超临界酸性天然气密度粘度变化规律实验研究

【摘要】：为了缓解我国能源供需矛盾,天然气开发在我国能源战略中的重要性越加显现。在我国四川、新疆、陕北以及南海等地区发现的多个大型天然气藏,其中大部分都具有“高压、高产、高含H_2S”的“三高”特点。由于富含CO_2以及H_2S,三高气田地层中的气体在开采过程中大都会出现超临界态。超临界态流体特有的密度、粘度变化规律及相态特征对井控安全产生了重大的影响。有必要掌握超临界条件下天然气的相态特征及密度、粘度随温度压力的变化规律,以便为三高其气井井筒压力预测及井控安全提供支持和依据。 设计制造了一套超临界天然气物性测量实验装置“M-1超临界高压反应系统”,该系统具备测量0-60MPa、20-200℃,天然气密度、粘度数据的功能。通过调试及实验检验,该系统功能完备,能够满足科学实验要求。利用该系统分别测取了CH_4、CO_2以及不同比例的CH_4和CO_2混合气体的密度、粘度随温度压力的变化曲线。通过大量的文献调研,整理了国内外高温高压天然气的物性计算方法,以实验数据为基础,对比分析这些计算方法,并对DPR方程进行修正,得到R-DPR方程,最终选择R-DPR方程以及LGE粘度模型作为超临界酸性天然气密度及粘度计算方法。 根据R-DPR方程及LGE粘度模型编制了超临界酸性天然气物性计算软件,分别计算了不同类型天然气(贫气、富气、CO_2富集气,H_2S富集气)在模拟井筒中的密度、粘度变化规律。研究发现,在钻井条件下,钻井液中的CO_2富集气、H_2S富集气以及一部分的富气在井深1500米至井口这段井筒的上升过程中,会由超临界态变为气态。其密度会急剧减小80%以上,粘度急剧减小70%左右,由此带来的一系列变化严重影响井控安全。 【关键词】：超临界 密度 粘度 实验 井控
【学位授予单位】：中国石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：P618.13
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 前言9-17
• 1.1 课题研究的目的和意义9-10
• 1.2 超临界天然气概述10-12
• 1.2.1 超临界流体10-11
• 1.2.2 超临界天然气11-12
• 1.3 国内外超临界天然气物性计算模型研究现状12-15
• 1.3.1 拟临界参数的计算12-13
• 1.3.2 压缩因子的计算13-14
• 1.3.3 密度的计算14
• 1.3.4 粘度的计算14-15
• 1.4 超临界天然气物性实验研究15
• 1.5 本论文主要研究内容及创新点15-17
• 1.5.1 主要研究内容15-16
• 1.5.2 本文创新点16-17
• 第二章 超临界天然气物性测量实验装置设计17-30
• 2.1 实验装置设计要求17-18
• 2.1.1 超临界流体的特殊性质17
• 2.1.2 实验装置的功能要求17-18
• 2.1.3 实验装置的工作范围18
• 2.2 实验装置的工作原理18-22
• 2.2.1 密度测量18-20
• 2.2.2 粘度测量20-22
• 2.3 超临界天然气物性测量实验装置设计与试制22-28
• 2.3.1 实验装置设计思路22-23
• 2.3.2 “M-1 超临界高压反应系统”组成23-28
• 2.4 实验系统调试28-30
• 第三章 天然气密度粘度变化规律实验及计算30-68
• 3.1 实验方案设计30-31
• 3.1.1 实验原理30
• 3.1.2 实验流程30-31
• 3.2 密度粘度变化规律实验31-45
• 3.2.1 甲烷密度粘度变化规律实验31-32
• 3.2.2 二氧化碳密度粘度变化规律实验32-34
• 3.2.3 不同比例甲烷与二氧化碳混合气密度粘度变化规律实验34-45
• 3.3 超临界天然气物性计算45
• 3.4 拟临界参数的计算45-48
• 3.4.1 基于混合规则的计算方法45-46
• 3.4.2 非烃类组分的影响46-47
• 3.4.3 C_(7+)重馏分的特征化处理47-48
• 3.5 密度计算48-58
• 3.5.1 经验公式48-50
• 3.5.2 实验数据分析50-56
• 3.5.3 DPR 模型修正56-58
• 3.6 粘度计算58-68
• 3.6.1 经验公式58-60
• 3.6.2 实验数据分析60-68
• 第四章 超临界天然气物性沿井筒变化规律计算及应用68-78
• 4.1 超临界天然气物性计算软件68-70
• 4.1.1 软件简介68
• 4.1.2 编程语言68
• 4.1.3 核心模块68-70
• 4.2 天然气物性沿井筒变化计算实例70-74
• 4.2.1 模拟气体选择70-71
• 4.2.2 模拟井计算71-74
• 4.3 超临界酸性天然气物性变化对井控安全影响分析74-78
• 4.3.1 不同类型天然气物性沿井深变化74-76
• 4.3.2 超临界天然气物性变化对井控安全的影响76-78
• 第五章 结论与建议78-80
• 5.1 结论78-79
• 5.2 建议79-80
• 参考文献80-83
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果83-84
• 致谢84

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