1、第二章多相流熱物性模型及相關(guān)物性參數(shù),第二章 多相流熱物性模型,物性參數(shù)是多相流分析的基礎(chǔ)。通常來講，所用的分析模型越精確，所要求的物性參數(shù)就越多。目前常用的物性模型有黑油模型、組分模型和組合模型。 第一節(jié) 黑油模型 黑油模型是指在不清楚流體組成情況的下，由經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式確定指定壓力、溫度下的各種物性參數(shù)的模型。它的特點(diǎn)是直觀、簡(jiǎn)單，常常只有一個(gè)顯式公式，計(jì)算量很小。多相流工藝計(jì)算中常用的黑油模型有： 一、密度 （一）原油密度 1、脫氣原油密度,第二章多相流熱物性模型及相關(guān)物性參數(shù),第二章 多相流熱物性模型,2、溶氣原油密度 3、天然氣相對(duì)密度 同一溫度、壓力下，氣體的密度與干空氣密度之比為氣體相

2、對(duì)密度。,式中：t，20 溫度為t和20時(shí)的原油密度，kg/m3。 溫度系數(shù)，kg/m3.。,式中：o脫氣原油密度，kg/m3； a工程標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣的密度，kg/m3； gs溶入的天然氣相對(duì)于工程標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣的相對(duì)密度。,第二章多相流熱物性模型及相關(guān)物性參數(shù),第二章 多相流熱物性模型,4、未溶解天然氣相對(duì)密度,式中：* 氣體相對(duì)密度； 氣體密度； a 空氣密度。,式中： Rn 每立方米脫氣原油中有Rn立方米天然氣； g 天然氣密度； Rs 溶于原油中的天然氣體積； gs 溶解的天然氣密度。,第二章多相流熱物性模型及相關(guān)物性參數(shù),第二章 多相流熱物性模型,（二）天然氣壓縮因子 1、雷德里希鄺

3、法（RedlichKwong） 2、霍爾亞鮑勒夫法（HallYarborough）,式中： Z 天然氣壓縮因子； Pc、Tc臨界壓力和溫度，Pa、K； P、T壓力和溫度，Pa、K。,第二章多相流熱物性模型及相關(guān)物性參數(shù),第二章 多相流熱物性模型,式中的y值可由下式迭代求解。 3、羅賓遜法（Dranchuk，Purvis，Robinson）,式中：A1=0.31506237；A2= -1.04670990；A3= -0.57832729 A4=0.53530771；A5= -0.61232032；A6= -0.10488813 A7=0.68157001；A8=0.68446549,第二章多相流

4、熱物性模型及相關(guān)物性參數(shù),第二章 多相流熱物性模型,4、高帕爾法（Gopal） 該法以不同的直線方程擬和壓縮因子圖的不同部分。方程的通式為： Pr 和Tr 的數(shù)值不同時(shí)，系數(shù)A，B，C，D取不同的值。 5、精度要求不高時(shí)的簡(jiǎn)便方法 天然氣壓縮因子也可以用下述簡(jiǎn)便方法計(jì)算： 上式的使用范圍：0Pr12和1.25Tr1.6。 二、粘度 （一）一般原油粘度 1、缺乏實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的情況下所用的計(jì)算方法,第二章多相流熱物性模型及相關(guān)物性參數(shù),第二章 多相流熱物性模型,2、已知某一溫度下的粘度，求指定溫度下的粘度 已知t0 溫度下的粘度，求溫度t 下的粘度 3、已知任意兩個(gè)溫度下的粘度，求其他溫度下的粘度,式

5、中：t、0 溫度為t（）和t0（）時(shí)，原油的粘度，mPa.s； a、c系數(shù)。,第二章多相流熱物性模型及相關(guān)物性參數(shù),第二章 多相流熱物性模型,4、已知20和50的粘度，求其他溫度下的粘度 （二）地面脫氣原油的粘度 1、魯賓遜(Robinson)公式 其中：,式中：on地面脫氣原油的粘度，mPa.s； t溫度，； o原油的相對(duì)密度，無因次； x、y、z中間變量。,第二章多相流熱物性模型及相關(guān)物性參數(shù),第二章 多相流熱物性模型,（三）溶氣原油的粘度 1、貝格斯法 其中： 2、瓦茲奎茲法,式中：o飽和原油的粘度，mPa.s； o溶解油氣比，m3/m3； A、B中間變量。,第二章多相流熱物性模型及相關(guān)

6、物性參數(shù),第二章 多相流熱物性模型,3、丘康納利法 其中：,式中：o不飽和原油的粘度，mPa.s； ob飽和壓力Pb下的原油粘度，mPa.s； m中間變量。 C1，C2，C3，C4常數(shù)，C1=2.6，C2=1.187，C3=-11.513，C4=-8.9810-5。,式中：o溶氣原油的粘度，mPa.s； o脫氣原油的粘度，mPa.s。,第二章多相流熱物性模型及相關(guān)物性參數(shù),第二章 多相流熱物性模型,（四）天然氣的粘度 1、由密度和相對(duì)密度求標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的粘度 2、用卡厄圖求常壓下天然氣的粘度,式中：T天然氣溫度，開。,第二章多相流熱物性模型及相關(guān)物性參數(shù),第二章 多相流熱物性模型,3、高壓下的天

