天然氣工程課程報告

1、 天然氣工程課程報告 題目5.1由已知得：氣藏壓力4505psia測試點1，流量1152Mscf/d 井底壓力3025psia測試點2，流量1548Mscf/d 井底壓力1685psia井底流壓1050psia 溫度180F天然氣相對密度0.65（空氣為1）氮氣摩爾分數(shù)0.1二氧化碳摩爾分數(shù)0.08硫化氫摩爾分數(shù)0.021.使用真實氣體壓力和Forchheimer方程求解測井點1的壓力的真實氣體擬壓力3025psia：/cp測井點2的壓力的真實氣體擬壓力1685psia:/cp預定壓力的真實氣體擬壓力1050psia：/cp288根據(jù)：得q=1653Mscf/d2.使用壓力平方法Forchhe

2、imer方程求解4.055012根據(jù)：得：q=1645 Mscf/d3.使用真實氣體擬壓力和回壓模型求解0.610.0053q=1656Mscf/d4.使用壓力平方法和回壓模型求解：0.660.00531656 Mscf/d問題5.2Pwf（psia）q（Mscf/d）壓力法壓力平方法1519941067245190610644751817105770417261044934163510261164154310041394145097616241355943185412599052084116386223141064941254496576027748647003004762635324365

3、856334635534863693446403392333731241532272164383114111461300井底流壓與產(chǎn)量的關系曲線7.1平均參數(shù)法計算井底流壓：1、第一次試算2、計算平均參數(shù)利用經(jīng)驗公式：3、查表方法計算偏差系數(shù)Z：查得偏差因子Z=0.93經(jīng)計算地層天然氣的粘度ug=0.013；4、計算Re；5、計算摩阻系數(shù)f6、計算無因次量7、計算井底流壓8、第二次試算經(jīng)計算得兩次計算pwf結果，所以求得井底流壓為6.20MPa。Examination 11.歡迎界面以及基本參數(shù)的輸入2.酸性氣體偏差系數(shù)計算(HY模型/DPK模型/DPR模型與WA校正法)2.酸性氣體偏差系數(shù)計

4、算(HY模型/DPK模型/DPR模型與WA校正法)3.天然氣相平衡計算(露點模型/泡點模型/等溫閃蒸模型)4天然氣兩相管流壓力計算(MukherjeeBrill模型)5.天然氣水合物生成預測及抑制劑用量計算二、程序代碼分析1.氣體偏差系數(shù)計算（HY模型，DPK模型，DPR模型）1.1HY模型+WA校正法1.1.1HY偏差系數(shù)計算模型 該法以 Starling-Carnahan 狀態(tài)方程為基礎 ,通過對 Standing-Katz 圖版進行擬合 ,得到以下關系式:Z = 0. 06125* ppr / (*Tpr ) *exp - 1. 2 *(1 - 1/ Tpr )2r 為擬對比密度 ,可用

5、牛頓迭代法從如下方程求得:0 = (r +r2 +r3 r4)/(1 - r )3 -(14. 76 / Tpr -9. 76 / Tpr2+ 4. 58/Tpr3)*r2+(90. 7/Tpr-242. 2/Tpr2+ 42. 4/Tpr3)* r (2. 18+2. 82/ Tpr)-0. 01652( ppr / Tpr )* exp - 1.2*(1 - 1/ Tpr )2 該法應用范圍是:1. 2 Tpr 3 ;0. 1 ppr 24. 0。部分代碼如下：Private Sub Command1_Click()Dim n(11) As Double -定義各組分Dim i As In

6、tegerFor i = 0 To 11n(i) = Val(歡迎界面.摩爾分數(shù)(i) / 100Next iDim p As Double, T As Double-定義壓力、溫度p = Val(絕對工作壓力)T = Val(絕對工作溫度)Dim Tc(11) As Double, Pc(11) As Double-定義臨界溫度、臨界壓力Tc(0) = 373.5833 Pc(11) = 295.5315Dim Tpc As Double, Ppc As Double-計算擬臨界壓力、擬臨界溫度Tpc = 0Ppc = 0For i = 0 To 11 Tpc = Tpc + n(i) *

