天然气水合物生成条件预测模型及适用性评价

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1、学兔兔www.xuetutu.com1I天然与与石油}12月16lN天ATU然RA与LGA与SA石NDO油ILl20122月天然气水合物生成条件预测模型及适用性评价皮艳慧廖柯熹孙欧阳1．西南石油大学，四川成都6105002．中国石油西气东输管道分公司，河南郑州450016摘要：水合物的生成给天然气的开采和集输等过程带来诸多困难。为了准确预测天然气水合物生成条件，选取Parrish—Prausnitz、Du—Guo和Chen—Guo种模型，采用C++语言编制程序对不含抑制剂时天然气水合物的生成条件进行求解，通过模型预测值与实验

2、值比较，评价各模型预测精度，确定各模型的适用范围。当天然气中不含C重烃组分及酸气时，推荐采用Du—Guo模型预测；当天然气有重烃组分，但酸性气体总体积含量低于1％时，推荐采用Parrish—Prausnitz模型预测；当天然气酸性气体总体积含量高于1％时，推荐采用Chen—Guo模型预测。关键词：天然气水合物；模型；评价；计算文献标志码：A文章编号：1006—5539(2012)06—0016—030前言1天然气水合物生成条件预测模型在天然气开采和集输过程中，井筒、管道中会形在天然气管道输送过程中形成的气体水合物存成水合物，

3、造成气井停产、管道停输等严重事故和巨在两种结构：I型和Ⅱ型结构，两种结构都存在水相大经济损失。准确预测天然气水合物的生成条件，能(冰、液态水或水蒸气之一)。水合物状态与纯水态为防止水合物产生提供技术依据。(冰、液态或汽态中的水)相比在能量上更为有利时就经验或半经验模型计算方便、简单，在现场经常会形成。一般认为纯水状态转变为水合物状态包含两使用但计算精度不高，只能进行初步估算；水合物理步：纯水(相)至空水合物晶格(B相)，空水合物晶格论预测模型建立在理论模型的基础上，计算精度较高(p相)到填充了气体的水合物晶体格(H相)，其中

4、仅、p但比较复杂。目前，缺少对天然气水合物的预测模型和H表示所考虑的三种状态，何种状态在能量上处于归类和比较，不能为选取天然气水合物形成条件提供有利地位取决于该状态具有最低的化学位。依据。本文选取Parrish—Pransnitz、Du—Guo和Chen—Guo对有水合物生成的相平衡体系，水在水合物相(H三种模型对不含抑制剂时天然气水合物的生成条件相)与在富水相(W相)中的化学位应当相等，即：进行预测，通过模型预测值与实验值的比较，得出各／za=_／xw(1)模型的适用范围。如果以水在p相的化学0为基准，则：收稿日期：，20

5、12—06—O1基金项目：国家自然科学基金资助项目(51174172)作者简介：皮艳慧(1986一)，女，山东菏泽人，硕士研究生，主要从事储运系统完整性管理与安全评价工作。学兔兔www.xuetutu.com。．LAN。GAsTRANsP。RT。N芸卷TO第I油与储运f17或△“=△(3)根据△和△不同计算方法，可以分成不同的热力学相平衡模型。(9)1。1Parrish—Prausuitz模型1959年，VanderWaals和Platteeuw提出了简单气体吸附模型，计算空水合物晶格和填充晶格相态的化学位差△_l_：Xi=

6、1．0』2——气体组分i的逸度，MPa；△H=。H=∑1n(1一∑rim)(4)式中．m：1J组分气体分子在连接孔中的填充率；式中IL完全空的水合物晶格中水的化学位，J／筏——由气体组分i形成的基础水合物在混合mol；基础水合物中所占的摩尔分率；完全填充的水合物晶格中水的化学位，J／厂——纯基础水合物组分i的逸度。．mol；】-一水合物结构的特性常数。2计算结果与实验数据比较——叫一一一∑，一∑，气体常数，8_31434J／(mol·K)；，、I，、一∑，采用C++语言编制程序对Parrish—Prausnitz、Du—卜温

7、度，K；Guo、Chen—GuoZ种模型进行求解，预测给定压力下天，m型孔穴被组分所占据的分率：然气中不含抑制剂时水合物的生成温度。通过水合物clfj(5)预测温度与实际生成温度的比较，评价各模型的预测Yjm一精度，平均相对误差大于0．3％认为模型的预测误差l+∑c『大。平均相对误差的计算公式为：式中_组分在气相中的逸度(按BWRS状态方1、。N一．．程计算)，MPa；DD(％)=÷l(XP一)／Ixl00(10)VC一组分在m型孔穴中的Langmuir常数，式中水合物生成温度的实验值，K；MPa～。孔_水合物生成温度的预测

8、值，K。Parrish—Prausnitz模型[2-3]采用经验关系式简化了采用三组数据对各模型进行比较：VanderWaals模型。对于I型水合物常数Ci表示为：a)91．96％CH4+5．13％C2H6+2．91％C3H8体系；=等唧㈤b)91．0％CH4+3．2％C2H6+2．0％C