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专利号: 2022112428857
申请人: 东北石油大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-05-17
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种提高凝析油气井筒举升效率的方法,其特征在于包括如下步骤:步骤一、构建凝析油多相体系气相实际状态方程:

3 2 2

Z‑Z+(A‑B‑B)Z‑AB=0

其中,Z为组分压缩因子;以混合规则从相应的纯组分参数为基础,定义两个关于凝析油多相体系烃类组分性质的压缩因子参数 和 同时利用混合规则获取参数am、bm分别为:

式中,xi为各液相烃类组分的摩尔分数;yi为各气相烃类组分的摩尔分数;Ψi和aij为混合规则中二元相互作用体系组分的相关系数,且kij为二元相互作用系数;am和bm为凝析油多相体系的混合规则参数;ai为凝析油多相体系中第i种烃类组分的基本状态方程参数;aj为凝析油多相体系中第j种烃类组分的基本状态方程参数;αi为凝析油多相体系中第i种烃类组分的气体状态方程修正参数;αj为凝析油多相体系中第j种烃类组分的气体状态方程修正参数;

步骤二、定量表征考虑凝析油多相体系气液平衡状态的饱和蒸汽压;

sat L

式中:P 为凝析油多相体系饱和蒸汽压,Pa;Ki为各烃类组分的气液平衡常数;fi为各烃类组分的液相逸度; 为各烃类组分的气相逸度系数;xi为液相中各组分摩尔占比;

步骤三、凝析油多相体系中二元相互作用系数与气液平衡常数的关联;

在凝析油多相体系达到气液平衡状态时,各烃类组分气液平衡常数的迭代式:式中,γi为液相中i组分的活度系数;P为平衡分离压力,Pa;

E E

同时假设混合过程S=0和V =0,由正规溶液理论推导出液相中各烃类组分的活度系数公式为:L 3

式中,Vi为凝析油多相体系中第i种烃类液态纯组分的摩尔体积,cm/mol; 为凝析油多相体系中第j种烃类组分的体积分数,且j≠i;δj为凝析油多相体系中第j种烃类组分的

0.5 1.5

溶解参数,j .cm ; 为凝析油多相体系除第i种烃类组分之外的溶解参数均值;

气相各烃类组分逸度的相关式:

而:

式中,A0到A9为混合体系的相关参数,可查取;ωi为偏心因子; 为各纯液态组分在体系温度和压力下的逸度系数;Pri为各纯液态组分的对比压力; 和 为普遍化公式的中间参数;

将上述γi、 参数值带入各烃类组分气液平衡常数的迭代式进行多元变量降维,由于压缩因子参数A、B中存在二元相互作用系数变量,则此凝析油多相体系各烃类组分的气液平衡常数降维后成为二元相互作用系数的一元函数,即用以实现表征凝析油多相体系相平衡状态的气液平衡常数受二元相互作用系数单一变量控制;

步骤四、确定凝析油多相体系中各烃类组分对应C7+虚拟组分的最佳二元相互作用系数;

最终饱和蒸汽压误差表示为:

根据此误差公式,在0.01到0.50范围内不断对二元相互作用系数kij进行取值,以此构建纵坐标为饱和蒸汽压误差、横坐标为二元相互作用系数kij的误差曲线,进而选择曲线最低点即饱和蒸汽压误差极小值处,对应横坐标则为最佳二元相互作用系数;

步骤五、建立凝析油多相体系相平衡状态下气液平衡常数的相关性回归模型:式中,Ki为第i种烃类组分的气液平衡常数;xj为与气液平衡常数强相关或中等相关的变量;h为强相关或中等相关的变量数目;mj、nj、CK为多变量回归模型中的幂函数参量,通过各烃类组分实验测试数据代入进行非线性回归获取;

