天然气压力密度新模型的研究及其应用

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1、学兔兔www.xuetutu.com石油天然气学报(江汉石油学院学报)2014年8月第36卷第8期JournalofOilandGasTechnology(j．JPI)Aug．2014Vo1．36No．8天然气压力一密度新模型的研究及其应用谢刚，张信勇(中国石油集团测井有限公司长厌事业部，陕西西安710201)[摘要]天然气的压力和密度是油气田开发、采油呆气、油气储运、油气计量等领域中非常重要的参数。在理想状态方程的基础上，对天然气的体积进行了修正，重新推导出一个关联压力和密度的模型。在甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、异丁

2、烷、正戊烷、二氧化碳、氮气等气体的纯物质、二元体系和三元体系中分别进行了验证和实例计算。结果表明，计算值与实测值符合较好，相关系数>0．99。所提出的新模型形式简单、参数少、计算精度较高，能满足工程需要。同时，该方程对于天然气的准确计量也具有一定的借鉴指导作用。[关键词]状态方程；压力；密度；压缩因子；体积修正；真实气体[中图分类号]TE311_1[文献标志码]A[文章编号]1000～9752(2O14)O8一O1l6一O5天然气计量过程中采用差压式流量计和质量流量计时，天然气的密度是一个非常关键的参数。同时，天然气

3、密度在油气田开发、采油采气、油气储运、油气计量等领域中的应用也相当广泛。在计量参比条件下，可按照国家标准GB／T11062--1998_】]，根据给出的不同工况计算天然气的密度。但是在实际操作过程中，由于工况差异，特别是在高压条件下，压力、温度对天然气的密度影响较大。而且天然气组成复杂，含有甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷、正戊烷、二氧化碳、氮气等多种组分，这对于天然气密度的计算带来了很多困难，导致计算精度难以达到要求。天然气密度的准确性更会直接影响到天然气计量的精确性。笔者在国家标准GB／T11062—1998的基

4、础上，采用压缩因子和体积修正相结合的方法，提出了一个关联压力和密度的新模型；并在甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷、正戊烷、二氧化碳、氮气等气体纯物质、二元体系和三元体系中分别进行了验证和实例计算。压力一密度新模型的建立理想气体状态方程(pV—nRT)主要基于两个假设：分子间没有作用力，分子没有大小l_2]。根据理想气体状态方程，可以得出理想气体的密度公式为：fD一lD一(1)式中：p为天然气密度，kg／m。；为压力，Pa；R为通用气体常数，约为8．314J／(mol·K)；T为绝对温度，K；为体积，m。；为物质的量，

5、mol；M为摩尔质量，kg／mol。对于真实气体来说，分子间的作用力和分子大小是不能忽视的，特别是在高压下，这2个因素的作用更明显。实际工况中经常会出现压力和温度变化较大的情形，此时气体的各项热力学参数与理想状态有很大的偏差。因此，在计算密度过程中，必须进行合理的修正。根据GB／T11062--1998，笔者在理想气体状态方程中引入了压缩因子Z：pV=ZnRT(2)热力学研究表明，体积修正是提高状态方程计算精度的有效方法。因此，在式(2)的基础上，继续对方程进行了修正。在高压工况条件下，对气体有着一定的压缩作用]。基

6、于此，采用多变压缩[收稿日期]2013—12—23[作者简介]谢刚(198o一)，男，2005年中国石油大学(华东)毕业，硕士，工程师，现从事测井信息采集及油气田开发工程等相关工作。学兔兔www.xuetutu.com第36卷第8期谢刚等：天然气压力一密度新模型的研究及其应用(pVK一常数)的处理方法，用()将真实气体的体积修正为(．)。另外，为了提高方程的精度，又采用了指数项对体积进行了修正，即：V(re—。修正后的密度方程为：，^、Ⅳ^plD一e下--K2PO(3)其中，K、K。是与温度相关的参数，可由试验值回归

7、得出。对式(3)两边取自然对数后，得到：1nlD-1n()一+(1一K1)1n(4)令A一1n＼M[2o％)，B=--Kp。，c一1--K，则得到一个形式简单的3参数压力一密度新模型：zRTlnp===A+B+c1n(5)2天然气压力一密度新模型的验证和应用首先用甲烷气体对提出的压力一密度新模型进行了验证(见图1)，结果表明在300～450K、O～180MPa范围内，计算值与试验值符合良好，精度较高(R>0．99)。从A、B、C三个参数与温度的拟合结果可以看出，A与1n丁呈线性关系，B、C与丁符合线性关系。这说明，笔

8、者提出的压力～密度新模型可以对天然气在不同280300320340360380400420440460温度、不同压力下1"1K的密度数据进行关联。由于方程形式图1压力-密度模型在甲烷气体中的验证结果及模型参数与温度的关系简单，操作灵活，省去了复杂烦琐的计算步骤，天然气密度数据计算精确。该模型最初是针对天然气的压力、密度计算提出的，为了考察天然气