采氣工程第二章烴類流體相態(tài)課件

采氣工程第二章烴類流體相態(tài)2024/4/16采氣工程第二章烴類流體相態(tài)?#?主要內容一、

烴類流體相態(tài)特性二、油氣體系氣液平衡計算三、實際氣體狀態(tài)方程和熱力學性質四、重餾分特征化五、相態(tài)法氣藏類型判別簡介采氣工程第二章烴類流體相態(tài)?#?相態(tài)的幾個基本概念多組分烴類流體相態(tài)變化和原理氣液平衡的物料和熱力學平衡的基本概念氣液平衡計算的基本步驟實際氣體狀態(tài)方程的基本結構重餾分特征化基本原理本章掌握重點采氣工程第二章烴類流體相態(tài)?#?一、烴類流體相態(tài)特性（一）基本概念體系相組分組成自由度相平衡化學位逸度采氣工程第二章烴類流體相態(tài)?#?1、體系體系是在一定范圍內一種或幾種定量的物質

體系和環(huán)境是相對的范圍是研究時劃定的環(huán)境和體系密切相關 研究的范圍確定了體系中的物質及物質量，也確定了環(huán)境和體系的關系體系分類可分為單組分體系和多組分體系孤立體系與環(huán)境無能量和物質交換封閉體系與環(huán)境僅有能量交換、無物質交換敞開體系與環(huán)境既有能量交換、又有物質交換井口保護器井口裝置閥座

錐形閥

彈簧

孔板壓座

外殼

芯子

孔板

水氣采氣工程第二章烴類流體相態(tài)?#?2、相體系內任何均一的部分體系總是由一定數(shù)目的相構成相有氣、液、固三種，可以不連續(xù)存在（如：干冰可由固相直接到氣相）相與相之間存在界面任何一相都能與體系的其它均勻部分分開3、組分構成體系的各種純物質可以是單質也可以是化合物各物質之間無化學反應純水鹽水采氣工程第二章烴類流體相態(tài)?#?5、自由度在不改變平衡體系中原有平衡相數(shù)的條件下可獨立改變的量天然氣中一般為壓力、溫度、濃度、組成等當某一參數(shù)改變引起相數(shù)的改變，則該參數(shù)不是獨立變量鹽水體系中構成某種物質（組分）的含量或比例天然氣中一般用摩爾百分比表示體系中各組分的組成摩爾百分比的加和等于14、組成采氣工程第二章烴類流體相態(tài)?#?6、化學位控制物質傳遞的強度位能它實際上是體系某種物質的偏摩爾內能（內能確定了分子運動速度）當有多相存在時，它決定了某種組分在一相到另一相的傳遞強度概念抽象、難于具體化和計算。7、相平衡體系中各組分在相與相之間的遷移傳遞速度相等時的狀態(tài)。遷移速度受化學位控制相平衡時，某組分在各相中的化學位相等（相平衡熱力學條件）8、逸度●校正了的壓力，它是人們在實現(xiàn)由熱力學變量（化學位）向物理測量變量轉換的一種概念工具。它直接將數(shù)學上的抽象量與實際的可以測量的普通強度量相聯(lián)系起來。等價化學位

逸度系數(shù)可由狀態(tài)方程計算（對理想氣體混合物其值位1.0）鹽水相平衡時，某組分在各相中的逸度相等為相平衡的另一種熱力學判定條件。平衡常數(shù)

鹽水采氣工程第二章烴類流體相態(tài)?#?(二）單組分和多組分烴類單一烴類組分相態(tài)特征多組分烴類體系相態(tài)特征多組分體系的反轉凝析現(xiàn)象常見氣藏的P-T相圖采氣工程第二章烴類流體相態(tài)?#?1、單一烴類組分相態(tài)特性理論和實驗研究同時表明，對于同一純物質存在以下關系

它表明圖解上述函數(shù)關系需要三維空間。在實際應用中三維空間難于應用實際經(jīng)常使用的是：

壓力-溫度投影圖（

簡稱P—T圖）

壓力-體積投影圖（

簡稱P—V圖）BCD液氣、液兩相區(qū)氣臨界點T<TcT>TcT=TcP單組分體積VBCD液氣、液兩相區(qū)氣臨界點T<TcT>TcT=TcP多組分體系體積V采氣工程第二章烴類流體相態(tài)?#?1、單一烴類組分相態(tài)特性理論和實驗研究同時表明，對于同一純物質存在以下關系

