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1、 天然气工程课程报告 题目5.1由已知得：气藏压力4505psia测试点1，流量1152Mscf/d 井底压力3025psia测试点2，流量1548Mscf/d 井底压力1685psia井底流压1050psia 温度180F天然气相对密度0.65（空气为1）氮气摩尔分数0.1二氧化碳摩尔分数0.08硫化氢摩尔分数0.021.使用真实气体压力和Forchheimer方程求解测井点1的压力的真实气体拟压力3025psia：588157460/cp测井点2的压力的真实气体拟压力1685psia:198040416/cp预定压力的真实气体拟压力1050psia：79585534/cp288208000
2、根据：得q=1653Mscf/d2.使用压力平方法Forchheimer方程求解4.055012根据：得：q=1645 Mscf/d3.使用真实气体拟压力和回压模型求解0.610.0053q=1656Mscf/d4.使用压力平方法和回压模型求解：0.660.00531656 Mscf/d问题5.2Pwf（psia）q（Mscf/d）压力法压力平方法15199410672451906106447518171057704172610449341635102611641543100413941450976162413559431854125990520841163862231410649412544
3、96576027748647003004762635324365856334635534863693446403392333731241532272164383114111461300井底流压与产量的关系曲线7.1平均参数法计算井底流压：1、第一次试算2、计算平均参数利用经验公式：3、查表方法计算偏差系数Z：查得偏差因子Z=0.93经计算地层天然气的粘度ug=0.013；4、计算Re；5、计算摩阻系数f6、计算无因次量7、计算井底流压8、第二次试算经计算得两次计算pwf结果，所以求得井底流压为6.20MPa。Examination 11.欢迎界面以及基本参数的输入2.酸性气体偏差系数计算(HY
4、模型/DPK模型/DPR模型与WA校正法)2.酸性气体偏差系数计算(HY模型/DPK模型/DPR模型与WA校正法)3.天然气相平衡计算(露点模型/泡点模型/等温闪蒸模型)4天然气两相管流压力计算(MukherjeeBrill模型)5.天然气水合物生成预测及抑制剂用量计算二、程序代码分析1.气体偏差系数计算（HY模型，DPK模型，DPR模型）1.1HY模型+WA校正法1.1.1HY偏差系数计算模型 该法以 Starling-Carnahan 状态方程为基础 ,通过对 Standing-Katz 图版进行拟合 ,得到以下关系式:Z = 0. 06125* ppr / (*Tpr ) *exp -
5、1. 2 *(1 - 1/ Tpr )2r 为拟对比密度 ,可用牛顿迭代法从如下方程求得: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 该法应用范围是:1. 2 Tpr 3 ;0. 1 ppr 24. 0。部分代码如下：Private Sub Command1_Click()Dim n
6、(11) As Double -定义各组分Dim i As IntegerFor i = 0 To 11n(i) = Val(欢迎界面.摩尔分数(i) / 100Next iDim p As Double, T As Double-定义压力、温度p = Val(绝对工作压力)T = Val(绝对工作温度)Dim Tc(11) As Double, Pc(11) As Double-定义临界温度、临界压力Tc(0) = 373.5833 Pc(11) = 295.5315Dim Tpc As Double, Ppc As Double-计算拟临界压力、拟临界温度Tpc = 0Ppc = 0For
7、 i = 0 To 11 Tpc = Tpc + n(i) * Tc(i) Ppc = Ppc + n(i) * Pc(i)Next iDim Tpr As Double, ppr As Double-计算拟对比压力、拟对比温度Tpr = T / Tpcppr = p / PpcDim r As Double-计算对比密度(牛顿迭代法)Dim x As Double, x1 As Double, F As Double, F1 As Doubleabsolution = 1x = 0Do While absolution 0.00001F = (-0.06152) * (ppr / Tpr)
8、* Exp(-1.2) * (1 - (1 / Tpr) 2) + (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、 + (9.16 / (Tpr 3) * x + (2.18 + (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模型计算偏差系数z = (1 + r + r 2 - r 3) / (1 - r) 3) - (14.76 / Tpr - 9.76 / (Tpr 2) + 4.58 / (Tpr 3) * r + (90.
