本發(fā)明涉及一種確定酸性天然氣物性參數(shù)的方法，屬于天然氣開發(fā)。

背景技術(shù)：

1、

2、在深入推進(jìn)能源轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略形勢(shì)下，近年來我國在四川、塔里木與準(zhǔn)噶爾等盆地相繼探明深層天然氣藏，其高效勘探開發(fā)是目前保障我國能源飯碗的當(dāng)務(wù)之急。如川西北地區(qū)的深層海相天然氣是目前我國四川盆地增儲(chǔ)上產(chǎn)的重要區(qū)塊，然而該區(qū)構(gòu)造往往具有超深，高溫高壓的特征，且產(chǎn)出天然氣含有h2s與co2等酸性組分。

3、在深層氣藏開發(fā)過程中，酸性天然氣密度、偏差因子、黏度與氣液界面張力等物性參數(shù)會(huì)隨溫度壓力的大幅變化而顯著改變，而高溫高壓酸性天然氣物性參數(shù)對(duì)于井筒壓力分布計(jì)算、氣井工作制度確定，氣藏儲(chǔ)量計(jì)算、生產(chǎn)動(dòng)態(tài)分析與集輸工藝流程設(shè)計(jì)等都具有重要意義，所以精確計(jì)算高溫高壓下酸性天然氣物性參數(shù)是氣藏高效開發(fā)的關(guān)鍵。

4、目前，隨著室內(nèi)實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行與相應(yīng)理論研究的發(fā)展，國內(nèi)外專家學(xué)者對(duì)高溫高壓酸性天然氣的偏差系數(shù)、密度、黏度等物性參數(shù)研究取得了許多成果。但是仍然存在部分問題，現(xiàn)總結(jié)如下：

5、(1)目前確定天然氣物性參數(shù)主要是通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)、查閱相關(guān)圖版或使用擬合圖版得到的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算。而室內(nèi)實(shí)驗(yàn)精度較高，但川西北地區(qū)氣藏的高溫高壓特征使得對(duì)設(shè)備承溫承壓能力要求極高，實(shí)驗(yàn)成本高昂；而現(xiàn)有圖版普遍較為陳舊，高溫高壓條件下圖版誤差較大，人工查閱費(fèi)時(shí)費(fèi)力，擬合圖版得到的公式計(jì)算精度同樣存在問題；

6、(2)川西北地區(qū)所產(chǎn)天然氣中往往含有一定h2s與co2等酸性組分，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)會(huì)使得設(shè)備更易被腐蝕，且在天然氣復(fù)配等實(shí)驗(yàn)過程中均存在較大風(fēng)險(xiǎn)。

7、(3)目前現(xiàn)場在進(jìn)行井筒壓力分布與積液計(jì)算時(shí)，一般取天然氣黏度與氣液界面張力為常數(shù)，這會(huì)帶來較大的計(jì)算誤差。而現(xiàn)有計(jì)算方法未考慮非烴組分對(duì)天然氣黏度的影響，而針對(duì)酸性天然氣中非烴組分對(duì)黏度影響的研究仍處于發(fā)展階段，尚不清楚何種校正方法能最精確計(jì)算酸性天然氣黏度。

8、由于上述不足的存在，目前高溫高壓酸性天然氣的偏差系數(shù)、密度、黏度與界面張力等物性參數(shù)難以高效精確地計(jì)算，不能滿足川西北地區(qū)深層天然氣高效開發(fā)的需要，會(huì)降低氣藏動(dòng)態(tài)分析的效率與準(zhǔn)確性。因此，本發(fā)明通過深入研究不同溫度壓力下酸性天然氣的相態(tài)變化特征，形成了一種確定高溫高壓酸性天然氣物性參數(shù)的方法，能高效精確地預(yù)測(cè)酸性天然氣的大量物性參數(shù)，從而為深層天然氣高效開發(fā)提供支撐。。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、在深層氣藏開發(fā)過程中，酸性天然氣密度、偏差因子、黏度與氣液界面張力等物性參數(shù)會(huì)隨溫度壓力的大幅變化而顯著改變，而高溫高壓酸性天然氣物性參數(shù)對(duì)于井筒壓力分布計(jì)算、氣井工作制度確定，氣藏儲(chǔ)量計(jì)算、生產(chǎn)動(dòng)態(tài)分析與集輸工藝流程設(shè)計(jì)等都具有重要意義，但由于目前室內(nèi)實(shí)驗(yàn)昂貴且存在安全風(fēng)險(xiǎn)，在高溫高壓下圖版法及擬合圖版得到的公式計(jì)算精度較差，造成天然氣物性參數(shù)計(jì)算不準(zhǔn)，影響深層酸性天然氣開發(fā)。