它表明圖解上述函數(shù)關系需要三維空間。在實際應用中三維空間難于應用實際經(jīng)常使用的是：

壓力-溫度投影圖（

簡稱P—T圖）

壓力-體積投影圖（

簡稱P—V圖）單一組分烴類體系的相態(tài)研究已經(jīng)揭示了相平衡的許多重要特性。無論體系多么復雜，多相共存、蒸氣壓、臨界點、連續(xù)單相區(qū)等重要概念將會應用到任一體系。臨界點：氣液相內涵性質相同的點，這時氣液兩相共存。臨界參數(shù)：Pc，Tc，ρc，Zc，Vc正常相變：P衡定，T升高，液相全變?yōu)闅庀?。T衡定，P下降，液相也會全變?yōu)闅庀唷Ｌ攸c：無兩相區(qū)，是一個急變過程。采氣工程第二章烴類流體相態(tài)?#?2、多組分烴類體系相態(tài)特征單一組分與多組分體系的基本區(qū)別在于：體系中每增加一個組分就要增加一個自由度。我們必須規(guī)定附加的變量來確定體系的狀態(tài)。對于一個含有N個組分的體系，其描述方程為：

由此可見，多組分體系不可能用三維空間來描述一個完整的體系。采氣工程第二章烴類流體相態(tài)?#?兩相共存的最高壓力泡點線露點線等液量線氣藏類型-相圖法：

干氣藏：TReseroir

Tm濕氣藏：TReservoir

Tm，但地面分離條件落在兩相區(qū)凝析氣藏：Tc＜TReservoir＜Tm，Tc——臨界凝析溫度Pc——臨界凝析壓力3、多組分體系的反轉凝析現(xiàn)象在純組分體系中，當?shù)葴貕嚎s或等壓降溫時，都會導致有液體的凝析產(chǎn)生。

在多組分體系中則常常出現(xiàn)和這相反的逆變現(xiàn)象，即在等溫降壓或等壓升溫的情況下，反而會引起液體的凝析。

天然氣體系中凝析氣體系特有的現(xiàn)象2、多組分烴類體系P-T相圖及特征兩相共存的最高溫度采氣工程第二章烴類流體相態(tài)?#?3、常見氣藏的P-T相圖干氣氣藏P-T相圖示意圖C濕氣藏P-T相圖示意圖Csep典型特點：干氣在任何環(huán)節(jié)不產(chǎn)生液烴濕氣在分離器有液烴產(chǎn)生凝析氣在地下、井筒和分離器均有液烴產(chǎn)生采氣工程第二章烴類流體相態(tài)?#?二、氣液平衡及相圖計算(一)相平衡計算的基本概念及應用(二)油氣體系氣液平衡計算物料平衡方程(三)油氣體系氣液平衡時熱力學平衡方程(四)相平衡計算的常用數(shù)學模型(五)相圖計算采氣工程第二章烴類流體相態(tài)?#?1、相平衡體系中各組分在相與相之間的遷移傳遞速度相等時的狀態(tài)

對任一組分，氣相分子進入液相的速度和液相分子進入氣相的速度相等。特點：P、T一定，平衡時各相組成不變,是一個動態(tài)平衡。液/xi汽/yi2、相平衡常數(shù)(平衡分配比)定義：平衡時，組分i在氣相和液相中的摩爾分數(shù)之比。公式：計算方法：收斂壓力法狀態(tài)方程法3、相平衡計算模型的原理相平衡相平衡時，某組分在各相中的化學位相等

組分i的氣相逸度應與液相逸度相等fvi

=fLo,i=1,2,…n逸度單位：與壓力單位相同用途：判斷氣液兩相是否達到平衡的可測工具或稱參數(shù)。

等價化學位

逸度系數(shù)可由狀態(tài)方程計算Question：Howtocalculatecompositionofeverycomponentinsystem?（一）氣液平衡計算基本概念及應用采氣工程第二章烴類流體相態(tài)?#?(二)油氣體系氣液平衡計算物料平衡方程（1）假設條件體系處于氣液相平衡等組成膨脹，孔隙定容體系溫度保持恒定不考慮油氣接觸介質的影響