步骤六、构建凝析油多相体系井筒举升提效方法;基于对凝析油多相体系相平衡状态的定量表征,针对不同的井筒工况条件,确定了在一定井筒温度、压力条件下,各烃类组分在气相和液相中的分配比例,即能够获得一定井筒温度、压力条件下各烃类组分在气相组分和液相组分中的摩尔比,当开采动态特征反映出这一摩尔比减小时,相应地给矿场增压气举工艺的压缩机增压,至各烃类组分在气相组分和液相组分中的摩尔比恢复到该井前期开采动态特征;当摩尔比增大时,相应地给增压气举工艺压缩机降压,至各烃类组分在气相和液相中的摩尔比恢复到该井前期开采动态特征,从而保证凝析油多相体系呈混相开采,有效实现对管柱内液柱密度的控制,提高举升效率。

2.根据权利要求1所述的提高凝析油气井筒举升效率的方法,其特征在于:所述的步骤一的具体方法:在凝析油多相体系进行气液相态平衡表征中,根据基本状态方程,其解析形式有:ai和bi为凝析油多相体系中第i种烃类组分的基本状态方程参数,根据混合规则以相应的纯组分参数来确定:式中,Ωa,Ωb为基本状态方程参数0.427480和0.08664;Pci为各纯组分的临界压力,Pa;

Tci为各纯组分的临界温度,K;T为平衡分离温度,K;P为平衡分离压力,Pa;R为摩尔气体常3

数,8.315J/(mol.K);V为凝析油多相体系中气体体积,m;

考虑到不同烃类组分分子结构对气体状态方程的影响,引入偏心因子修正系数mi,则修正参数αi可以用各烃类组分对比温度表示,有:式中,Tri为各纯组分的对比温度,K;ωi为各烃类组分的偏心因子;

由于在对凝析油多相体系进行气液平衡状态表征时,气相分子体积不可忽略不计,凝析油多相体系中气相组分需受到实际气体状态方程限制,根据实际气体状态方程具体形式有:PV=ZRT

式中,Z为组分压缩因子;

则将实际气体状态方程与基本状态方程相关联,即构建凝析油多相体系气相组分实际状态方程形式,有:

3 2 2

Z‑Z+(A‑B‑B)Z‑AB=0

其中,以混合规则从相应的纯组分参数为基础,定义两个关于凝析油多相体系烃类组分性质的压缩因子参数 和 同时利用混合规则获取参数am、bm分别为:合规则参数;ai为凝析油多相体系中第i种烃类组分的基本状态方程参数;aj为凝析油多相体系中第j种烃类组分的基本状态方程参数;αi为凝析油多相体系中第i种烃类组分的气体状态方程修正参数;αj为凝析油多相体系中第j种烃类组分的气体状态方程修正参数。

3.根据权利要求2所述的提高凝析油气井筒举升效率的方法,其特征在于:所述的步骤二的具体方法:凝析油多相体系中的重烃类组分在气液平衡状态表征中性质差异较小,则选取由凝析油多相体系中的C7+重组分作为虚拟组分,由纯组分的临界温度和临界压力来表征C7+虚拟组分的临界性质 有:式中, 为凝析油多相体系中C7+组分的分子量; 为凝析油多相体系中C7+组分的临界压力,Pa; 为凝析油多相体系中C7+组分的临界温度,K; 为凝析油多相体系中C7+组分的临界沸点温度,K;

基于此C7+虚拟组分的临界压力、临界温度和临界沸点,结合Edmister规则计算C7+虚拟组分的偏心因子 具体形式有:联立步骤一中的凝析油多相体系气相组分实际状态方程,结合一元三次方程的卡尔丹公式法,获得凝析油气液两相的压缩因子,将压缩因子带入液相逸度系数确定式中,得到凝析油多相体系各烃类组分的液相逸度系数与压缩因子参数的关联式:式中, 为各烃类组分的液相逸度系数;

进而,获取凝析油多相体系中各烃类组分的液相逸度有:L

式中,fi为各烃类组分的液相逸度;

同理,得到凝析油多相体系中各烃类组分的气相逸度,有:V

式中,fi为各烃类组分的气相逸度; 为各烃类组分的气相逸度系数;