7、Tc(i) Ppc = Ppc + n(i) * Pc(i)Next iDim Tpr As Double, ppr As Double-計算擬對比壓力、擬對比溫度Tpr = T / Tpcppr = p / PpcDim r As Double-計算對比密度(牛頓迭代法)Dim x As Double, x1 As Double, F As Double, F1 As Doubleabsolution = 1x = 0Do While absolution 0.00001F = (-0.06152) * (ppr / Tpr) * Exp(-1.2) * (1 - (1 / Tpr) 2)

8、+ (x + x 2 + x 3 - x 4) / (1 - x) 3) - (14.76 / Tpr) - (9.76 / (Tpr 2) + (4.58 / (Tpr 3) * (x 2) + (90.7 / Tpr) - (242.2 / (Tpr 2) + (42.4 / (Tpr 3) * (x (2.18 + (2.82 / Tpr)F1 = (1 + 4 * x + 4 * (x 2) - 4 * (x 3) + x 4) / (1 - x) 4) - (29.52 / Tpr) - (19.52 / (Tpr 2) + (9.16 / (Tpr 3) * x + (2.18 +

9、 (2.82 / Tpr) * (90.7 / Tpr) - (242.2 / (Tpr 2) + (42.4 / (Tpr 3) * (x (1.18 + (2.82 / Tpr)x1 = x - F / F1absolution = Abs(x1 - x)x = x1Loopr = xDim z As Double-用HY模型計算偏差系數(shù)z = (1 + r + r 2 - r 3) / (1 - r) 3) - (14.76 / Tpr - 9.76 / (Tpr 2) + 4.58 / (Tpr 3) * r + (90.7 / Tpr - 242.2 / (Tpr 2) + 42.4

10、 / (Tpr 3) * (r (1.18 + (2.82 / Tpr)HY模型Z = Format(z, 0.0000)-HY模型求得未校正的Z1.1.2WA校正法WA校正法引入?yún)?shù),主要考慮了一些常見的極性分子( H2 S、 CO2 )的影響 ,希望用此參數(shù)來彌補常用計算方法的缺陷。參數(shù)的關系式如下:= 15 (M - M2) + 4. 167 ( N0. 5- N2)式中:M 為氣體混合物中 H2 S與 CO2 的摩爾分數(shù)之和; N 為氣體混合物中 H2 S的摩爾分數(shù)。 根據(jù) Wichert2Aziz 的觀點 ,每個組分的臨界溫度和臨界壓力都應與參數(shù)有關 ,臨界參數(shù)的校正關系式如下所示:

11、T ci= Tci - p ci= pci * T ci/ Tci 式中: Tci為i 組分的臨界溫度 ,K; pci為i 組分的臨界壓力 ,kPa ; Tci為 i 組分的校正臨界溫度 , K; pci為 i組分的校正臨界壓力 ,kPa。部分代碼如下：Dim nhc As Double, nh As Double, As Double, Tc1(11) As Double, Pc1(11) As Double-WA校正nhc = n(0) + n(2)nh = n(0) = 15 * (nhc - nhc 2) + 4.167 * (nh 0.5 - nh 2)For i = 0 To 11

12、 Tc1(i) = Tc(i) - Pc1(i) = Pc(i) * Tc1(i) / Tc(i)Next iDim Tpc1 As Double, Ppc1 As Double, z1 As DoubleTpc1 = 0Ppc1 = 0For i = 0 To 11 Tpc1 = Tpc1 + n(i) * Tc1(i) Ppc1 = Ppc1 + n(i) * Pc1(i)Next iDim Tpr1 As Double, Ppr1 As DoubleIf T = 17.24 Then Dim T1 As Double T1 = T + 1.94 * (p / 2760 - (2.1 *