液/xi汽/yi（2）數(shù)學模型（物料平衡方程）

設對于一混合烴類體系，取1mol的物質作為分析單元，那么當其處于任一氣液兩相平衡狀態(tài)對應有以下特性（數(shù)學描述）：①平衡氣液相的摩爾分量V和L分別在0和1之間變化，且滿足歸一化條件：V+L=1.0②平衡氣、液相的組成應分別滿足歸一化條件：或表示為：③平衡氣、液相中的各組分的量之和應分別等于各自總的量的大?。孩芷胶鈿狻⒁合嘀腥我唤M分的分配比例用平衡常數(shù)描述：烴類混合體系中i組分的摩爾組成采氣工程第二章烴類流體相態(tài)?#?(二)油氣體系氣液平衡計算物料平衡方程采氣工程第二章烴類流體相態(tài)?#?目標：求在給定壓力和溫度條件下得氣、液兩相的摩爾分量及組成解法：物料平衡方程是高度非線性方程，一般采用迭代法求解（如：牛頓迭代法）。如何利用物料平衡方程求解相平衡問題？V的初值：進料為液相，可使初值小于0.5；進料為氣相，可使初值大于0.5收斂判據(jù)：物料平衡方程的牛頓迭代法要求得平衡氣液相的摩爾分量和組成，關鍵的參數(shù)是氣液兩相的平衡常數(shù)Ki，只要能準確知道氣液平衡狀態(tài)下各組成的平衡常數(shù)，就能進行氣液平衡計算。

那么氣液兩相平衡時其熱力學條件和平衡常數(shù)有什么關系呢？采氣工程第二章烴類流體相態(tài)?#?1、氣液平衡常數(shù)與氣液相逸度的關系2、逸度系數(shù)與逸度、壓力和組成的關系3、氣液相平衡熱力學方程組相平衡計算的熱力學平衡條件方程組為：液/xi汽/yi（三）油氣體系氣液平衡時熱力學平衡方程采氣工程第二章烴類流體相態(tài)?#?油氣體系相平衡的統(tǒng)一數(shù)學模型：物料平衡方程組熱力學平衡條件其中的露點、泡點和閃蒸模型均可從該模型導出通過該模型的變化。可計算體系的露點線、泡點線、等液量線液/xi汽/yi解釋（四）、相平衡計算的常用數(shù)學模型采氣工程第二章烴類流體相態(tài)?#?采氣工程第二章烴類流體相態(tài)?#?①對Pd賦初值②對Ki賦初值③計算組成xi④計算逸度fLi，fVi

⑤計算平衡常數(shù)Ki⑥平衡條件檢查，即：|fLi-fVi|＜ε⑦檢查露點是否收斂汽/yi解釋露點計算步驟：采氣工程第二章烴類流體相態(tài)?#?2、泡點計算于是泡點狀態(tài)氣相的組成歸一化條件為：泡點定義：第一個氣泡剛好析出時的狀態(tài)。計算泡點就是計算泡點壓力或泡點溫度。液/xi汽/yi計算步驟和露點計算相似采氣工程第二章烴類流體相態(tài)?#?3、氣液平衡計算

（天然氣地面工程中又稱平衡冷凝）氣液平衡計算方程組建立氣液平衡計算滿足的條件氣液平衡計算方法采氣工程第二章烴類流體相態(tài)?#?①對每個Ki賦初值。如用Willson公式賦初值②用牛頓迭代法求解平衡冷凝方程，確定V③計算組成xi，yi④用狀態(tài)方程計算逸度fLi，fVi

⑤計算平衡常數(shù)Ki⑥對每個組分檢查平衡條件是否收斂，條件：|fLi-fVi|＜ε輸入P、T、zi初值Ki物質平衡計算VL、V、xi、yi計算Ki計算ZL、ZV計算fLi、fVi

|fLi-fVi|＜ε?NY氣液平衡計算步驟：采氣工程第二章烴類流體相態(tài)?#?定義：平衡冷凝是氣體冷卻到一定P、T下達到的平衡。（1）平衡冷凝方程①總物料平衡方程F=V+L（Kmol/h）液化率：e=L/F汽化率：1-e=V/F②組分i的物料平衡方程③平衡冷凝方程其基本計算步驟和氣液平衡計算是一樣的，因為液化率相當于液相摩爾分數(shù)4、地面工程中的平衡冷凝計算采氣工程第二章烴類流體相態(tài)?#?該方法為便于用矩陣形式采用牛頓迭代法計算，把物質平衡方程組中的第n+1個方程用壓力的形式表示出來：露點計算：