2、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足之處，本發(fā)明通過二元交互系數(shù)描述酸性天然氣中各組分的相互作用，提出以牛頓迭代法求解peng-robinson狀態(tài)方程，并結(jié)合修正的α函數(shù)提高了模型精度，從而計(jì)算酸性天然氣密度與偏差系數(shù)，并利用天然氣密度計(jì)算值，結(jié)合優(yōu)選的酸性天然氣黏度計(jì)算模型與氣液界面張力計(jì)算模型而建立了一種確定高溫高壓酸性天然氣物性參數(shù)的方法，該方法能準(zhǔn)確計(jì)算任意溫度與壓力下的酸性天然氣密度、偏差系數(shù)、黏度與氣液界面張力，從而為深層天然氣高效開發(fā)提供支撐。本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下：

3、一種確定酸性天然氣物性參數(shù)的方法，包括如下步驟：

4、步驟1.確定酸性天然氣中組分?jǐn)?shù)n；各組分的相對(duì)分子質(zhì)量mi(i＝1,2,3,···,n)；各組分的摩爾分?jǐn)?shù)xi(i＝1,2,3,···,n)，溫度t，壓力p，地層水礦化度，并通過查閱天然氣組分物理化學(xué)參數(shù)表，確定酸性天然氣中各組分的臨界參數(shù)，包括臨界壓力pci、臨界溫度tci、臨界摩爾體積vci(i＝1,2,3,···,n)，通過查閱氣體純物質(zhì)主要熱力學(xué)參數(shù)表確定酸性天然氣中各組分的偏心因子；

5、步驟2.按kay混合規(guī)則確定天然氣視相對(duì)分子質(zhì)量：

6、

7、式中，mg為天然氣視相對(duì)分子質(zhì)量，g/mol；n為天然氣體系中組成的數(shù)量；xi為i組分在天然氣中所占的摩爾分?jǐn)?shù)，mol％；mi為i組分的相對(duì)分子質(zhì)量，g/mol。

8、步驟3.由公式(2)-(3)計(jì)算酸性天然氣中各組分的參數(shù)ai(吸引力系數(shù))與bi(vander?waals摩爾體積)的值，其中公式(2)中無量綱參數(shù)ai是根據(jù)本發(fā)明所優(yōu)選的修正αi函數(shù)進(jìn)行計(jì)算的，即公式(4)-(5)：

9、

10、

11、

12、tri＝t/tci(i＝1,2,3,…,n)???(5)

13、式中，ai為酸性天然氣中組分i的吸引力系數(shù)，無量綱；αi為酸性天然氣中組分i的公式參數(shù)，無量綱；r為通用氣體常數(shù)，kpa·m3·(k·kmol)-1；bi為酸性天然氣中組分i的van?der?waals摩爾體積，m3·kmol-1；tci為酸性天然氣中組分i的臨界溫度，k；pci為酸性天然氣中組分i的臨界壓力，kpa；tri為酸性天然氣中組分i的對(duì)應(yīng)溫度，無量綱；t為溫度，k；ωi為酸性天然氣中組分i的偏心因子，無量綱。

14、步驟4.根據(jù)公式(6)確定天然氣中各組分之間的二元交互系數(shù)δij：

15、

16、式中，δij為組分i與組分j之間的二元交互系數(shù)，無量綱；vci為酸性天然氣中組分i的臨界摩爾體積，m3·kmol-1。

17、步驟5.由于酸性天然氣是混合體系，因此通過van?der?waals混合規(guī)則，即公式(7)和(8)校正各氣體組分間的相互作用，計(jì)算酸性天然氣的吸引力系數(shù)a和van?der?waals摩爾體積b：

