МИНИСТЕРСТВО ГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВО НЕФТЯНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

РУКОВОДСТВО

ПО РАСЧЕТУ ФАЗОВЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ ГАЗОКОНДЕНСАТНЫХ И ВОДОНЕФТЕГАЗОКОНДЕНСАТНЫХ СИСТЕМ И СВОЙСТВ ФАЗ НА ЭВМ

РД-39-1-579-81

где 01^    -    мольная доля L -той^рокции;

jllj - молекулярная массе С -гой фракция ;

М - кажущаяся молекулярная масса фракций С.погорая равна :

± За.

1.2.5, Определяют в мольных долях содержание фракций в составе пластового газа. Для этого умножают мольную долю компонента С^+ на мольные доля каждой фракция*

1.2.6. Формируется состав исходной системы. При этом принимается следующая последовательность компонентов : I-fl компонент - метан, 2-оВ - этан, 3-й - пропан, 4-й - иэобутан, 5-й - н—бутан, с 6-го до-10 компонента - условные фракция, 11-й компонент - аэот, 12-й - двуокись углерода, 13-й сероводород.

1.2.7. Для каждого компонента программно формируются массивы молекулярных масс, характеристических факторов, плотно* стай ( кроме метана и этана) , температуры кипения для фракций, критических давлений и температур. С этой целью в подпрограмме номограмма Вдтсона (6) заменена аналитическими зависимостями , по которым на основании данных по плотности и средней температуре кипения каждой фракции определяются молекулярная масса и характеристический фактор этих фракций* Критические температуры и давления условногоюмлонента определяются по корреляционным зависимостям :

Ткр = 3,39979794 - 34,757093 .А'¹ - 213,83714974.В"¹ ~

-    1409,993984 - 2078,6410108-/? ♦ 632,684031. А² -

-    25,3955118. А.В . + 826,9642545 . В² - 149,62224008. .А⁵ ♦ 123,11719101. А². В - 72,79493847.А. В² -

- 121,7661111. В³

Ркр а - 1133,0545224 ♦ 274,4342944 А-*+ 92.959В4176 В'¹ +

♦ 1031,028383 А + 275,3937. В - 59В ,9794067. А ² ♦

+ 10,897743141 А.В - 94,5604084. В² ♦ 138,3396698 А³-- 81,3540 591 А².В + 60,97699836 А.Ао,3807176626 В³,

где A

Т_Кр    - критическая температура, °С    ;

Т_к    - температура кипения, °С ;

Р_Кр - критическое давление, кгс/см^ ,

Для расчёта фазовых превращений исходными данными является тонко давление, температура и первое приближение давления схоадения ( Р_сх • 1,3 P_flJU)#    :v    Т    -.    -*-•

1.3. Определение давления схождения .

1.3Л.11рз проведении расчетов фазовых превращений газо-кондепсатных систем в промысловых установках давление схождения определяется приближенно по составу равновесной жщ-кой фазы, исходя из уравнения.

^рсх - ^ ^мг* - * ■    СЮ)

Где - среднемассовая молекулярная массе компонента в жидкой фаве, исключая метан_; Н_а$иС0_1;н азот ;

I и z - коэффициенты, зависящие от температуры,

Дри минус 40 °С    Ь <    40°С

£ • 3 ; Ч- 66-0,833 I + 0,0125t* - 0,000041 t ³ (II)

Дри 40 < t <    160°    С

[ • 2,96 - 0,0021    ;    7-    51-0,475i *0,003 t* ,    (12)

где *t- температура, °C

1.3.2. В облаете высоких давлений, т.е. в пластовых условиях для определения давления схождения используются составы тазовой и жидкой фаз. Определяется состав смеои в состоянии Слизком к критическому по выражению

fai “ °*⁵ Ъ'    ^{+ 0,5    ( П)}

^г»9&*'9с “ ^{массовыв} доли i -го компонента в омеои,газовой и жидкой фввах, соответственно.

п . «u-ik • Q -у. Jk    , (15)

<T^{Lr 31} М_г ’ C^l3K M>c ⁵

где M^Mp.Nix - молекулярные массы i -того компонента

смеси газовой и жидкой фае, соответственно. Определяется среднемассовая эквивалентная молекулярная месса компонента ( бее метана, азота^    )

по выражению;

Mq_ttf= £    -

(Ifl)

ti f'C"

где U_3KB .    -    эквивалентная    молекулярная масса i -того

компонента.