13、(10 (-8) * (p 2) Tpr1 = T1 / Tpc1 Ppr1 = p / Ppc1 z1 = (1 + r + r 2 - r 3) / (1 - r) 3) - (14.76 / Tpr1 - 9.76 / (Tpr1 2) + 4.58 / (Tpr1 3) * r + (90.7 / Tpr1 - 242.2 / (Tpr1 2) + 42.4 / (Tpr1 3) * (r (1.18 + (2.82 / Tpr1) HY模型WAZ = Format(z1, 0.0000)Else Tpr1 = T / Tpc1 Ppr1 = p / Ppc1 z1 = (1 + r

14、+ r 2 - r 3) / (1 - r) 3) - (14.76 / Tpr1 - 9.76 / (Tpr1 2) + 4.58 / (Tpr1 3) * r + (90.7 / Tpr1 - 242.2 / (Tpr1 2) + 42.4 / (Tpr1 3) * (r (1.18 + (2.82 / Tpr1) HY模型WAZ = Format(z1, 0.0000)-校正后的偏差系數(shù)ZEnd IfEnd Sub1.2DAK模型+WA校正法1.2.1DAK偏差系數(shù)計算模型該模型與 Dranchuk-Purvis-Robinsion 計算法相同 ,但相對密度應采用牛頓迭代法從下式求出:0

15、=1 + (A1 + A2/Tpr+ A3/Tpr3+ A4/Tpr4+A5/Tpr5)* r +(A6+A7/Tpr+ A8/Tpr2)*r2- A9*(A7/Tpr+ A8/Tpr3) r5 +A10/Tpr3*r 2*(1 + A11*r2 )* exp ( - A11*r2 ) - 0. 27*ppr/(r *Tpr) 式中: Ai為給定系數(shù)。 該法應用范圍是:1. 0 Tpr 3 ,0. 2 ppr 30 ;或者0. 7 Tpr 1. 0 , ppr 0.00001F = (-0.27) * ppr / Tpr + x + (A1 + A2 / Tpr + A3 / (Tpr 3)

16、+ A4 / (Tpr 4) + A5 / (Tpr 5) * (x 2) + (A6 + A7 / Tpr + A8 / (Tpr 2) * (x 3) - A9 * (A7 / Tpr + A8 / (Tpr 2) * (x 6) + A10 * (1 + A11 * (x 2) * (x 3) / (Tpr 3) * Exp(-A11 * (x 2)f11 = 1 + 2 * (A1 + A2 / Tpr + A3 / (Tpr 3) + A4 / (Tpr 4) + A5 / (Tpr 5) * x + 3 * (A6 + A7 / Tpr + A8 / (Tpr 2) * (x 2)

17、 - 6 * A9 * (A7 / Tpr + A8 / (Tpr 2) * (x 5)f12 = (A10 / (Tpr 3) * (3 * (x 2) + A11 * (3 * (x 4) - 2 * A11 * (x 6) * Exp(-A11 * (x 2)F1 = f11 + f12x1 = x - F / F1absolution = Abs(x1 - x)x = x1Loopr = xDim z As Double-用DAK模型計算偏差系數(shù)z = 1 + (A1 + A2 / Tpr + A3 / (Tpr 3) + A4 / (Tpr 4) + A5 / (Tpr 5) * r

18、 + (A6 + A7 / Tpr + A8 / (Tpr 2) * (r 2) - A9 * (A7 / Tpr + A8 / (Tpr 2) * (r 5) + A10 * (1 + A11 * (x 2) * (x 2) / (Tpr 3) * Exp(-A11) * (x 2)DAK模型Z = Format(z, 0.0000)-DPK模型求得未校正的Z1.2.2WA校正法同上，略。1.3DPR模型+WA校正法1.3.1DPR偏差系數(shù)計算模型Dranchuk、Purvis 和 Robinsion 根據(jù) Benedict-Webb-Rubin 狀態(tài)方程,將偏差系數(shù)轉換為對比壓力和對比溫度

