Расчет дискретных функций характеристических кривых фазового поведения многокомпонентных углеводородных систем

Об авторах:

Мащицкий Игорь Эдуардович, аспирант, Тюменский государственный университет; mashchitskiy@inbox.ru

Захарова Ирина Гелиевна, кандидат физико-математических наук, профессор кафедры программного обеспечения, Школа компьютерных наук, Тюменский государственный университет, Тюмень, Россия; i.g.zakharova@utmn.ru, https://orcid.org/0000-0002-4211-7675

Аннотация:

Описывается оригинальный способ расчета характеристических кривых фазового поведения систем типа «нефть» на плоскости температура — давление (термобарической). В статье затронуты такие аспекты моделирования фазового поведения, как метод определения равновесного парожидкостного соотношения в данных термобарических условиях, построение формальной модели исследуемой системы, схема локализации областей фазового поведения и алгоритм расчета изолиний массового содержания газа/жидкости. Основой математического аппарата для предлагаемого метода служит уравнение состояния Пенга — Робинсона, в связи с чем отдельно рассматриваются вопросы формирования компонентно-фракционного состава углеводородных смесей и подбора соответствующих зависимостей для определения физико-химических параметров фракций. Целевые кривые представляются как дискретные функции, описывающие фиксированное сепарационное соотношение в двухфазной области системы, а алгоритм их построения — как набор геометрических правил на термобарической плоскости, составляющих управляющую логику вычислений. Ключевой особенностью предлагаемого метода является учет для каждой конкретной изолинии явлений ретроградного испарения/конденсации без привязки к другим характеристическим кривым, а также высокая масштабируемость конечного результата. Приведенные в статье расчетные алгоритмы были программно реализованы в среде .NET с использованием технологий распараллеливания. Модель фазового поведения, полученная на основе разработанного программного обеспечения, графически иллюстрируется и проверяется на примере эксперимента контактной конденсации для пробы пластового флюида реальной газоконденсатной системы. Поскольку добыча, переработка и транспортировка углеводородного сырья немыслимы без достоверной теории фазовых состояний, данное исследование может найти свое применение в самых различных областях нефтегазовой отрасли.

Список литературы:

1. Брилл Дж. П. Многофазный поток в скважинах / Дж. П. Брилл, Х. Мукерджи; пер. с англ. Ю. В. Русских; под ред. М. Н. Кравченко. М.; Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2006. 384 с.
2. Брусиловский А. И. Методология и результаты применения кубических уравнений состояния для моделирования термодинамических свойств природных углеводородных флюидов / А. И. Брусиловский // Актуальные вопросы исследований пластовых систем месторождений углеводородов: сб. науч. статей в 2 ч. 2011. Ч. 2. С. 150-163.
3. Брусиловский А. И. Фазовые превращения при разработке нефти и газа / А. И. Брусиловский. М.: Грааль, 2002. 575 с.
4. ГОСТ 8.602-2010. Государственная система обеспечения единства измерений. Плотность нефти. Таблицы пересчета. М.: Стандартинформ, 2006. 16 с.
5. Григорьев Б. А. Теплофизические свойства и фазовые равновесия газовых конденсатов и их фракций / Б. А. Григорьев, А. А. Герасимов, Г. А. Ланчаков; под общ. ред. Б. А. Григорьева. М.: МЭИ, 2007. 344 с.
6. Гуревич Г. Р. Справочное пособие по расчету фазового состояния и свойств газоконденсатных смесей / Г. Р. Гуревич, А. И. Брусиловский. М.: Недра, 1984. 264 с.
7. Касперович А. Г. Построение фазовых диаграмм углеводородных систем для анализа процессов добычи, подготовки и транспорта сырья газоконденсатных месторождений / А. Г Касперович, О. А. Омельченко, Д. А. Рычков, Т. В. Турбина // Вести газовой науки. 2014. № 4. С. 146-155.
8. Лапшин В. И. Фазовые превращения углеводородных нефтегазоконденсатных систем / В. И. Лапшин, А. Н. Волков, А. А. Константинов // Вести газовой науки. 2014. № 2. С. 121-128.
9. Мащицкий И. Э. Метод расчета дискретных функций фазовых диаграмм многокомпонентных углеводородных систем на основе кубических уравнений состояния / И. Э. Мащицкий, И. Г. Захарова // Вестник Тюменского государственного универитета. Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика. 2015. Том 1. № 3. С. 147-154.
10. Мащицкий И. Э. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2016611751 «Программа для комплексного моделирования результатов разгонки углеводородных флюидов (Distillation Modeling)».
11. Мащицкий И. Э. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2014616892 «Программа для построения фазовой диаграммы и изолиний массового процента газа углеводородных флюидов (HCSPD)».
12. Рид Р. Свойства газов и жидкостей / Р. Рид, Дж. Праусниц, Т. Шервуд; пер. с англ. под ред. Б. И. Соколова. Ленинград: Химия, 1982. 592 с.
13. Фаловский В. И. Современный подход к моделированию фазовых превращений углеводородных систем с помощью уравнения состояния Пенга — Робинсона / В. И. Фаловский, А. С. Хорошев, В. Г. Шахов // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2011. № 4-1. С. 120-125.
14. Шабаров А. Б. Физико-математическая модель и метод расчета течения газоконденсатной смеси в пласте / А. Б. Шабаров // Вестник Тюменского государственного университета. Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика. 2014. № 7. С. 7-18
15. Ющенко Т. С. Моделирование PVT-свойств природных газоконденсатных смесей с учетом наличия остаточной воды в коллекторе / Т. С. Ющенко, А. И. Брусиловский // Вести газовой науки. 2015. № 4. С. 38-45.
16. Danesh A. PVT and Phase Behavior of Petroleum Reservoir Fluids / A. Danesh // Elsevier Science B.V. 1998. 104 p.
17. Pedersen K. S. Phase Behavior of Petroleum Reservoir Fluids / K. S. Pedersen, P. L. Christensen. Boca Raton: CRC Press, 2007. 408 p.
18. Peng D. Y. A New Two-Constant Equation of State / D. Y. Peng, D. B. Robinson // Industrial & Engineering Chemistry Fundamentals. 1976. Vol. 15. No 3. Pp. 59-64. DOI: 10.1021/i160057a011
19. Whitson C. H. Phase Behavior / C. H. Whitson, M. R. Brule. Richardson: Henry L. Doherty Memorial Fund of AIME, Society of Petroleum Engineers, 2000. 233 p.