Для нормельпых парафиновых углеводородов она равна их действительной молекулярной массе, а для изомеров и фракций конденсата определяется из выражения :

* а • Ы{ ,    С¹⁷)

где a ■ 67,946 - 15,230-К, ♦ 1,164 К,² -    0,(05 К? (18 )

Л •

- характеристический фактор - того компонента.

1А. Определение констант равновесия, углеводородных компонентов

1.4.1.На1болмее распространение как у нао, так « за рубежом получил метод определение констант равновесия по ат-ласу N&AA • вьшу лени ому Американской ассоциацией газо-Сензиаового производства. Атлас содержит константы равновесия углеводородов от метана до декэна включительно, а также азояж углекислоты. Константы равновесия при данном давлении схождения определяется по атласу, исходя из денного значения давления и температуры • При расчётах на ЭШ1 использование графиков констант равновесия затруднительно, т.х. приходится многократно снимать с графиков значения констант я вводить их в память мааины. В связи с этим номограммы атласа NGAA переведены в таблицы С⁵ ) •

Таблицы по атласу NGAA составлены в диапазоне тем-юрэтур от чО°С до 260°С, по давлению от 0,7 кгс/см² до дав-

В л © к - с хема

ВЫБОРА КОНСТАНТ РАВНОВЕСИЯ

БЛОК I

-- Г Й чат* " I _

--ЬтГти.) |

блок 2

¹    ДА

ЕдЗ |

^<%Д»[«) 1 joCTAHCB V \я*-»«Г т-т-л|

^-Угт--у _Ш__]оСЦ АТ»^-»Р-1

Ч».чмы f—^и—Гидти » лло*у г ^ * "- ¹

с

• о V 0 1

Ч^НН^ИЗ--

■С1кУ1»у |

' ' '•< I “-crip [ Д.Х- Р-тгп

^тутг

/o6PAuH^4t ЦПРОГРАП- I-

fpq и*п;ггмип8аи—«»М»ф

ГТЗ,

Ьг»«м««»з |

fW*

fj-Mi-i-i h^-teL-'ipri

/Агдгп'”-[1»Ч^

fti o «I о ~у

Г~0'

v5$T"

ш

{gtt ИI tr

1т-г.»->ГУГ^пр к:;*''!

■ ■'■ ¹ ,г?п-шя

■ffin., ЕЗШ' ES

-Ejpa

ЕИ

raXiffi

ТИ

1У5ЭД

I He.»¹) I

lto-IC.nl

З^БЛОКЗ"

РИМ

сщ-’CSr

lrt-0 C«-gg> |

□ZED—

ram

Wc.Tq-t«« —

D=s

деипя схоадения. Для составления таблиц на каждой кривой яз графиков бралось девять точек при различных давлениях я константа, равная единице, при данном давлении схождения*

3 атласе N&AA номограммы составлены для давлений схоадения 42, 56, 70, 140 , 210 , 280 , 350 , 700, 1400 кгс/см². Расчётным путем построены номограммы для давлений схоадения 4С0, 500, 600 кгс/см² , что позволяет проводить расчёты

о

до 6С0 кгс/см. Вся информация по константам записывается не магнитный диск.

1.4.2.    Исходной информацией для выборе констант равновесий является температуре, давление системы я давление схождения • Если С^ вышеквояцяе представляется в виде условных фракций, то в исходные данные необходимо добавить средние температуры кипения фракций.

1.4.3.    iiocледовотельнооть выбора констант равновесия

в соответствия с приведенной блок-схемой ( рис. I ) заключается в следующем :    проверяется соответствие заданного

давлен»! схождения имеющемуся интервалу табличных значений, т.о. 42 < Р_сх ^ 1400 кгс/см². Если не соответствует дяняопу неравенству, то предусматривается печать, (выяли за продолы констант равновесия ) и останов. Если давление схоадения не совпадает с табличным, то выбираются три бли-да&эих значения. Для каждого выбранного давления схождения производится обращение к блоку 2. В блоке 2 проверяется соответствие заданной температуры имеющемуся интервалу температур в таблицах - чО £ t ^ 460°С. Если температура не соответствует неравенству, то предусматривается печать .

( ilUISSB 88 ДрвДвДЫ К0НСТ8Н ? раВНОВвСИЯ) Н ОСТбЬОВ. Затеи производится выборка ближайших к веданному давлению четырех давлений. Для каждого компонента, начиная с метана к заканчивая деканом ■ азотом, выбирается нужная температура, а следовательно, а строчка в таблице*

Для данной температуры, интерполируя по давлению, определяется логарифм константы равновесия соответствующего компонента. Интерполяция по давлению а давлению схождения проводится по формуле Лагранжа :

f ОС)-UOOfo-' L.CX)f,⁺ • • ■ ⁺ U(X)fa ,

где (19)

L (X) -    *    Х«).    • ♦ (Х~ Xi-tXX-y,*i)...(Y-Y_ft)

Wi -Хо)..