泡點計算：

等溫閃蒸：（四）常用的第二類相平衡計算數(shù)學模型采氣工程第二章烴類流體相態(tài)?#?三、實際氣體狀態(tài)方程和熱力學性質重點和難點(1)*EOS的壓力形式：(2)*EOS的Z因子形式(3)*用狀態(tài)方程進行逸度計算采氣工程第二章烴類流體相態(tài)?#?其最大的成功之處在于:

(1)第一次導出了滿足臨界點條件，且對V是簡單的三次方型狀態(tài)方程狀態(tài)方程有明確的物理意義(2)通過與（Andrews）實測CO2體系臨界等溫線對比，首次用狀態(tài)方程闡明氣液兩相相態(tài)轉變的連續(xù)性(3)提出了兩參數(shù)對比態(tài)原理(4)建立和發(fā)展能同時精確描述平衡氣液兩相相態(tài)行為的狀態(tài)方程是可能的

存在的問題：(1)僅對理想氣體做了簡單的修正，引入a和b時忽略了實際分子幾何形態(tài)和分子不對稱性及溫度對壓力的影響；(2)其理論臨界壓縮因子為0.375，遠大于實測值0.292至0.264，僅適用于簡單的球形對稱的非吸性分子體系。采氣工程第二章烴類流體相態(tài)?#?目前在狀態(tài)方程改進，主要發(fā)展方向：(1)基于統(tǒng)計熱力學正則分配函數(shù)理論發(fā)展(2)由統(tǒng)計熱力學剛球擾動理論發(fā)展(3)按摩爾密度展開級數(shù)并結合統(tǒng)計熱力學發(fā)展(4)基于溶液活度理論發(fā)展(5)根據(jù)分子熱力學建立偏心硬球模型對VanderWaals方程做半經(jīng)驗半理論改進前三類有較嚴密的理論基礎，但由于結構復雜，實際應用上存在一些困難活度理論在描述氣液平衡方面不能令人滿意第五類方程目前用得最為廣泛（主要介紹PR、SRK–EOS）采氣工程第二章烴類流體相態(tài)?#?（1）壓力形式

1961ＳＲＫ從分子物理學角度、用非球形不對稱分子間相互作用位能（引力和斥力）與簡單球形對稱非極性分子間的位能偏差來改進：

1、SRK—EOS對含弱極性組分的非烴－烴混合體系計算有改善。對含H2S的油氣體系誤差較大。采氣工程第二章烴類流體相態(tài)十五863子課題驗收匯報?#?十五863子課題驗收匯報Z的三次方型狀態(tài)方程將ＰＶ＝ｚＲＴ的Ｖ代入SRK的壓力方程:式中：A=f（P,T,yi），B=f（P,T,yi）(2)SRK方程的Z因子型式采氣工程第二章烴類流體相態(tài)?#?（3）混合體系的SRK方程kij——組分i和j的二元交互作用系數(shù)SRK-EOS逸度系數(shù)采氣工程第二章烴類流體相態(tài)?#?1976年Peng和Robinson等人對VDW、RK、SRK進行了改進，它兩個方面進行了思考?(1)VDW方程的斥力項，從簡單性和實用性來講，任然是目前較好的；(2)對引力項和分子密度作出了深入的分析，給出了引力項更好的結構2、PR-EOS采氣工程第二章烴類流體相態(tài)?#?（1）壓力形式采氣工程第二章烴類流體相態(tài)?#?(2)PR-EOS的Z因子形式及逸度方程采氣工程第二章烴類流體相態(tài)?#?已知：Ｐ、Ｔ、ｙi

求：ｚ和體積特性(Vm、ν、ρm、ρg)對根的討論：在氣相區(qū)存在一個實根液相區(qū)存在一個實根兩相區(qū)存在三個實根。對氣相組成yi取Vmmax計算zmax，對液相組成xi取Vmmin計算zmin，中間根無意義。z3型方程的解法：牛頓迭代法牛頓迭代(如SRK）初值怎樣??？對氣相yi→zg：z0＝1;對液相xi→zl：z0＝03、ｚ三次方型狀態(tài)方程求解采氣工程第二章烴類流體相態(tài)?#?四、重餾分特征化問題的提出色譜組成準確分析：N2，CO2，H2S，C1，C2，C3,iC4,nC4,iC5,nC5,C6色譜組成不能準確分析：C7，C8，…,C44+處理方法擬組分化：把不易準確測定的第n個組分以后的所有組分合并成一個假的“單一組分”，稱為擬組分