19、的函數(shù) ,于 1974 年推導出了帶 8 個常數(shù)的經(jīng)驗公式 ,其形式為:Z = 1 +( A1 + A2/ Tpr+ A3/TPr3)* r+ (A4 + A5/Tpr)* r2+(A5 * A6/Tpr)* r 5 - A7/TPr3* r2*(1 + A8* r2 )* exp ( - A8* r2)式中: Ai 為給定系數(shù); ppr為擬對比壓力 ,無因次; Tpr為擬對比溫度 ,無因次。 DPR法使用 Newton-Raphson迭代法解非線性問題可得到偏差系數(shù)的值。這種方法的使用范圍是:1. 05 Tpr 3 ;0. 2 ppr 30。部分代碼如下：-計算對比密度Dim A1 As D

20、ouble, A2 As Double, A3 As Double, A4 As Double, A5 As Double, A6 As Double, A7 As Double, A8 As DoubleA1 = 0.A2 = -1.A3 = -0.A4 = 0.A5 = -0.A6 = -0.A7 = 0.A8 = 0.Dim x, x1 As Double, F As Double, F1 As Doubleabsolution = 1x = 0Do While absolution 0.00001F = -0.27 * ppr / Tpr + x + (A1 + A2 / Tpr +

21、A3 / (Tpr 3) * (x 2) + (A4 + A5 / Tpr) * (x 3) + A5 * A6 / Tpr * (x 6) + A7 / (Tpr 3) * (1 + A8 * (x 2) * (x 3) * Exp(-A8 * (x 2)F1 = 1 + 2 * (A1 + A2 / Tpr + A3 / (Tpr 3) * x + 3 * (A4 + A5 / Tpr) * (x 2) + 6 * A5 * A6 / Tpr * (x 5) + A7 / (Tpr 3) * (3 * (x 2) + A8 * (3 * (x 4) - 2 * A8 * (x 6) * E

22、xp(-A8 * (x 2)x1 = x - F / F1absolution = Abs(x1 - x)x = x1Loopr = xDim z As Double-用DPR模型計算偏差系數(shù)z = 1 + (A1 + A2 / Tpr + A3 / (Tpr 3) * x + (A4 + A5 / Tpr) * (x 2) + A5 * A6 / Tpr * (x 5) + A7 / (Tpr 3) * (1 + A8 * (x 2) * (x 2) * Exp(-A8) * (x 2)DPR模型Z = Format(z, 0.0000)-DPR型求得未校正的Z1.3.2WA校正法同上，略。

23、Examination 2 節(jié)點分析取井底為解節(jié)點的節(jié)點分析（1） 取井底為解節(jié)點，則流入部分包括從地層外邊界到井底，流出部分包括從井底到井口（2） 計算流入動態(tài)曲線。假設一系列產(chǎn)量，對每一產(chǎn)量，根據(jù)地層壓力和產(chǎn)能方程（）計算井底壓力，該壓力就是流入節(jié)點壓力，見表中第二欄計算流出動態(tài)曲線。假設一系列產(chǎn)量，對每一產(chǎn)量，由井口壓力和單相氣體垂直管流計算方法（） 取井底為節(jié)點時的流入和流出動態(tài)數(shù)據(jù)表如下：產(chǎn)量(104m3/d)流入節(jié)點壓力MPa流出節(jié)點壓力MPa0302.480.929.165342.1.928.2.2.926.2.4.124.872012.5.222.771212.6.320.19

24、9832.7.416.944972.8.512.482992.9.55.2.9.70.2.取井底為節(jié)點時的流入和流出動態(tài)數(shù)據(jù)表如下：求解協(xié)調點，協(xié)調點處的壓力為2.64Mpa，產(chǎn)量9.62*104 m3/d,所以該井在井口壓力等于2Mpa下的產(chǎn)量為9.62*104 m3/d。Examination 3 臨界流量： g=3.4844*103*0.6*3.21/(0.93*295)=24.46 Ucr=3.1*60*10-3*9.8*(1074-g)/ g20.25=3.12 A=3.14*622/4=0.00302(m2) Qcr=25000*0.00302*2*3.12/(50*0.93)=1

