多相体系蜡析出计算模型研究

【摘要】：随着海洋油气资源的开发,尤其是海底含蜡原油的不断开采,受海底低温环境的影响,海底混输管道的流动安全保障正面临严峻挑战——蜡沉积问题。准确预测管输石油的析蜡特性正是防止和控制管道蜡沉积问题的根本所在。为此,本文建立了液固和气液固析蜡预测模型,改进了气液固各相非理想性的热力学描述方法,结合特征化理论将上述模型分别应用于原油和凝析油体系,使之具备工业应用价值。主要工作如下:首先,本文针对烷烃体系建立了液固相平衡预测模型。采用新提出的IRSW溶液模型描述固相蜡晶的非理想性。该溶液模型同时考虑了过量焓和过量熵对过量吉布斯自由能的贡献。其中,焓的贡献采用修正的正规溶液模型描述;熵的贡献通过Wilson模型计算。液相的非理想性采用正规溶液模型和Flory free-volume方程共同描述。再者,本文从分子形态的微观角度引入蜡晶分子间的末端效应和多态固相的变化过程,使得模型物理意义更加完善,实现了析蜡点、析蜡量和析出蜡晶组成的准确预测。其次,针对高度非对称烷烃体系,改进了EOS-G~E气液相平衡预测模型。其中,状态方程采用考虑体积平移参数的t-PR状态方程;G~E通过UNIFAC溶液模型计算。针对UNIFAC模型假设―溶液基团各向同性‖的不足,采用体积参数非线性加和的方式对组合活度系数加以改进,显著提升了EOS-G~E模型对非对称烷烃体系的泡点预测精度。随后,结合液固相平衡预测模型,考虑压力对固相非理想性的影响,构建了气液固相平衡预测模型。采用Sloan算法求解,实现了高压含气烷烃体系析蜡特性的准确预测,从理论上揭示了进料组成和操作压力对析蜡点的影响规律。最后,结合特征化理论,将上述液固和气液固相平衡预测模型成功应用于原油和凝析油体系,分别建立了原油和凝析油体系的析蜡预测模型。原油析蜡预测模型利用Coutinho提出的指数递减规律估计正构烷烃的分布。该模型采用IRSW模型计算固相的活度系数,同时忽略液相的非理想性。凝析油析蜡预测模型综合应用Pedersen、Riazi和Coutinho法,实现了对进料组成的合理估计。由于EOS-G~E模型无法应用于凝析油体系,本文采用EOS-k_(ij)模型替代EOS-G~E模型。利用多种原油和凝析油的相平衡实验数据对所建析蜡预测模型进行验证。结果表明,实际体系预测模型的计算结果与实验数据较为吻合。相关研究成果对多相集输管道降低蜡堵风险,提高流动安全保障能力具有重要的指导作用。