引出新的問題如何正確確定擬組分的Tc,Pc,等相平衡計算所需的熱力學性質=》引出重餾分特征化處理技術采氣工程第二章烴類流體相態(tài)?#?（1）經(jīng)驗關聯(lián)式方法：根據(jù)實驗測定的熱力學性質數(shù)據(jù)建立經(jīng)驗關聯(lián)式，用所建立的經(jīng)驗關聯(lián)式預測重餾分的熱力學性質（2）等效碳原子數(shù)關聯(lián)法：把烴類同系物的碳原子數(shù)在數(shù)值上看成是連續(xù)分布的，將Cn+的熱力學參數(shù)與之等效處理，即把Cn+等效為相同碳原子數(shù)的烴類同系物進行其熱力學參數(shù)的預測四、重餾分特征化（3）連續(xù)熱力學分布函數(shù)方法：通過高精度的色譜分析測定有代表性的油氣烴類體系的組成，用概率分布模型描述Cn+中各個單碳數(shù)組分的組成分布規(guī)律，建立其熱力學性質預測模型（4）以相態(tài)實驗數(shù)據(jù)為目標的最優(yōu)化擬合方法：通過對油氣體系相態(tài)實驗數(shù)據(jù)的擬合計算，獲得與體系相匹配的Cn+熱力學參數(shù)采氣工程第二章烴類流體相態(tài)?#?1、經(jīng)驗關聯(lián)式法以Edmister的經(jīng)驗關聯(lián)式為例式中：Pa-大氣壓；Pc-臨界壓力，MPa。Tb-正常沸點；Tc-臨界溫度，K采氣工程第二章烴類流體相態(tài)十五863子課題驗收匯報?#?十五863子課題驗收匯報2、基于連續(xù)熱力學理論的等效碳原子數(shù)法等效碳原子數(shù)概念將Cn+重餾分的正常沸點，分子量，比重和臨界性質等熱力學參數(shù)與烴類體系同系物的參數(shù)作比較，可得到一個整數(shù)或非整數(shù)碳原子數(shù)的“烴類同系物”與之等效。我們把這一碳原子數(shù)稱為Cn+的等效碳原子數(shù)。等效碳原子數(shù)關聯(lián)方法的思路

根據(jù)等效碳原子數(shù)的概念，先將正構烷烴同系物的熱力學參數(shù)關聯(lián)為其碳原子數(shù)的經(jīng)驗公式，再設法求出Cn+重餾分的等效碳原子數(shù)，然后借用正構烷烴同系物的經(jīng)驗公式即可求得其熱力學參數(shù)碳原子數(shù)Cn5101520253035404556048040032024016080Cn=(M+4.028)/13.997采氣工程第二章烴類流體相態(tài)十五863子課題驗收匯報?#?十五863子課題驗收匯報式中：Tc-臨界溫度，K051015205.04.03.02.01.00.0Pc碳原子數(shù)Cn式中：Pc-臨界壓力，MPa等效碳原子數(shù)關聯(lián)方法采氣工程第二章烴類流體相態(tài)十五863子課題驗收匯報?#?十五863子課題驗收匯報0.80.60.40.2005101520碳原子數(shù)Cn2、基于連續(xù)熱力學理論的等效碳原子數(shù)法采氣工程第二章烴類流體相態(tài)十五863子課題驗收匯報?#?十五863子課題驗收匯報3、基于連續(xù)熱力學理論的分布函數(shù)方法基本思路

準確測定有代表性的黑油，揮發(fā)油和凝析氣中Cn+重餾分中各個單碳數(shù)組分的組成含量=》組分的延伸分析（C7~C45+）把分析結果繪制成分子量（或碳原子數(shù)）與組成關系的概率分布曲線，建立相應的概率分布數(shù)學模型用組成與分子量之間的概率分布模型預測一般油氣體系Cn+重餾分中單碳數(shù)組分的延伸及其熱力學性質采氣工程第二章烴類流體相態(tài)十五863子課題驗收匯報?#?十五863子課題驗收匯報Cn+中各單碳數(shù)組分M與zi關系的分布曲線1.00.10.010.001100200300400500MMiMi+1zi/zn+3、基于連續(xù)熱力學理論的分布函數(shù)方法采氣工程第二章烴類流體相態(tài)十五863子課題驗收匯報?#?十五863子課題驗收匯報Cn+中各單碳數(shù)組分M與zi關系的概率密度分布曲線0.010.0100200300400500M0.008