25、0.13Examination 41）波諾馬列夫法求水合物生成壓力 T273.1K時 lgp=-1.0055+0.0541(B+T-273.1) T273.1K，所以lgp=-1.0055+0.0541(12.63+291.5-273.1)= 0.6786故在井口管道溫度為18.5度的狀態(tài)下，水合物生成壓力為 P=4.77MPa（2）在此壓力下形成溫度點左移4度的乙二醇濃度運用Hammerschmidt公式作近似計算乙二醇濃度式中 WR乙二醇濃度，% M乙二醇分子量，M=62； t露點降，0C。計算得出乙二醇濃度為16.88%Examination 5井底產(chǎn)生積液，如何排液:井底積液霧化攜液,

26、 當高速氣體到達積液井井底時會產(chǎn)生劇烈的鼓泡效應,利用氣液兩相流湍流夾帶理論推導出氣體所能帶走的液體渦流的最大半徑,利用湍流的能譜分析確定最小渦流尺寸,從而建立起預測井底積液霧化的最小采氣產(chǎn)量模型。同時結合現(xiàn)有的描述井筒中液滴運動的攜液模型,建立了關于井底積液霧化和井筒攜液全過程的攜液新模型。氣體如何脫水: 1、溶劑吸收法利用適當?shù)囊后w吸收劑以除去氣體混合物中的一部分水份,對吸收后的貧溶劑進行脫吸,使溶劑再生循環(huán)使用。常用的脫水劑有二甘醇、三甘醇等。2 、固體干燥劑吸附法利用氣體在固體表面上積聚的特性,使某些氣體組分吸附在固體吸附劑表面,進行脫除。氣體組分不同,在固體吸附劑上的吸附能力也有差異

27、,因而可用吸附方法對氣體混合物進行凈化。工業(yè)上常用的固體吸附劑有硅膠、活性氧化鋁和分子篩。吸附是在固體表面張力作用下進行的,根據(jù)表面張力的性質可將吸附過程分為物理吸附和化學吸附。物理吸附是可逆過程,可用改變溫度和壓力的方法改變平衡方向,達到吸附劑的再生。目前廣泛采用的用分子篩作吸附劑脫除天然氣中水分的過程就是物理吸附過程。3、冷凍分離法將一定溫度的混合氣體在一定壓力下通過干燥的、最低溫度可達- 20 以下的冷凝器,使混合氣體中的水氣變成液滴后分離。常用的設備有冷凍干燥器。4、脫水劑 4.1、三甘醇( TEG) 脫水劑甘醇類化合物具有很強的吸水性,其溶液水點較低,沸點高,毒性小,常溫下基本不揮發(fā)

28、,所以廣泛應用于天然氣脫水。最先用于天然氣脫水的是二甘醇,50 年代后TEG 以良好的性能逐步取代了二甘醇成為最主要的脫水溶劑。TEG 熱穩(wěn)定性好,易于再生,蒸汽壓低,攜帶損失量小,露點降通常為33 - 47 。 4.2、分子篩吸附劑分子篩具有均一微孔結構,能將不同大小的分子分離的一種高效、高選擇性的固體吸附劑。分子篩是一種人工合成的無機吸附劑,天然氣脫水常用的是4A 和5A ,它是具有骨架結構的堿金屬或堿土金屬的硅鋁酸鹽晶體,其分子式為:M2/ nOAl2O3xSiO2yH2O式中:M 某些堿金屬或堿土金屬離子, 如Li ,Na ,Mg ,Ca 等;n M 的價數(shù);x SiO2 的分子數(shù);y