10、7 / Tpr - 242.2 / (Tpr 2) + 42.4 / (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校正法引入参数,主要考虑了一些常见的极性分子( H2 S、 CO2 )的影响 ,希望用此参数来弥补常用计算方法的缺陷。参数的关系式如下:= 15 (M - M2) + 4. 167 ( N0. 5- N2)式中:M 为气体混合物中 H2 S与 CO2 的摩尔分数之和; N 为气体混合物中 H2 S的摩尔分数。 根据 Wichert2Aziz 的观点 ,每个组分的临
11、界温度和临界压力都应与参数有关 ,临界参数的校正关系式如下所示:T ci= Tci - p ci= pci * T ci/ Tci 式中: Tci为i 组分的临界温度 ,K; pci为i 组分的临界压力 ,kPa ; Tci为 i 组分的校正临界温度 , K; pci为 i组分的校正临界压力 ,kPa。部分代码如下：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
12、* (nh 0.5 - nh 2)For i = 0 To 11 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
13、= T + 1.94 * (p / 2760 - (2.1 * (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 / T
14、pc1 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)-校正后的偏差系数ZEnd IfEnd Sub1.2DAK模型+WA校正法1.2.1DAK偏差系数计算模型该模型与 Dranchuk-Purvis-Robin
15、sion 计算法相同 ,但相对密度应采用牛顿迭代法从下式求出:0=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为给定系数。 该法应用范围是:1. 0 Tpr 3 ,0. 2 ppr 30 ;或者0. 7 Tpr 1. 0 , ppr 0.00001F = (-0.27) * ppr / Tpr + x
16、+ (A1 + A2 / Tpr + A3 / (Tpr 3) + 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 +
17、 A7 / Tpr + A8 / (Tpr 2) * (x 2) - 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模型计算偏差系数z = 1 + (A1 + A2 / Tpr + A3 / (Tpr 3) +
18、 A4 / (Tpr 4) + A5 / (Tpr 5) * r + (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偏差系数计算模型Dranchuk、Purvis 和 Robinsion 根据 Benedict-W
19、ebb-Rubin 状态方程,将偏差系数转换为对比压力和对比温度的函数 ,于 1974 年推导出了带 8 个常数的经验公式 ,其形式为: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 为给定系数; ppr为拟对比压力 ,无因次; Tpr为拟对比温度 ,无因次。 DPR法使用 Newton-Raphson迭代法解非线性问题可得到偏差系数的值。这种方法的使用范围是:1. 05 Tpr 3 ;0. 2
20、ppr 30。部分代码如下：-计算对比密度Dim A1 As Double, A2 As Double, A3 As Double, A4 As Double, A5 As Double, A6 As Double, A7 As Double, A8 As DoubleA1 = 0.31506237A2 = -1.0467099A3 = -0.57832729A4 = 0.53530771A5 = -0.61232032A6 = -0.10488813A7 = 0.68157001A8 = 0.68446549Dim x, x1 As Double, F As Double, F1 As Do
21、ubleabsolution = 1x = 0Do While absolution 0.00001F = -0.27 * ppr / Tpr + x + (A1 + A2 / Tpr + 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)
22、 + 6 * A5 * A6 / Tpr * (x 5) + A7 / (Tpr 3) * (3 * (x 2) + A8 * (3 * (x 4) - 2 * A8 * (x 6) * Exp(-A8 * (x 2)x1 = x - F / F1absolution = Abs(x1 - x)x = x1Loopr = xDim z As Double-用DPR模型计算偏差系数z = 1 + (A1 + A2 / Tpr + A3 / (Tpr 3) * x + (A4 + A5 / Tpr) * (x 2) + A5 * A6 / Tpr * (x 5) + A7 / (Tpr 3) *