0.006

0.0040.002p(M)

zi=zc7+·AREA

P(M)----PROBABILITYDENSITYFUNCTION3、基于連續(xù)熱力學理論的分布函數(shù)方法采氣工程第二章烴類流體相態(tài)十五863子課題驗收匯報?#?十五863子課題驗收匯報重餾分中各延伸組分應滿足物質平衡關系組成分布平衡：各延伸組分組成含量總和等于重餾分的組成組成分布平衡分子量分布平衡密度分布平衡3、基于連續(xù)熱力學理論的分布函數(shù)方法采氣工程第二章烴類流體相態(tài)十五863子課題驗收匯報?#?十五863子課題驗收匯報分子量分布平衡：各延伸組分分子量總和等于重餾分的分子量3、基于連續(xù)熱力學理論的分布函數(shù)方法密度分布平衡：各延伸組分密度總和等于重餾分的密度

的分子量

重餾分中最大碳數(shù)組分

的分子量

重餾分中最小碳數(shù)組分

重餾分的摩爾組成

式中

-

-

-

-

-

-

+

N

n

n

C

C

C

M

M

r

采氣工程第二章烴類流體相態(tài)十五863子課題驗收匯報?#?十五863子課題驗收匯報分布模型：M~zi關系滿足三參數(shù)伽瑪概率密度分布模型式中：p(M)--組成的概率密度分布函數(shù)M--分子量--Cn+重餾分中最小碳數(shù)組分的分子量--確定分布曲線形態(tài)的特征參數(shù)3、基于連續(xù)熱力學理論的分布函數(shù)方法8888880.010.0100200300400500M0.0080.0060.0040.002p(M)

zi=zc7+·AREA之間的關系=>式中：Cn--Cn+重餾分中最小起始碳原子數(shù)Mcn+--Cn+重餾分的平均分子量，由實驗測定給出形態(tài)特征參數(shù)采氣工程第二章烴類流體相態(tài)十五863子課題驗收匯報?#?十五863子課題驗收匯報分布函數(shù)法Cn+重餾分單碳數(shù)組分延伸的表征累積概率分布函數(shù)累積概率分布函數(shù)的解析式3、基于連續(xù)熱力學理論的分布函數(shù)方法各延伸組分組成分布各延伸組分組成分布的解析式式中：i=n,n+1,……N(=45)采氣工程第二章烴類流體相態(tài)十五863子課題驗收匯報?#?十五863子課題驗收匯報咖嗎函數(shù)的計算!咖嗎函數(shù)的遞推關系!結束遞推計算的精度設置3、基于連續(xù)熱力學理論的分布函數(shù)方法采氣工程第二章烴類流體相態(tài)十五863子課題驗收匯報?#?十五863子課題驗收匯報重餾分特征化處理過程對Cn+中各單碳數(shù)組分進行延伸處理（Spliting)對各單碳數(shù)組分的熱力學性質進行關聯(lián)計算對延伸后的單碳數(shù)組分進行擬組分化劈分處理(Lumping)（1）Cn+重餾分的延伸目的：根據(jù)概率密度函數(shù)分布規(guī)律，模擬色譜分析過程將Cn+中各單碳數(shù)組分從起始碳數(shù)開始延伸到某一高碳數(shù)。一般是延伸到C45+。意義：用于預測各個單碳數(shù)組分的mole組成和熱力學性質。3、基于連續(xù)熱力學理論的分布函數(shù)方法采氣工程第二章烴類流體相態(tài)十五863子課題驗收匯報?#?十五863子課題驗收匯報（1）Cn+重餾分的延伸方法:根據(jù)概率密度函數(shù)分布規(guī)律，以實測的Cn+重餾分平均分子量Mcn+，平均比重rcn+和組成zcn+為目標函數(shù)進行擬合計算，以獲得各個單碳數(shù)組分的組成含量和分子量步驟A:設兩個相鄰單碳數(shù)組分的分子量分別為Mi和Mi+1,則分子量介于Mi和Mi+1之間的組分的mole含量為：

