高温超压条件下水-气-油三相平衡计算方法及装置

技术领域

本发明属于油藏勘探开发技术领域，具体涉及一种含油气盆地高温超压条件下水-气-油三相平衡计算方法及装置。

背景技术

在油藏勘探开发的工程决策中，工程师通常需要通过数值模拟的手段获取油气在成藏和开发过程中运移的路径和方式，从而为油藏模式的预测以及油藏开发方案的选择提供计算依据。油气运移和油藏开发的数值模拟中，一个重要的环节是流体物性的计算。流体的物性包括密度、粘滞度以及相平衡。流体的组分通常是非常复杂的，可能包括：H

通常条件下，绝大部分H

多数条件下，这种气-水间没有物质交换的基本假定在油藏数值模拟计算中不会影响最终计算结果的有效性和工程决策。然而，当气体溶解到水溶液中，水溶液中的离子成分、pH值等会大大改变，进而也会影响到水溶液与矿物间的溶解平衡。因此，当需要进一步考察流体运移过程中，水溶液物性的变化以及水溶液与矿物之间的相互作用过程时，这种传统的方法将会失去作用。并且，像H

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种针对含油气盆地高温高压条件下的水-气-油三相平衡计算方法及装置，用于解决现有的油藏数值模拟计算中忽略水-气间的溶解平衡的不足。

本发明第一方面，公开一种高温超压条件下水-气-油三相平衡计算方法，所述方法包括：

获取所要计算的流体体系的各组分含量、温度、压力以及盐度；

根据流体体系除中去水之外的组分含量和给定的温度、压力条件开展闪蒸计算，进行油气两相平衡计算，得到油相、气相中各组分所占的摩尔分数；

将组分水和气相各组分一起构成新的物质构成，进行水气两相平衡计算，得到水相、气相中各组分所占的摩尔分数；

比较油气两相平衡计算和气水两相平衡计算获得的同一组分在气相中的摩尔分数的差异，若所述差异小于第一预设阈值，获得水-气-油三相平衡，否则，重新进行油气平衡计算和水气平衡计算。

优选的，所述获取所要计算的流体体系的各组分含量、温度、压力以及盐度之后还包括：

如果流体体系中给定的组分含水，计算除去水之外的各组分的摩尔分数

优选的，油气两相平衡的计算流程为：

优选的，

计算气相和油相各组分的摩尔分数的计算公式为：

其中𝑥

优选的，水气平衡计算过程为：

优选的，所述根据组分在气水两相中达到平衡状态的基本条件更新

设

其中，

定义

定义

优选的，若油气两相平衡计算获得的组分

本发明第二方面，公开一种高温超压条件下水-气-油三相平衡计算装置，所述装置包括：

数据获取模块：获取所要计算的流体体系的各组分含量、温度、压力以及盐度；

油气平衡计算模块：根据流体体系除中去水之外的组分含量和给定的温度、压力条件开展闪蒸计算，计算油气两相平衡，得到油相、气相中各组分所占的摩尔分数；

水气平衡计算模块：将组分水和气相各组分一起构成新的物质构成，并计算水气两相平衡，到水相、气相中各组分所占的摩尔分数；

三相平衡计算模块：比较油气两相平衡计算和气水两相平衡计算获得的同一组分在气相中的摩尔分数的差异，若所述差异小于第一预设阈值，获得水-气-油三相平衡，否则，重新进行油气平衡计算和水气平衡计算。

本发明第三方面，公开一种电子设备，包括：至少一个处理器、至少一个存储器、通信接口和总线；

其中，所述处理器、存储器、通信接口通过所述总线完成相互间的通信；

所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令，以实现如本发明第一方面所述的方法。

本发明第四方面，公开一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机实现如本发明第一方面所述的方法。

本发明相对于现有技术具有以下有益效果：

1）本发明利用水-气-油三相共存时水和油之间几乎不会发生互相溶解，而气相既可以与水发生相互溶解也可以与油相发生相互溶解的特性，通过气相分别与油、水两相平衡的计算迭代，不仅能够确保气-油间的相平衡的准确计算，而且能够准确计算水-气间的溶解平衡，最终获得完整的精确的水-气-油三相平衡计算；本发明实现了通过在给定温度、压力和各组分含量条件下精确计算获得流体达到平衡状态时产生哪些相以及各个相的组分含量，提高了计算精度；