18、

19、

20、式中，a為酸性天然氣的吸引力系數(shù)，無量綱；b為酸性天然氣的van?der?waals摩爾體積，m3·kmol-1。

21、步驟6通過peng-robinson狀態(tài)方程計(jì)算酸性天然氣摩爾體積與密度，由于peng-robinson狀態(tài)方程原公式復(fù)雜，難以求導(dǎo)，因此本發(fā)明提出將其整理為如下格式，便于使用牛頓迭代法進(jìn)行計(jì)算：

22、pvm3+(bp-rt)vm2+(a-3b2p-2brt)vm+b3p+rtb2-ab＝0????(9)

23、

24、式中，p為壓力，kpa；vm為酸性天然氣的摩爾體積，m3/kmol；ρg為酸性天然氣的密度，kg/m3。

25、步驟7.根據(jù)公式(11)，計(jì)算酸性天然氣偏差因子：

26、

27、式中，z為酸性天然氣偏差因子，無量綱。

28、步驟8.根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的酸性氣體黏度校正方法，即公式(12)-(17)，計(jì)算天然氣黏度：

29、

30、

31、

32、

33、y＝2.447-0.2224x???????????????????????????(16)

34、tl＝1.8(t-273.15)+492?????????????????????????(17)

35、式中，μg為天然氣黏度，mpa·s；k、x、y為公式參數(shù)，無量綱；為公式校正參數(shù)，無量綱；tl為蘭氏溫度，°r；分別為h2s、co2與n2的相對(duì)密度，無量綱，其值分別為1.189、1.529與0.97；ρpr為天然氣相對(duì)密度，無量綱，其計(jì)算公式如下：

36、

37、步驟9.根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的酸性天然氣氣液界面張力計(jì)算模型，即公式(19)，計(jì)算界面張力：

38、

39、式中，σ為氣液界面張力，n/m；cs為地層水礦化度，mg/l，a1-a10為公式參數(shù)，無量綱，其具體值將在實(shí)施例中給出。

40、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果：

41、1.目前確定天然氣偏差因子主要是通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)、查閱相關(guān)圖版或使用擬合圖版得到的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算。高溫高壓天然氣對(duì)設(shè)備要求高，實(shí)驗(yàn)成本高昂；而現(xiàn)有圖版普遍較為陳舊，高溫高壓條件下圖版誤差較大，人工查閱費(fèi)時(shí)費(fèi)力，擬合圖版得到的公式計(jì)算精度同樣存在問題；本發(fā)明所述的計(jì)算方法能夠準(zhǔn)確計(jì)算高溫高壓的酸性天然氣的偏差因子，明確偏差因子隨溫度壓力的變化特征，對(duì)于深層酸性天然氣開發(fā)具有重要意義。

42、2.川西北地區(qū)所產(chǎn)天然氣中往往含有一定h2s與co2等酸性組分，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)會(huì)使得設(shè)備更易被腐蝕，且在天然氣復(fù)配等實(shí)驗(yàn)過程中均存在較大風(fēng)險(xiǎn)，而本發(fā)明提出的計(jì)算方法不再依賴實(shí)驗(yàn)測(cè)定，降低了安全風(fēng)險(xiǎn)。

43、3.目前現(xiàn)場在進(jìn)行井筒壓力分布、臨界攜液流量等計(jì)算時(shí)，一般取天然氣黏度與界面張力為常數(shù)，這會(huì)帶來計(jì)算誤差。而本發(fā)明優(yōu)選了能對(duì)非烴組分對(duì)黏度進(jìn)行精確校正的方法，所述的計(jì)算方法能夠準(zhǔn)確計(jì)算高溫高壓的酸性天然氣的黏度與界面張力等參數(shù)。

44、4.本發(fā)明所述計(jì)算方法簡單明了，所需基礎(chǔ)物理化學(xué)性質(zhì)參數(shù)較少且易獲取，便于編程，能滿足現(xiàn)場技術(shù)人員在深層天然氣開發(fā)初期快速準(zhǔn)確計(jì)算高溫高壓酸性天然氣物性參數(shù)的需求。

45、5.本發(fā)明所述計(jì)算方法得到的高溫高壓酸性天然氣物性參數(shù)對(duì)于井筒壓力分布計(jì)算、氣井工作制度確定，氣藏儲(chǔ)量計(jì)算、生產(chǎn)動(dòng)態(tài)分析與集輸工藝流程設(shè)計(jì)等都具有重要意義，因此能較好地支撐深層酸性天然氣開發(fā)。