(20)

Если температура не совпадает с табличными, то реооча-тываются константы при блнжайяих двух значениях а линейно интерполируются по температуре*

Результатом расчёта блока 2 является логарифмы ковстаат равновесия компонентов от метана до декана а азота для определенного давленая схождения, температуры и давления*

Возвращаемся к описанию блока I* Выбрав для воех трех ближайших табличных давлений схождения константы всех табличных компонентов, проводится параболическая интерполяция констант для всех табличных компонентов по заданному давлению схождения. Проведи операцию потеятировавня,можно закончить программу выбора констант.

1.4.4. В данной блок-схеме есть блок 3, который предназначен для записи констант компонентов в заданном порядке е расчёта констант фракций. Для уточнения расчётов (7) фракция еле разбивается на 5 фракций в соответствии с даннымй по её разгонке. Выбор констант фракций производится, интерполируя по графикам с координатами температура кипения и латарифы констант равновесия компонентов от до декана включительно до средним температурам кипения каждой фракции.

В блоке 3 для расчёта констант равновесия фракций определяется полином первой степени по методу наименьших квадратов в виде

( 21)

где К - константа равновесия |

Т_квд - температуре кипения компонента •

Исходной информацией для полинома служат выбранные лагорнф-мы констант от и-пентана до в-гексадекана и их температуры кипения. Во полиному расчитываются лагорифмы констант равновесия фракций по средним температурам кипения. Пропотенцировав логарифмы констант равновесия компонентов и фракций,получат искомые значения констант равновесия.

1.5. Определение ковстант равновесия неугловодородаих

комсовентов

1.5.1.Для неугдеводородных компонентов азота.двуокиси углерода, сероводорода константы равновесия определяются по отдельным подпрограммам.

i гсь

1.5.2. Константу равновесия двуокиси углерода определяют как сроднее геометрическое констант этаяа и метана при заданных темпервтурд , давлении и давлении схождения •

1.5.3. Константа равновесия азота вычисляется по форму

ле :

Ко

. 10

В.Р.

Ко .    ₍    р    )

Р    Р

^гсх

• (22)

147,7

2

_К

(23)

'Дв^Ко - 3,^15-0,09220*- 0,097ie~²t —^ - 0,6VH.(-^j) Т

0

•КИП

Т - температура, °К ;

^ткип " температура кипения, °К ;

О

Р - летучесть азота, кгс/см ;

р

Р - давление, кгс/см ;

Р_ох - давление схождения, кгс/см²

Коэффициент В вычисляется в зависимости от среднемассо-вой молекулярной массы и температуры по таблице I путем интерполирования.

Предварительно определяются среднемвосовая молекулярная масса жидкой фазы без азота, Н,$ и С0₂ по формуле

n*j

где    -    массовые    доли    L -го компонентов,входящих

'ч

в состав жидкой фазы, определяемые по формуле:

зс, м,-

Ног

(25)

Температура кипения определяется по формуле :

Л-1

Т_ь

ft-Ъ

£9

, с

&с»

(26)

Характеристический фактор определяется по формуле :

••ъ

2

£ _    i.«    9^    <■

^к "    г\-ъ

Огж» ui f

(27)

Определение детучести азоте производится по уравнению Радиха-ЕВояга.

1.5.4, Константа равновесвв сероводорода опредедяетоя по формулам :

К * ^Ко - 0,907 Р, если Р < 35 кгс/ см² .иначе - tyK_o~0,907 Р) ( I—(2В)

где Р - давление смеси, кгс/ см² ;

Р_сх - давление схождения, кгс/см² ,

Коэффициент Генри (K_Q) вычисляется по фэриуле :

р    Т    3230    К    Т 74 5U    50

иf 1₀* 2,12204-0,000^95 Т_к -0,0968-^ ♦ -yj--fi f*²* ♦

СевКавНИИгаз Мингазнром // К.Т.Н., СТ.Н.С.	'к М.А.Мартынова
ВНИИ .’Линнефтепром п_ д.т.н., рук.сектора	Г.С.Степанова
ШШИгаз _4/
МИН! ciJli рОМ _ ст.п.с. yfy /	И. в.Зайцев
СОГJiACOBAtiO:
Начальник управления по добыче газа п газового конденсата а!ингазпрома	Начальник управления по автоматизации !4инне<ргепрома
* . А Л1«*тЗвалс в V	В.А.Малецкий
Начальник Технического управления Мингазпрома	Начальник Технического управления ‘.Ъшнефтепрома
„А-Л.Седых	' ' Ю.Н.Байдкков