23、(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。Examination 2 节点分析取井底为解节点的节点分析（1） 取井底为解节点，则流入部分包括从地层外边界到井底，流出部分包括从井底到井口（2） 计算流入动态曲线。假设一系列产量，对每一产量，根据地层压力和产能方程（）计算井底压力，该压力就是流入节点压力，见表中第二栏计算流出动态曲线。假设一系列产量，对每一产量，由井口压力和单相气体垂直管流计算方法（） 取井底为节点时的流入和流出动态数据表如下：产量(1
24、04m3/d)流入节点压力MPa流出节点压力MPa0302.480.929.165342.6371311.928.063802312.637130992.926.75699912.637130994.124.872012.6371315.222.771212.6371316.320.199832.6371317.416.944972.6371318.512.482992.6371319.55.2368882.6371319.70.8443932.637131取井底为节点时的流入和流出动态数据表如下：求解协调点，协调点处的压力为2.64Mpa，产量9.62*104 m3/d,所以该井在井口压力等
25、于2Mpa下的产量为9.62*104 m3/d。Examination 3 临界流量： 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)=10.13Examination 41）波诺马列夫法求水合物生成压力 T273.1K时 lgp=-1.0055+0.0541(B+T-273.1) T273.1K，所以lgp=-1.0055+0.0541(12.63+291.5-
26、273.1)= 0.6786故在井口管道温度为18.5度的状态下，水合物生成压力为 P=4.77MPa（2）在此压力下形成温度点左移4度的乙二醇浓度运用Hammerschmidt公式作近似计算乙二醇浓度式中 WR乙二醇浓度，% M乙二醇分子量，M=62； t露点降，0C。计算得出乙二醇浓度为16.88%Examination 5井底产生积液，如何排液:井底积液雾化携液, 当高速气体到达积液井井底时会产生剧烈的鼓泡效应,利用气液两相流湍流夹带理论推导出气体所能带走的液体涡流的最大半径,利用湍流的能谱分析确定最小涡流尺寸,从而建立起预测井底积液雾化的最小采气产量模型。同时结合现有的描述井筒中液滴运
27、动的携液模型,建立了关于井底积液雾化和井筒携液全过程的携液新模型。气体如何脱水: 1、溶剂吸收法利用适当的液体吸收剂以除去气体混合物中的一部分水份,对吸收后的贫溶剂进行脱吸,使溶剂再生循环使用。常用的脱水剂有二甘醇、三甘醇等。2 、固体干燥剂吸附法利用气体在固体表面上积聚的特性,使某些气体组分吸附在固体吸附剂表面,进行脱除。气体组分不同,在固体吸附剂上的吸附能力也有差异,因而可用吸附方法对气体混合物进行净化。工业上常用的固体吸附剂有硅胶、活性氧化铝和分子筛。吸附是在固体表面张力作用下进行的,根据表面张力的性质可将吸附过程分为物理吸附和化学吸附。物理吸附是可逆过程,可用改变温度和压力的方法改变平
28、衡方向,达到吸附剂的再生。目前广泛采用的用分子筛作吸附剂脱除天然气中水分的过程就是物理吸附过程。3、冷冻分离法将一定温度的混合气体在一定压力下通过干燥的、最低温度可达- 20 以下的冷凝器,使混合气体中的水气变成液滴后分离。常用的设备有冷冻干燥器。4、脱水剂 4.1、三甘醇( TEG) 脱水剂甘醇类化合物具有很强的吸水性,其溶液水点较低,沸点高,毒性小,常温下基本不挥发,所以广泛应用于天然气脱水。最先用于天然气脱水的是二甘醇,50 年代后TEG 以良好的性能逐步取代了二甘醇成为最主要的脱水溶剂。TEG 热稳定性好,易于再生,蒸汽压低,携带损失量小,露点降通常为33 - 47 。 4.2、分子筛
29、吸附剂分子筛具有均一微孔结构,能将不同大小的分子分离的一种高效、高选择性的固体吸附剂。分子筛是一种人工合成的无机吸附剂,天然气脱水常用的是4A 和5A ,它是具有骨架结构的碱金属或碱土金属的硅铝酸盐晶体,其分子式为:M2/ nOAl2O3xSiO2yH2O式中:M 某些碱金属或碱土金属离子, 如Li ,Na ,Mg ,Ca 等;n M 的价数;x SiO2 的分子数;y H2O 的分子数。在脱水过程中,分子筛作为吸附剂的显著优点是:具有很好的选择吸附性,也就是说分子筛能按照物质的分子大小进行选择吸附。由于一定型号的分子筛其孔径大小一样,所以一般说来只有比分子筛孔径小的分子才能被分子筛吸附在晶体