29、 H2O 的分子數(shù)。在脫水過程中,分子篩作為吸附劑的顯著優(yōu)點是:具有很好的選擇吸附性,也就是說分子篩能按照物質的分子大小進行選擇吸附。由于一定型號的分子篩其孔徑大小一樣,所以一般說來只有比分子篩孔徑小的分子才能被分子篩吸附在晶體內部的孔腔內,大于孔徑的分子就被篩去。經(jīng)分子篩干燥后的氣體, 一般含水量可達到0.1 10 （- 6）10 10（ - 6） 。具有高效的吸附性。分子篩在低水汽分壓、高溫、高氣體線速度等較苛刻的條件下仍保持較高的濕容量,這是因為分子篩的表面積遠大于一般吸附劑,達700900m2/ g。如何處理掉酸性氣體:按操作特點、脫酸原理，多種脫酸工藝可分類為：間歇法、化學吸收法、物

30、理吸收法、混合溶劑吸收法、直接氧化法和膜分離法。1、 間歇法 特點：脫酸設備只能批量生產(chǎn)，不能連續(xù)生產(chǎn)。 按脫酸氣原理可分為：（1）化學反應法：有明顯的化學反應，與酸氣的反應物不能再生，作為廢棄物處置，故僅用于氣量小、含酸氣濃度低的場合。比如海綿鐵法脫除酸氣。（2）物理吸附法：沒有明顯的化學反應，只是單純的吸附，而且吸附過程可逆。比如用分子篩脫除酸氣。2、化學吸收法 在一個塔器內以弱堿性溶液作為吸收劑與酸氣反應，生成某種化合物。在另一塔器內，改變工藝條件(加熱、降壓、汽提等)使化學反應逆向進行，堿性溶液得到再生，恢復對酸氣的吸收能力，使天然氣脫酸氣過程循環(huán)連續(xù)進行。各種醇胺溶液是化學吸收法中使

31、用最廣泛的吸收劑，有一乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、二甘醇胺(DGA)、甲基二乙醇胺(MDEA)和二異丙醇胺(DIPA)等。3、物理吸收法 以有機化合物作為溶劑，在高壓、低溫下使酸氣組分溶解于溶劑內。吸收了酸氣的溶劑又在低壓、高溫下釋放酸氣，使溶劑恢復對酸氣的吸收能力，使脫酸過程循環(huán)持續(xù)進行。物理溶劑再生時所需的加熱量較少，適用于天然氣內酸氣負荷高，要求同時進行天然氣脫水的場合。如冷甲醇法。4、混合溶劑吸收法 以物理溶劑和化學溶劑配制的混合溶劑作為吸收劑，兼有物理吸收和化學吸收劑作用。如：砜胺法。5、直接氧化法 對H2S直接氧化使其轉化成元素硫，如：Claus(克勞斯)法。 在天然氣工

32、業(yè)中常用于天然氣脫出酸氣的處理，適合于處理流量小、酸氣濃度很高的原料氣 。6、膜分離法 是利用氣體中各組分通過薄膜滲透性能的區(qū)別，將某種氣體組分從氣流中分離和提濃，從而達到天然氣脫酸性氣的目的。適用于從天然氣內分出大量CO2的場合。 H2S的腐蝕機理:溫度影響硫化鐵膜的成分。通常，在室溫下的濕H2S氣體中，鋼鐵表面生成的是無保護性的Fe9S8。在100含水蒸氣的H2S中，生成的也是無保護性的Fe9S8和少量FeS。在飽和H2S水溶液中，碳鋼在50%下生成的是無保護性的Fe9S8和少量的FeS；當溫度升高到100150時，生成的是保護性較好的FeS和FeS2。1暴露時間在硫化氫水溶液中，碳鋼和低合金鋼的初始腐蝕速率很大，約為0.7mm/a，但隨著時間的增長，腐蝕速率會逐漸下降2碳鋼和低合金鋼在含H2S流體中的腐蝕速率，通常是隨著時間的增長而逐漸下降，平衡后的腐蝕速率均很低，這是相對于流體在某特定的流速下而言的。3氯離子在酸性油氣田水中，帶負電荷的氯離子，基于電價平衡，它總是爭先吸附到鋼鐵的表面，因