7、然氣粘度求法 首先求出常溫常壓下的粘度，再求粘度比： 式中：Pr天然氣視對(duì)比壓力； Tr天然氣視對(duì)比溫度。 而系數(shù)ai可由下表查得。,式中： T氣體溫度，K； 氣體的相對(duì)密度，無因次。,此式適用范圍：1Pr20和1.2Tr3.0。,第二章多相流熱物性模型及相關(guān)物性參數(shù),第二章 多相流熱物性模型,（五）水的粘度 1、純水的粘度 可用貝格斯和布里爾公式可求出給定溫度下水的粘度：,mPa.s,第二章多相流熱物性模型及相關(guān)物性參數(shù),第二章 多相流熱物性模型,壓力對(duì)水的粘度影響不大。 2、油田水的粘度 阿諾尼穆斯給出了油田水的粘溫計(jì)算公式。 當(dāng)含鹽量為S=50000250000ppm時(shí)，計(jì)算式為： 含鹽

8、量小于該式，可用純水公式計(jì)算。 三、油氣溶解性參數(shù) （一）天然氣在原油中的溶解度 1m3脫氣原油在某一壓力和溫度下能溶解的天然氣量（折算成工程標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積）稱為天然氣在原油中的溶解度，或稱溶解油氣比，常以Rs表示，米3（氣）/米3（油）為單位。 1、雷薩特給出了求溶解度的相關(guān)關(guān)系式：,式中：w油田水的粘度，mPa.s； S含鹽量，ppm。,第二章多相流熱物性模型及相關(guān)物性參數(shù),第二章 多相流熱物性模型,2、斯坦丁給出了另外一種求溶解度的相關(guān)關(guān)系式： 通常認(rèn)為雷薩特相關(guān)式優(yōu)于斯坦丁關(guān)系式。,式中：yg天然氣分子分?jǐn)?shù)； Mo脫氣原油分子量； P絕對(duì)壓力，MPa； T溫度，K。,式中：t溫度，。

9、,第二章多相流熱物性模型及相關(guān)物性參數(shù),第二章 多相流熱物性模型,（二）原油的體積系數(shù) 由于天然氣的溶解，部分天然氣以液態(tài)存在于原油中，使原油體積增大。1m3脫氣原油中溶入天然氣后所具有的體積稱為原油的體積系數(shù) 1、由諾模圖擬和的關(guān)系式： 2、由泡點(diǎn)壓力Pb計(jì)算原油體積系數(shù)（當(dāng)PPb時(shí)，Pb為泡點(diǎn)壓力，kPa）,式中：Bo原油體積系數(shù)，m3/m3。t溫度，。,式中： Ss溶解油氣比；C1、C2、C3系數(shù)。,第二章多相流熱物性模型及相關(guān)物性參數(shù),第二章 多相流熱物性模型,泡點(diǎn)壓力計(jì)算所用系數(shù),第二章多相流熱物性模型及相關(guān)物性參數(shù),第二章 多相流熱物性模型,3、由泡點(diǎn)壓力Pb計(jì)算原油體積系數(shù)（當(dāng)P

10、Pb時(shí)） 其中：,式中：Bob泡點(diǎn)壓力Pb下的原油體積系數(shù)； a1= -1433.0，a2=5.0，a3=17.2，a4=-1180.0，a5=12.61，a6=105。,第二章多相流熱物性模型及相關(guān)物性參數(shù),第二章 多相流熱物性模型,四、比熱 （一）原油比熱 1、常溫下的比熱 原油的比熱可以按下式計(jì)算： 2、原油給定溫度下的比熱,式中：c原油比熱，千焦/千克.； 1515時(shí)原油密度，噸/米3。,式中：c原油比熱，千焦/千克.； t原油溫度，；,第二章多相流熱物性模型及相關(guān)物性參數(shù),第二章 多相流熱物性模型,（二）天然氣定壓摩爾熱容 五、天然氣焦耳湯姆遜系數(shù) 在求解有關(guān)管路輸送中的溫降時(shí)，常用

11、到焦耳湯姆遜系數(shù)。它的計(jì)算式為：,A、B比熱常數(shù)； m、n比熱指數(shù)。,式中：Cp天然氣定壓摩爾熱容，J/(mol.K)； T天然氣溫度，K； M天然氣平均分子量； P壓力，Pa。,第二章多相流熱物性模型及相關(guān)物性參數(shù),第二章 多相流熱物性模型,此式適用范圍：0.8Pr3.5和1.6Tr2.1。 六、表面張力 （一）常壓下油氣原油的表面張力計(jì)算公式 在缺乏實(shí)驗(yàn)條件下，可用下式估算溶氣原油表面張力：,式中：Di焦耳湯姆遜系數(shù)，/MPa； Cp天然氣定壓摩爾熱容，J/（mol.）； Pc假臨界壓力，Pa； Tc假臨界溫度，K。,第二章多相流熱物性模型及相關(guān)物性參數(shù),第二章 多相流熱物性模型,（二）給