根据Rachford‑Rice方程,由凝析油多相体系相态平衡时各烃类组分在液相和气相的摩尔占比关系,引入各烃类组分气液平衡常数有:式中,nV为凝析油多相体系中气相的摩尔占比;Ki为各烃类组分的气液平衡常数,Zi为各烃类组分在整体凝析油多相体系中的摩尔占比;

在凝析油多相体系达到泡点时,体系内各烃类组分摩尔占比Zi等于液相中各组分摩尔占比xi,则满足恒等表达式有:由于凝析油多相体系达到相平衡状态的条件为各烃类组分的液相逸度和气相逸度相等,即:L V

fi=fi

则将气液平衡状态下,将气相逸度定义式中气相逸度替换为液相逸度,饱和蒸汽压表达式为:sat

式中,P 为凝析油多相体系饱和蒸汽压,Pa;

将各烃类组分的气液平衡常数用 代入饱和蒸汽压表达式中,饱和蒸汽压定量表征为:

4.根据权利要求3所述的提高凝析油气井筒举升效率的方法,其特征在于:所述的步骤四的具体方法为:根据各烃类组分实际饱和蒸汽压,对步骤二中的饱和蒸汽压进行误差分析,其误差分析式为:式中, 为各烃类组分饱和蒸汽压,Pa;

按步骤三中各烃类组分气液平衡常数为二元相互作用系数的一元函数,在步骤二内,饱和蒸汽压由气液平衡常数进行定量表征,则将基于基本状态方程所求解出的压缩因子记作二元相互作用系数的一元函数形式有:Z=f(kij)

将此一元函数形式代入气相逸度系数关联式中有:

结合对数转换规则,有气相逸度系数为:

同理,获取凝析油多相体系的液相活度为:

将γi、 代入步骤二的饱和蒸汽压定量表征中,有:

则最终饱和蒸汽压误差表示为:

根据此误差公式,在0.01到0.50范围内不断对二元相互作用系数kij进行取值,以此构建纵坐标为饱和蒸汽压误差、横坐标为二元相互作用系数kij的误差曲线,进而选择曲线最低点即饱和蒸汽压误差极小值处,对应横坐标则为最佳二元相互作用系数。

5.根据权利要求4所述的提高凝析油气井筒举升效率的方法,其特征在于:所述的步骤五的具体方法为:凝析油多相体系相平衡状态对应的各烃类组分气液平衡常数与组分类别、组分组成、压力和温度等系统变量存在内在相关性,将步骤四确定的最佳二元相互作用系数回代入步骤三中,对各烃类组分实验测试数据求解对应凝析油多相体系的气液平衡常数,将每组各烃类组分实验测试的烃类组分组成及相应压力和温度作为变量,并以幂函数形式分别进行气液平衡常数单一变量的回归;

为分析凝析油多相体系中烃类组分组成、压力和温度与气液平衡常数相关性的强弱程

2 2 2

度,以单一变量回归模型的相关系数R为指标,将相关系数R≤0.2作为弱相关、0.2<R ≤2

0.6作为中等相关、0.6<R 作为强相关,剔除单一变量回归模型为弱相关的变量,简化相平衡状态下气液平衡常数的相关变量,则气液平衡常数单一变量相关性回归模型具体形式为:式中,Ki为第i种烃类组分的气液平衡常数;xj为与气液平衡常数相关的变量,包括各烃类组分组成、体系温度和体系压力;m、n、C为单一变量回归模型的幂函数参量,通过各烃类组分实验测试数据代入进行非线性回归获取;

将弱相关变量剔除降维后,同样以每组烃类组分的实验测试结果和步骤三、步骤四中确定的气液平衡常数为基础,采用幂函数的形式,对中等、强相关变量叠加进行凝析油多相体系相平衡状态下气液平衡常数多变量回归,确定气液平衡常数多变量回归模型中的幂函数参量,则最终气液平衡常数多变量相关性回归模型具体形式为:式中,Ki为第i种烃类组分的气液平衡常数;h为强相关或中等相关的变量数目;mj、nj、CK为多变量回归模型中的幂函数参量,通过各烃类组分实验测试数据代入进行非线性回归获取。