式中：i=n,n+1,…,N,表示碳原子數(shù)。其選取視精度要求而定，一般最小碳數(shù)n可取為7或11；最高碳數(shù)N可取為45。3、基于連續(xù)熱力學理論的分布函數(shù)方法采氣工程第二章烴類流體相態(tài)十五863子課題驗收匯報?#?十五863子課題驗收匯報B延伸后的各單碳數(shù)的組成需滿足以下目標函數(shù)式中：Mi--第i個單碳數(shù)組分的分子量ri--第i個單碳數(shù)組分的比重C根據(jù)Watson特征常數(shù)的定義和Riazi-Daubert理論，可得以下關系式：（1）Cn+重餾分的延伸為了求解前述目標函數(shù)，需要確定的參數(shù)有n,N,Mcn+,γcn+,Zcn+,以及Mi,Tbi和γi三組數(shù)據(jù)中的任何一組。其中Mcn+,γcn+,Zcn+,由實驗測定，若以Mi為調節(jié)變量，則可取正構烷烴的分子量為初值。實際計算中，可采用正割法對Mi,Tbi或ri進行迭代，而使的解就可以求出各延伸的單碳數(shù)組分的zi/zcn+,Mi,ri和Tbi等參數(shù)。采氣工程第二章烴類流體相態(tài)十五863子課題驗收匯報?#?十五863子課題驗收匯報（2）各延伸的單碳數(shù)組分熱力學性質的計算選擇相適應的經(jīng)驗關聯(lián)式

與各單碳數(shù)組分之間的二元交互作用系數(shù))為

式中：

C

(

0668

.

0

14

.

0

1

]

/

)

/

lg(

[

7

3

)

472

(

10

71589

.

1

)

472

(

10

53028

.

5

0629

.

19

1

1

1

2448

.

4

86618

.

3

11

3596

.

0

3125

.

2

6

3596

.

0

5885

.

0

ci

c

i

ci

c

bi

ci

a

ci

i

bi

i

bi

ci

bi

i

bi

ci

i

bi

ci

k

k

T

T

P

P

K

T

T

P

K

T

T

P

T

T

-

-

-

-

-

=

-

=

>

×

=

<

×

=

=

γ

w

γ

γ

γ

采氣工程第二章烴類流體相態(tài)十五863子課題驗收匯報?#?十五863子課題驗收匯報（3）各延伸組分的擬組分化處理目的

把延伸的單碳數(shù)組分按一定規(guī)則劃分合并成幾個擬組分，以便在保證計算精度的情況下減少相平衡計算的工作量。方法

選擇一組擬組分化的劈分規(guī)則擬組分個數(shù)的確定：式中：n，N分別為單碳數(shù)組分的最小和最大碳數(shù)各擬組分劃分的分界分子量用Kay規(guī)則進行各擬組分熱力學參數(shù)的計算

