得燃料气加热器所提供的能耗。之后,计算出燃料气发热量,并根据能量守恒定律求得SCV效率和能耗成本。最后,为了方便LNG接收站使用,将此计算方法设计成一款计算软件以满足其需求;同时,通过实际运行数据对其可靠性进行了验证,并给出了能耗成本核算实例。结果证明,软件能较为准确地计算SCV运行效率和能耗,可为SCV的运行计算提供相应帮助和指导。     

基于实际气体状态方程的多元热流体井筒传热模型

实际气体状态方程是分析实际气体混合过程的重要方程,瞬态导热函数是分析多元热流体井筒传热的关键函数。针对目前多元热流体井筒传热模型将多元热流体中多元组分实际气体混合物简化为理想气体混合物进行运算的问题,基于实际气体状态方程、混合法则与新型瞬态导热函数建立了多元热流体井筒传热模型。利用该模型,对多元热流体井筒内各热力学参数变化进行分析,并把分析结果与理想气体模型的结果进行对比。研究结果表明,在注入相同参数的多元热流体情况下,理想气体模型各热力学参数计算结果与实际气体模型结果存在一定差别,证明了实际气体状态方程对多元热流体井筒传热过程存在一定影响,将多元热流体中多元组分实际气体混合物简化为理想气体混合物会给计算结果带来误差,降低计算结果的准确度。实际气体传热模型为进一步准确分析井筒内多元热流体流动与传热规律提供坚实的理论基础。     

甲烷液滴在其蒸气中自然对流的换热特性

LNG液舱喷雾预冷过程中,液滴在其蒸气中自然对流蒸发换热模型计算结果与实验数据之间存在着较大的差异。为此,采用计算流体力学的方法,建立了静止饱和LNG单液滴在其蒸气中自然对流蒸发模型,据此研究不同温差下液滴的蒸发传热特性,并与低温球模型进行对比,定量分析喷雾预冷过程中"吹拂效应"对液滴自然对流蒸发换热过程的影响。研究结果表明:①随着温差的增大,液滴表面蒸气喷发速度、温度边界层厚度、液滴换热量线性均增大,努塞尔数线性减小;②随着角度的增大,液滴局部蒸气喷发速度、局部努塞尔数逐渐减小,温度边界层厚度逐渐增大;③吹拂效应的影响与蒸气喷发速度呈正比;④因为吹拂效应,同等条件下液滴的换热量和努塞尔数相比于低温球要更小,温度边界层厚度相比于低温球要更厚,并且吹拂效应的影响随着温差的增大而线性增大。结论认为,该研究成果有助于更加准确地预测LNG液舱预冷过程,对完善液滴蒸发理论模型及指导LNG液舱预冷操作都具有重要的意义。