30、内部的孔腔内,大于孔径的分子就被筛去。经分子筛干燥后的气体, 一般含水量可达到0.1 10 （- 6）10 10（ - 6） 。具有高效的吸附性。分子筛在低水汽分压、高温、高气体线速度等较苛刻的条件下仍保持较高的湿容量,这是因为分子筛的表面积远大于一般吸附剂,达700900m2/ g。如何处理掉酸性气体:按操作特点、脱酸原理，多种脱酸工艺可分类为：间歇法、化学吸收法、物理吸收法、混合溶剂吸收法、直接氧化法和膜分离法。1、 间歇法 特点：脱酸设备只能批量生产，不能连续生产。 按脱酸气原理可分为：（1）化学反应法：有明显的化学反应，与酸气的反应物不能再生，作为废弃物处置，故仅用于气量小、含酸气浓度
31、低的场合。比如海绵铁法脱除酸气。（2）物理吸附法：没有明显的化学反应，只是单纯的吸附，而且吸附过程可逆。比如用分子筛脱除酸气。2、化学吸收法 在一个塔器内以弱碱性溶液作为吸收剂与酸气反应，生成某种化合物。在另一塔器内，改变工艺条件(加热、降压、汽提等)使化学反应逆向进行，碱性溶液得到再生，恢复对酸气的吸收能力，使天然气脱酸气过程循环连续进行。各种醇胺溶液是化学吸收法中使用最广泛的吸收剂，有一乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、二甘醇胺(DGA)、甲基二乙醇胺(MDEA)和二异丙醇胺(DIPA)等。3、物理吸收法 以有机化合物作为溶剂，在高压、低温下使酸气组分溶解于溶剂内。吸收了酸气的溶剂又在
32、低压、高温下释放酸气，使溶剂恢复对酸气的吸收能力，使脱酸过程循环持续进行。物理溶剂再生时所需的加热量较少，适用于天然气内酸气负荷高，要求同时进行天然气脱水的场合。如冷甲醇法。4、混合溶剂吸收法 以物理溶剂和化学溶剂配制的混合溶剂作为吸收剂，兼有物理吸收和化学吸收剂作用。如：砜胺法。5、直接氧化法 对H2S直接氧化使其转化成元素硫，如：Claus(克劳斯)法。 在天然气工业中常用于天然气脱出酸气的处理，适合于处理流量小、酸气浓度很高的原料气 。6、膜分离法 是利用气体中各组分通过薄膜渗透性能的区别，将某种气体组分从气流中分离和提浓，从而达到天然气脱酸性气的目的。适用于从天然气内分出大量CO2的场
33、合。 H2S的腐蚀机理:温度影响硫化铁膜的成分。通常，在室温下的湿H2S气体中，钢铁表面生成的是无保护性的Fe9S8。在100含水蒸气的H2S中，生成的也是无保护性的Fe9S8和少量FeS。在饱和H2S水溶液中，碳钢在50%下生成的是无保护性的Fe9S8和少量的FeS；当温度升高到100150时，生成的是保护性较好的FeS和FeS2。1暴露时间在硫化氢水溶液中，碳钢和低合金钢的初始腐蚀速率很大，约为0.7mm/a，但随着时间的增长，腐蚀速率会逐渐下降2碳钢和低合金钢在含H2S流体中的腐蚀速率，通常是随着时间的增长而逐渐下降，平衡后的腐蚀速率均很低，这是相对于流体在某特定的流速下而言的。3氯离子
34、在酸性油气田水中，带负电荷的氯离子，基于电价平衡，它总是争先吸附到钢铁的表面，因此，氯离子的存在通常会阻碍保护性的硫化铁膜在钢铁表面的形成.4 CO2 CO2溶于水便形成碳酸，于是使介质的pH下降，增加介质的腐蚀性. 5 硫化氢电化学腐蚀过程 干燥的H2S对金属材料无腐蚀破坏作用，H2S只有溶解在水中才具有腐蚀性。在油气开采中与CO2和氧相比，H2S在水中的溶解度最高。H2S一旦溶于水，便立即电离，使水具有酸性。H2S在水中的离解反应为： 释放出的氢离子是强去极化剂，极易在阴极夺取电子，促进阳极铁溶解反应而导致钢铁的全面腐蚀。H2S水溶液在呈酸性时，对钢铁的电化学腐蚀过程人们习惯用如下的反应式
35、表示： 阳极反应 Fe-2eFe2+ 阴极反应2H+2eHad(钢中扩散)+HadH2 阳极反应的产物Fe2+S2-FeS式中Had钢表面上吸附的氢原子； Hab钢中吸收的氢原子。 阳极反应生成的硫化铁腐蚀产物，通常是一种有缺陷的结构，它与钢铁表面的黏结力差，易脱落，易氧化，它电位较低，于是作为阴极与钢铁基体构成一个活性的微电池，对钢基体继续进行腐蚀。 扫描电子显微镜和电化学测试结果均证实了钢铁与腐蚀产物硫化铁之间的这一电化学电池行为。对钢铁而言，附着于其表面的腐蚀产物(FexSy)是有效的阴极，它将加速钢铁的局部腐蚀。于是有些学者认为在确定H2S腐蚀机理时，阴极性腐蚀产物(FexSy)的结构
36、和性质对腐蚀的影响，相对H2S来说，将起着更为主导的作用。腐蚀产物主要有Fe9S8，Fe3S4，FeS2，FeS。它们的生成是随pH、H2S浓度等参数而变化。其中Fe9S8的保护性最差，与Fe9S8相比，FeS和FeS2具有较完整的晶格点阵，因此保护性较好。 6 硫化氢导致氢损伤过程 H2S水溶液对钢材电化学腐蚀的另一产物是氢。被钢铁吸收的氢原子，将破坏其基体的连续性，从而导致氢损伤。在含H2S酸性油气田上，氢损伤通常表现为硫化物应力开裂(SSCC)、氢诱发裂纹(HIC)和氢鼓泡(HB)等形式的破坏。 H2S作为一种强渗氢介质，是因为它本身不仅提供氢的来源，而且还起着毒化作用，阻碍氢原子结合成氢分子的反应，于是提高了钢铁表面氢浓度，其结果加速了氢向钢中的扩散溶解过程。超过多少称为高含硫气藏根据1995年中国石油天然气总公司发布的SY/T6168-1995气藏分类的明确规定 见表 含硫化氢气藏分布表硫化氢含量微含硫气藏低含硫气藏中含硫气藏高含硫气藏特高含硫气藏硫化氢气藏g/m30.020.025.0530301501507700.00130.00130.30.322101050根据表格可以看出30150 g/m3可以认定为高含硫气藏
