油-气-水-水合物-蜡复杂多相热力学相平衡研究

发布时间：2022-02-21 05:11

　　相平衡计算是多相流水力计算和分析的基础,而对于海底多相混输管道,高压、低温的环境使管道内有蜡和水合物同时生成的风险,因此相态模拟对于海底管道流动安全保障具有重要意义。本文针对含有蜡和水合物的复杂体系进行相平衡模拟研究,并将研究成果应用至课题组自主开发的相平衡模拟软件中,丰富和完善了该软件的计算功能。理论研究方面,对比分析了基于物料守恒和基于Gibbs自由能最小化的计算方法,创新了集相数判断和闪蒸计算两过程于一体的算法;利用ChenGuo模型和vdW-P模型进行纯水体系、含盐体系和含醇体系的水合物生成条件计算;分别采用ChenGuo算法和基于Gibbs自由能最小化算法开展了油-气-水-水合物复杂体系相平衡计算研究。在上述基础上,结合Yang的蜡析出热力学模型,对蜡和水合物共存体系的相态行为进行计算分析,总结了油-气-水-水合物-蜡复杂多相体系的相平衡规律。软件成果方面,首先完善了课题组相平衡模拟软件中的闪蒸模块,丰富了该部分的算法选择;其次独立开发水合物计算子模块,提供了水合物生成条件和生成曲线预测、水合物临界最低加剂量计算、含水合物体系闪蒸计算等功能。 

【文章来源】：中国石油大学(北京)北京市211工程院校教育部直属院校

【文章页数】：121 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题的研究背景与意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 本课题的研究内容
第2章 相平衡理论模型及算法实现
    2.1 相稳定性分析
        2.1.1 基于物料守恒的相数判断
        2.1.2 基于切平面的相稳定性分析法
    2.2 闪蒸计算算法
        2.2.1 基于物料守恒的闪蒸计算
        2.2.2 基于Gibbs自由能最小化的闪蒸计算
    2.3 相稳定性分析和闪蒸集为一体的创新算法
    2.4 基础热力学模型
        2.4.1 Wilson模型
        2.4.2 PT+Kurihara模型
        2.4.3 Yang模型
    2.5 软件设计与开发
        2.5.1 功能设计与逻辑架构设计
        2.5.2 软件实现及图形界面
    2.6 计算结果及分析
        2.6.1 闪蒸和相稳定性计算对比
        2.6.2 “一体化”闪蒸算法
        2.6.3 不同模型对含抑制剂体系水的活度计算对比
    2.7 本章小结
第3章 含水合物体系的相平衡计算
    3.1 水合物生成条件计算
        3.1.1 vdW-P模型
        3.1.2 ChenGuo模型
        3.1.3 水合物结构类型判断
        3.1.4 含醇类抑制剂体系水合物生成条件计算
        3.1.5 含盐体系水合物生成条件计算
    3.2 水合物热力学抑制剂临界最低加剂量计算
    3.3 含水合物体系的闪蒸算法
        3.3.1 ChenGuo算法
        3.3.2 基于Gibbs自由能最小化算法
    3.4 软件实现
        3.4.1 功能设计与逻辑架构设计
        3.4.2 软件实现及图形界面
    3.5 计算结果及分析
        3.5.1 纯水体系水合物生成条件
        3.5.2 含醇体系水合物生成条件
        3.5.3 含盐体系水合物生成条件
        3.5.4 热力学抑制剂临界最低加剂量
        3.5.5 油-气-水-水合物四相闪蒸计算
    3.6 本章小结
第4章 蜡和水合物共存体系闪蒸计算及相互影响分析
    4.1 油-气-蜡多相闪蒸计算
    4.2 蜡和水合物相互影响分析
        4.2.1 轻组分含量对水合物生成的影响
        4.2.2 轻组分含量对蜡相析出的影响
        4.2.3 蜡晶析出对水合物生成的影响
        4.2.4 水合物生成对蜡晶析出的影响
        4.2.5 含水量对蜡固相生成的影响
    4.3 本章小结
第5章 结论和建议
    5.1 本文主要结论
    5.2 油-气-水-水合物-蜡复杂体系相平衡研究展望
    5.3 软件开发完善建议
参考文献
附录A 测试数据和计算结果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]海底混输管道析蜡对水合物生成的影响[J]. 寇杰,张楠,李云.  中国石油大学学报(自然科学版). 2016(04)
[2]水合物反应液中水活度系数模型研究进展[J]. 张锦,周诗岽,卢国维,严红玉,赵永利.  应用化学. 2016(03)
[3]基于稳定性分析的平衡闪蒸计算[J]. 李剑峰,贺三,夏丹,任建勋,梁颖.  天然气与石油. 2013(04)
[4]海底混输管道水合物生成对析蜡的影响[J]. 寇杰,王巍,杨文.  中国石油大学学报(自然科学版). 2013(01)
[5]天然气水合物抑制剂注入量计算方法比较[J]. 梁金莺,张秀玲.  中国石油和化工. 2012(05)
[6]延长气田天然气水合物抑制剂注入量的确定[J]. 梁裕如,张书勤.  甘肃科技. 2011(01)
[7]气-液-液-水合物多相平衡闪蒸的新算法[J]. 马庆兰,陈光进,孙长宇,郭天民.  化工学报. 2005(09)
[8]含乙二醇和盐体系气体水合物相平衡测定与预测[J]. 孙志高,郭开华,樊栓狮,王如竹.  上海交通大学学报. 2002(10)
[9]气体水合物生成机理和热力学模型的建立[J]. 陈光进,马庆兰,郭天民.  化工学报. 2000(05)
[10]含极性抑制剂体系中水合物生成条件的研究[J]. 马庆兰,陈光进,郭天民.  高校化学工程学报. 2000(01)

博士论文
[1]多相体系蜡析出计算模型研究[D]. 杨居衡.中国石油大学(北京) 2018

硕士论文
[1]混输管道相态平衡模拟计算研究[D]. 王嘉琪.中国石油大学（北京） 2017
[2]海底管道液烃存在及蜡晶析出对水合物生成影响研究[D]. 张凯.中国石油大学 2011
[3]海底混输管道水合物生成对析蜡的影响研究[D]. 王巍.中国石油大学 2011



本文编号：3636566