采氣工程第二章烴類流體相態(tài)十五863子課題驗收匯報?#?十五863子課題驗收匯報(4)連續(xù)熱力學分布函數(shù)方法綜合評述（1）分布模型的合理性:咖瑪函數(shù)概率分布模型假定分子量與摩爾分數(shù)之間存在連續(xù)關系，因此不是反映色譜組成分析結果的真實物理模型，但是在數(shù)值上合理（2）擬組分數(shù)目的合理性:對于一給定的油氣體系，需要劃分多少個擬組分才能精確預測其相平衡特性？一般情況下，擬組分數(shù)目越多，計算結果應越精確。但并不盡然，因為影響計算精度的除了擬組分的個數(shù)外，還有擬組分劃分方案的合理性。重點是擬組分劃分方案的合理性，這需選擇合適的混合規(guī)則。通常劃分的擬組分數(shù)為3個。（3）混合規(guī)則的選擇:CurtisH.Whitson在“CharacterizingHydrocarbonPlusFractions”(Soc.Pet.Eng.J.(Aug.1983)683-694)一文中同時給出了Kay規(guī)則法和平均沸點法兩種混合規(guī)則。經(jīng)對比計算，表明兩種混合規(guī)則的計算結果相差不大，但Kay規(guī)則法較為簡單，故常用。（4）基礎數(shù)據(jù)的選擇:在進行重餾分單碳數(shù)組分的延伸時，可以選擇單碳數(shù)組分的分子量Mi,正常沸點Tbi，比重ri中的任一組數(shù)據(jù)為基礎，各自的延伸結果不同，但對油氣體系相平衡計算結果影響不大。采氣工程第二章烴類流體相態(tài)十五863子課題驗收匯報?#?十五863子課題驗收匯報4、基于相態(tài)實驗數(shù)據(jù)的最優(yōu)化擬合方法問題的提出應用狀態(tài)方程方法進行油氣藏流體相態(tài)模擬計算，必須能明確給出模擬所需的各烴類組分的計算參數(shù)如分子量，臨界溫度，臨界壓力，偏心因子，以及狀態(tài)方程的可調參數(shù)，二元交互作用系數(shù)kij等。根據(jù)前面的分析，一般對于低碳原子數(shù)組分和非烴類氣體，都有準確數(shù)據(jù)可查并可存儲在計算程序中供計算選擇；但對于高碳數(shù)（如Cn+重餾分）組分，雖經(jīng)過重餾分特征化處理后可得到初始數(shù)據(jù)，但直接使用初始數(shù)據(jù)計算可能會產(chǎn)生較大的誤差。因此在進行完整的相平衡計算之前，需通過對相態(tài)實驗數(shù)據(jù)的擬合來調整重餾分的熱力學參數(shù)，以便使計算結果更好地符合實驗數(shù)據(jù)而達最佳匹配。擬合計算一般采用兩種方法。一是自動擬合法，即以實測相態(tài)數(shù)據(jù)為目標函數(shù)，采用非線性回歸方法如單純形最優(yōu)化擬合等方法進行熱力學參數(shù)的匹配；二是采用經(jīng)驗法，即憑人工對各種熱力學參數(shù)對計算過程的敏感性的認識，確定參數(shù)的調整范圍，通過多次試湊計算，以獲得與實驗數(shù)據(jù)相匹配的結果。兩種方法各有其優(yōu)劣，實用時常先采用人工法進行快速試湊以逼近收斂域，然后通過非線性回歸計算得到精確值。采氣工程第二章烴類流體相態(tài)十五863子課題驗收匯報?#?十五863子課題驗收匯報非線性回歸目標函數(shù)的建立式中：F(X1,X2,…,Xn)--目標函數(shù)；X1,X2,…,Xn--所選擇的擬合變量(Tcn+，Pcn+,等）；Wi--第i個擬合變量的權重；Yci,Yei--分別為計算和實測的相態(tài)參數(shù)(如露點壓力，泡點壓力，反凝析油飽和度，采收率等)。4、基于相態(tài)實驗數(shù)據(jù)的最優(yōu)化擬合方法擬合變量的選擇：體系中重餾分的臨界溫度，臨界壓力，偏心因子和重餾分與C1H4的二元交互作用系數(shù)。狀態(tài)方程中可調的等參數(shù)擬合目標變量（實測相態(tài)數(shù)據(jù)）的選擇:實測的油氣體系露點壓力，泡點壓力；等組成膨脹，定容衰竭，地面分離器閃蒸等數(shù)據(jù)。采氣工程第二章烴類流體相態(tài)十五863子課題驗收匯報?#?十五863子課題驗收匯報五、氣藏類型相態(tài)判別法簡介相圖特征皮家PK3井相圖（Psept＝1.62Mpa，Tsept＝32℃）

采氣工程第二章烴類流體相態(tài)十五863子課題驗收匯報?#?十五863子課題驗收匯報相圖特征皮家SN92井相圖（Psept＝1.50MPa，Tsept＝32℃）采氣工程第二章烴類流體相態(tài)十五863子課題驗收匯報?#?十五863子課題驗收匯報相圖特征皮家SN139井相圖（Psept＝2.00MPa，Tsept＝30.0℃）

采氣工程第二章烴類流體相態(tài)十五863子課題驗收匯報?#?十五863子課題驗收匯報油氣藏類型的經(jīng)驗判斷相圖判別法根據(jù)分離器處的壓力、溫度和等溫降壓線得出皮家氣藏為濕氣藏采氣工程第二章烴類流體相態(tài)十五863子課題驗收匯報?#?十五863子課題驗收匯報油氣藏類型的經(jīng)驗判斷φ1參數(shù)判別法井號參數(shù)名

PK3SN92SN139φ1

182.60263.5196.15油氣藏類型無油環(huán)凝析氣藏各井φ1參數(shù)值

φ1=（C2/C3）+（C1+C2+C3+C4）/C5+

80＜φ1＜450采氣工程第二章烴類流體相態(tài)十五863子課題驗收匯報?#?十五863子課題驗收匯報油氣藏類型的經(jīng)驗判斷地面生產(chǎn)氣油比和油罐油密度判別法氣油比（m3/m3）油罐油密度（g/cm3）油氣藏類型<35>0.966重質油藏35～1250.825～0.966普通黑油油藏125