2）本发明弥补了油藏数值模拟中只考虑油气平衡的不足，在注气开发项目中或需要进一步考察流体运移过程中水溶液物性的变化以及水溶液与矿物之间的相互作用过程等计算中，可提高最终计算结果的准确性和工程决策的有效性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的高温超压条件下水-气-油三相平衡计算方法流程示意图；

图2为本发明油气两相平衡的计算流程示意图；

图3为本发明水气平衡计算流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明提出一种高温超压条件下水-气-油三相平衡计算方法，所述方法包括：

S1、获取所要计算的流体体系的各组分含量、温度、压力以及盐度；

获取所要计算的流体体系的组分含量、温度、压力以及盐度；

如果给定的组分含水，计算流体体系中除去水之外的各组分的摩尔分数

S2、根据除去水之外的各组分含量和给定的温度、压力条件开展闪蒸计算，进行油气两相平衡计算，得到油相、气相中各组分所占的摩尔分数；

在给定温度、压力下，非水组分达到平衡状态时可能为气相、油相或气油两相共存，因此需要计算平衡状态下有哪些相存在，若为气油两相共存，则气相总摩尔分数以及气相、油相中各组分所占的摩尔分数为多少。

油气两相达到平衡状态的基本条件是各个组分都满足在油气两相中的逸度相等，设

记𝑥

油气两相各组分的逸度采用Peng-Robinson状态方程计算（简称PR方程）。PR方程的表达形式为：

其中，

本发明以各组分在油相、气相中的逸度相等为平衡条件进行油气平衡计算，请参阅图2，油气两相平衡的计算流程为：

根据

其中𝑥

S3、将组分水和气相各组分一起构成新的物质构成，进行水气两相平衡计算，得到水相、气相中各组分所占的摩尔分数；

本发明以各组分在气相、水相中的化学势相等为平衡条件进行水气平衡计算，请参阅图3，水气平衡计算流程为：

其中

其中，

定义

根据

定义

根据更新的

S4、比较油气两相平衡计算和气水两相平衡计算获得的同一组分在气相中的摩尔分数的差异，若所述差异小于第一预设阈值，获得水-气-油三相平衡，否则，返回步骤S2。

具体的，若油气两相平衡计算获得的组分

水-气-油三相共存时的一个重要特点在于：水和油之间几乎不会发生互相溶解，而气相既可以与水发生相互溶解，而且可以与油相发生相互溶解。因此通过气相分别与油、水两相平衡的计算迭代，最终获得水-气-油三相平衡。不仅能够确保气-油间的相平衡的准确计算，而且能够准确计算水-气间的溶解平衡，最终获得完整的精确的水-气-油三相平衡计算，提高计算精度。

利用本发明提出的水-气-油三相平衡计算方法，通过C++计算机语言，进行水-气-油三相平衡计算，以下给出两个具体的算例，证明计算方法的有效性。

算例1. 温度：403.15K，压力：100bar，组分如下表1所示：

表1 各组分化学式及其摩尔分数

利用本发明所述方法计算流体达到平衡状态条件下，能够产生哪些相(Thephase)，各个相的饱和度(Phase saturation)以及各相中各组分的摩尔分数(Molefraction)。计算结果如下：