Ко£^*цаэй1    в    зьБвсаыоств    от    молекулярной    массы    я

температура

Температура Уодекуляр- С кая масса - 40 0 40 80 120 160 50 -0,08289 -o.oiaa* -0,015868 -0,025329 -0,052236 -0,058455 40 -0,001497 -0,005661 -0,007ч83 -0,014591 -0,022105 -0,02880 5 5D 0,000545 -0,000576 -0,001727 -0,004605 -0,012069 -0,018766 60 0,001266 0,000250 0,001151 -0,005454 -0,0054 54 -0,009210 70 0,001842 0,001582 0,000806 0 -0,000921 4J ,002993 80 0,002141 0,001727 0,001266 0,000691 0 -0,000921 100 0,002555 0,002072 0,001612 0,001220 0,000806 0,000460 130 0,002579 0,002118 0,001681 0,001555 0,001056 0,0X652 1*0 0,002648 0,002187 0,001727 0,001582 0,001197 0,001036 180 0,002809 0,002549 0,001911 0,001612 0,001381 0,001266 225 0,002994 0,002487 0,002072 0,001842 0,00169В 0,001497

02” 13”6£S~ I“6G“1TJ

“руководство по расчету фазовых превращений газо!;оцд,ен-сатных и водогазокондеисатных систем и свойств хдз на CJ.I"

Вводится впервые Приказом Министерства нефтяной про: тленности от 15 декабря 1981г. # 677. Срок введения установлен с 1.01.82г.

Срок действия до 01.01.87г.

В данном руководстве изложены алгоритш и програшы для типа ЕС расчета фазовых превращений в природных газоконденсатных системах, а таюм системах природный газ - углеводородная жидкость пластовая вода в физико-химических свойств этих систем.

Определение всех этих характеристик является необходимым как при составлении проектов разработки, так и при выборе технологии подготовки газа, конденсата и нефти на промысле.

В связи о открытием газоконденсатных п нефтегазокондгнеатных местрроадений с высоким содержанием кислых компонентов становится необходимым ж учет фазового обмена этих систем с пластовой водой.

Jflfc

ВВЕДЕН И В

При составлении комплексных проектов разработки и обустройства газоконденсатных и нефтегазоконденсатных месторождений необходимо располагать данными по фазовым превращениям газоконденсатных смесей в пластовых и наземных условиях.

Знание фазового состояния пластовых смесей при различных термодинамических условиях способствует наиболее радикальному выбору способов разработки залежей и промысловой обработки добываемых газа и конденсата.

Фазовое состояние углеводородных систем определяется экспериментально или расчетным путем. Потери конденсата в пласте и выход его на поверхности при различных термодинамических условиях как правило находят экспериментально. Последнее связано с проведением весьма трудоемких и продолжительных экспериментов на специальной аппаратуре высокого давления.

Получаемая при этом информация является ограниченной и не дает полного представления о фазовом поведении пластовой смеси.

В связи с этим большое внимание уделяется расчетным методам, с помощью которых можно в значительной степени расширить представления о фазовом поведении таких смесей, а также изучать процессы, экспериментальное исследование которых не представляется возможным или требует больших капиталовложений. Например, изучение новых процессов подготовки газа и конденсата, новых методов воздействия на залежь и т.п.

!Пирокое использование ЭЕ'.! делает расчетные методы более доступными.

В данном руководстве излагаются алгоритмы расчета фазовых превращений как в двухфазных, так и трехфазных системах, а также термод¹.п*а:^,нческкх свойств фаз. Тяя их реализации создан когялекс

программ на ЭВМ тала ЕС, моделирующие фазовое поведение газоконденсатных и водонефтегазоконденсатных систем и их овойства.

I. РАСЧЁТ ФАЗОВЫХ ПРЕВРАЩЕНЫ ГАЗОКОНДЕНСАТНЫХ CUE СЕ л

I.I. Основные положения

1.1Л.Расчёт фазовых превращений двухфазных газожидкостных многокомпонентных смесей сводится к решению уравнений концентраций вида:

а п    ч

= 1

U)

У ----Ь---

^а А

М К; (4- Ч + L

(2)

(3)

■ к. v^-O-n

2(4i‘*0 ⁼ 2    =    о

' м V(K_t-0 + 1

Pflefli.ii Дг мольная концентрация компонента в газовоИ»жид-кой фазах и в исходной системе соответственно;

L - число молей жидкой фазы ;

V - число молей газовой фазы :