12、定壓力下的溶氣原油表面張力系數(shù) （三）原油天然氣的表面張力,式中：表面張力系數(shù)，N/m； t溫度，。,式中：常壓下的表面張力系數(shù)，N/m； 指定壓力下的表面張力系數(shù)，N/m； P壓力，MPa。,第二章多相流熱物性模型及相關(guān)物性參數(shù),第二章 多相流熱物性模型,（四）水天然氣的表面張力 卡茨等人提出了預(yù)測(cè)水天然氣表面張力的公式：,式中：o原油天然氣的表面張力，mN/m； P壓力，MPa； t溫度，； o天然氣相對(duì)密度，無因次。,式中：w水天然氣的表面張力，mN/m； P壓力，MPa； t溫度，。,第二章多相流熱物性模型及相關(guān)物性參數(shù),第二章 多相流熱物性模型,第二節(jié) 組分模型 為了區(qū)分不同流體，黑

13、油模型通常用相對(duì)密度來區(qū)別。但這種方法顯然不能真正區(qū)分不同流體。而組分模型是按流體的組分含量來區(qū)分流體，更能反映問題本質(zhì)，其計(jì)算結(jié)果的適用范圍大為增加。組分模型在多相流工藝計(jì)算特別是多相流仿真中，得到了廣泛的應(yīng)用。 一、流體狀態(tài)方程 目前在多相流物性計(jì)算中，主要用到以下幾種狀態(tài)方程： （一）RK狀態(tài)方程,式中：摩爾體積； Z壓縮因子； a，b特性常數(shù)。,第二章多相流熱物性模型及相關(guān)物性參數(shù),第二章 多相流熱物性模型,（二）SRK狀態(tài)方程 （三）PR狀態(tài)方程 （四）BWRS狀態(tài)方程 BWRS狀態(tài)方程是目前最精確的狀態(tài)方程之一。其表達(dá)式為：,式中：摩爾體積； Z壓縮因子。,式中：摩爾體積； Z壓縮

14、因子。,第二章多相流熱物性模型及相關(guān)物性參數(shù),第二章 多相流熱物性模型,式中A0、B0、C0、D0、E0、F0、G0、a、b、c、d、為方程式的十一個(gè)參數(shù)。 一、各物性參數(shù)的計(jì)算 （一）由狀態(tài)方程可確定的參數(shù) 以BWRST方程為例，各參數(shù)的計(jì)算方法為： 1、氣體壓縮系數(shù)計(jì)算 式中各參數(shù)的意義同BWRST方程中參數(shù)的意義。,第二章多相流熱物性模型及相關(guān)物性參數(shù),第二章 多相流熱物性模型,2、密度計(jì)算 3、流體焓的計(jì)算 4、流體熵的計(jì)算,第二章多相流熱物性模型及相關(guān)物性參數(shù),第二章 多相流熱物性模型,5、流體定容比熱計(jì)算 6、流體定壓比熱計(jì)算 7、氣體比熱比,第二章多相流熱物性模型及相關(guān)物性參數(shù),

15、第二章 多相流熱物性模型,8、焦耳湯姆遜系數(shù) 9、氣液混合流體的氣化率計(jì)算 汽化率e定義為：,式中：Di 氣體的節(jié)流系數(shù)，/Pa； 氣體的密度，kg/m3； T氣體絕對(duì)溫度，K； Cp氣體的定壓比熱。,第二章多相流熱物性模型及相關(guān)物性參數(shù),第二章 多相流熱物性模型,10、各相逸度計(jì)算,式中：fi第i組分氣相或液相逸度。,第二章多相流熱物性模型及相關(guān)物性參數(shù),第二章 多相流熱物性模型,（二）按組分混合方式求解參數(shù) 1、流體分子量、標(biāo)準(zhǔn)密度及臨界參數(shù)計(jì)算 2、動(dòng)力粘度計(jì)算 氣體混合物高壓下的粘度為： 3、流體運(yùn)動(dòng)粘度計(jì)算,第二章多相流熱物性模型及相關(guān)物性參數(shù),第二章 多相流熱物性模型,4、氣相導(dǎo)熱系數(shù)計(jì)算 5、氣體形成水化物臨界溫度計(jì)算 第三節(jié) 組合模型 在計(jì)算各相的參數(shù)中，組分模型的計(jì)算結(jié)果優(yōu)于黑油模型。但對(duì)于多相流計(jì)算，組分模型在計(jì)算有關(guān)液相的參數(shù)時(shí)，其結(jié)果往往不令人滿意。因此，在實(shí)際使用中，往往是以狀態(tài)方程為基礎(chǔ)，用組分和黑油模型混合使用，來達(dá)到精確計(jì)算的目的。,第二章多相流熱物性模型及相關(guān)物性參數(shù),