The phase is: Gas

Phase saturation: 0.119961

Mole fraction of CO2: 0.375584

Mole fraction of H2O: 0.0280101

Mole fraction of H2S: 0.0

Mole fraction of N2: 0.0

Mole fraction of CH4: 0.426694

Mole fraction of C2H6: 0.187867

Mole fraction of C3H8: 0.0334527

Mole fraction of iC4: 0.0

Mole fraction of nC4: 0.294777

Mole fraction of iC5: 0.0

Mole fraction of nC5: 0.0777283

Mole fraction of nC6: 0.0453432

Mole fraction of nC7: 0.0197808

Mole fraction of nC8: 0.0171817

Mole fraction of nC9: 0.0

Mole fraction of nC10: 0.0128441

The phase is: Oil

Phase saturation: 0.241108

Mole fraction of CO2: 0.193797

Mole fraction of H2O: 0.0

Mole fraction of H2S: 0.0

Mole fraction of N2: 0.0

Mole fraction of CH4: 0.181139

Mole fraction of C2H6: 0.105979

Mole fraction of C3H8: 0.0234492

Mole fraction of iC4: 0.0

Mole fraction of nC4: 0.25623

Mole fraction of iC5: 0.0

Mole fraction of nC5: 0.0827231

Mole fraction of nC6: 0.0586901

Mole fraction of nC7: 0.0309259

Mole fraction of nC8: 0.0323473

Mole fraction of nC9: 0.0

Mole fraction of nC10: 0.0347194

The phase is: Water

Phase saturation: 0.638932

Mole fraction of CO2: 0.00930917

Mole fraction of H2O: 0.844273

Mole fraction of H2S: 0.0

Mole fraction of N2: 0.0

Mole fraction of CH4: 0.00150505

Mole fraction of C2H6: 1.86831e-09

Mole fraction of C3H8: 0.0

Mole fraction of iC4: 0.0

Mole fraction of nC4: 0.0

Mole fraction of iC5: 0.0

Mole fraction of nC5: 0.0

Mole fraction of nC6: 0.0

Mole fraction of nC7: 0.0

Mole fraction of nC8: 0.0

Mole fraction of nC9: 0.0

Mole fraction of nC10: 0.0

算例2. 温度：373.15K，压力80 bar，组分如下表2所示：

表2 各组分化学式及其摩尔分数

利用本发明发热方法计算流体达到平衡状态条件下，能够产生哪些相，各个相的饱和度以及各相中各组分的摩尔分数。计算结果如下：

The phase is: Gas

Phase saturation: 0.411658

Mole fraction of CO2: 0.306357

Mole fraction of H2O: 0.0

Mole fraction of H2S: 0.0

Mole fraction of N2: 0.0

Mole fraction of CH4: 0.34312

Mole fraction of C2H6: 0.129315

Mole fraction of C3H8: 0.0197976

Mole fraction of iC4: 0.0

Mole fraction of nC4: 0.144974

Mole fraction of iC5: 0.0

Mole fraction of nC5: 0.0312302

Mole fraction of nC6: 0.0147177

Mole fraction of nC7: 0.00516461

Mole fraction of nC8: 0.00359362

Mole fraction of nC9: 0.0

Mole fraction of nC10: 0.00173004

The phase is: Oil

Phase saturation: 0.588342

Mole fraction of CO2: 0.171938

Mole fraction of H2O: 0.0

Mole fraction of H2S: 0.0

Mole fraction of N2: 0.0

Mole fraction of CH4: 0.146215

Mole fraction of C2H6: 0.102666

Mole fraction of C3H8: 0.0247772

Mole fraction of iC4: 0.0

Mole fraction of nC4: 0.284856

Mole fraction of iC5: 0.0

Mole fraction of nC5: 0.0940365

Mole fraction of nC6: 0.0669609

Mole fraction of nC7: 0.0350157

Mole fraction of nC8: 0.0361149

Mole fraction of nC9: 0.0

Mole fraction of nC10: 0.0374189

由以上两个算例可知，本发明实现了通过计算机在给定温度、压力和各组分含量条件下计算获得流体达到平衡状态时产生哪些相以及各个相的组分含量。本发明的计算方法能够实现计算程序的稳定收敛，且各组分满足平衡条件。

与上述方法实施例相对应，本发明还公开一种高温超压条件下水-气-油三相平衡计算装置，所述装置包括：

数据获取模块：获取所要计算的流体体系的各组分含量、温度、压力以及盐度；

油气平衡计算模块：根据流体体系中除去水之外的各组分含量和给定的温度、压力条件开展闪蒸计算，计算油气两相平衡，得到油相、气相中各组分所占的摩尔分数；

水气平衡计算模块：将组分水和气相各组分一起构成新的物质构成，并计算水气两相平衡，到水相、气相中各组分所占的摩尔分数；

三相平衡计算模块：比较油气两相平衡计算和气水两相平衡计算获得的同一组分在气相中的摩尔分数的差异，若所述差异小于预设阈值，获得水-气-油三相平衡，否则，重新进行油气平衡计算和水气平衡计算。

以上装置实施例和方法实施例是相对应的，装置实施例简述之处请参阅方法实施例即可。

本发明还公开一种电子设备，包括：至少一个处理器、至少一个存储器、通信接口和总线；其中，所述处理器、存储器、通信接口通过所述总线完成相互间的通信；所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令，以实现本发明前述的方法。

本发明还公开一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机实现本发明实施例所述方法的全部或部分步骤。所述存储介质包括：U盘、移动硬盘、只议存储器ROM、随机存取存储器RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。