К* У*. - константа фазового равновесия i -го компонен

ос;

та;

При расчётах на ЭВМ обычно используется последнее уравнение (3). Расчёт по уравнениям концентраций проводится методом последовательных приближений •

1,1.2. Основная сложность решения задачи расчёта фазовых превращений связана с выбором констант равновесия компонентов смеси. Выражения констэнт фазового равновесия могут быть получены теоретическим путем на основе основных термо-динемичсских соотношений, характеризующих равновесие гетеро-

генных систем и уравнений состояния , такие как уравнения Бенедикта-Вебба-Рубина /10/, Редлиха-Квонга и его модификация / II.12./. Однако, успешное применение этих уравнений в настоящее время ограничено, в основном, смесями лёгких углеводородов,в состав которых могут также входить азот, углекислота и сероводород.

1.1.3.Точное решение фазовых превращений гвзоконденсат-ficii системы невозможно в принципе, т.к. система состоит из огромного числа углеводородов ( до 200 и более ) .Исследователи давно пытаются разработать упрощенные приёмы, которые бы позволяла расчётным путем определять основные параметры газоконденсатной системы. Эти приемы, как правило, сводятся к замене определенной группы углеводородов каким-либо одним компонентом, сводя таниы образом многокомпонентную систему к бинарной, тройной а т.д. Часто в таких методах расчёта всподьзуются зависимости, полученные в эксперименте, в обобщенные денные по реальным месторождениям.

J.1.4.На практике при проведении расчётов фазовых равновесий газоконденсатных смесей подучил распространение метод определения констант фазового равновесия, основанный на принципе давления схождения с введением дополнительных корреляций, учитывающих влияние группового в фракционного состава вовденсата С⁶*⁸)* ^8ти корреляции вводятся при определении констант равновесия метана, азота в сероводорода и давления схождения*

I.I.5. При расчёте с целью упрощения газоконденсатную

систему рассматривают как состоящую из определенного числа

компонентов. Так как углеводородный состав пластового газа

аль

обычно известен от метана до компонента С₅ ♦ «ли Су* вьсве-кипящие, то остаток С^+ условно разделяют на ряд отдельных фракций, рассматривая каждую такую фракцию, как компонент смеси, имеющий определенную характеристику*

I.I.6. В данном руководстве константы фазового равновесия компонентов смеси определяются в зависимости от давления схождения с учётом влияния не константы равновесия метана, азота и сероводорода группового и фракционного составов жидкой фазы*

1*1.7* Для расчёта фазового поведения газоконденсатных смесей на ЭЬК типа ЕС создан комплекс программ* Этот комплекс программ включает программы :

(j-IDCr- подготовка данных для ревёте фазовых превращений ;

РЯА1 - расчёт процесса контактной конденсации для данных значений давлений и температуры ;

BLOCА* расчёт вспомогательных сумм для решения уравнения концентраций по методу Ньютона ; ftiOCAl- расчёт равновесного разделения газоконденсатной смеси на газовую и жидкую фазы ;

BlOCB - расчёт давления схождения и константы равновесия метана ;

бСОСО - расчёт плотности жидкой фазы и газоконденсатного фактора ;

P0Q - запись констант равновесия в веданном порядка ■ расчёт констант равновесия фракций ;

ATLAC1- выбор констант равновесия гае - конденсат ;

KAS - расчёт констант равновесия азота и сероводорода ; цЕТ - расчёт летучести метена ;

LETi* - расчет летучести чистого компоненте по методу Редли-хо-Квонга.

1.2. Подготовка исходных данных»

1.2.1. Состав пластового rasa газоконденсатных месторождении определяется на основе термодинамических исследований скважины в процессе разведка в соответствва о ме-тоджкоа, аэложенной в работе (Т)«

Исходными данныма для расчёте являются : состав исходной смеси в мольнях долях до компонента ала Cyt_v включительно; разгонка фракций C^t по Энглеру ада ЛТК. фракцию C^t разделяют ка ряд фракций, желательно не ме-иее пяти С 7) •

1.2.2.    В соответствии о данными разгонка конденсата (C^f) а числом францаВ определяют средние температуры и плотности каждой фракции.

1,2.3. Пересчитывают объёмные доли каждой фракции в оассовые доли по формуле :

(*)

где - объёмная доля l-той фракции ;

• ®в удельный вес ;

(м- - аассовая доля с -той фрекци* ; i - порядковый номер фракции изменяетоя от I до где ^г - число фракций, на которые разделяется компонент Ccjt .

1.2.4«Определяют мольную долю каждой фракции в составе компонента Cjt по формуле :

V