一種天然氣水合物抑制劑甲醇注入量計(jì)算程序的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種計(jì)算軟件，尤其是一種天然氣水合物抑制劑甲醇注入量的計(jì)算程 序。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，通過注入抑制劑來防止天然氣水合物的生成已經(jīng)成為了各大油氣田所采用 的重要方法之一，其中甲醇的應(yīng)用最為廣泛，甲醇注入量通常采用Ha_erschmidt來計(jì)算， 國內(nèi)也有學(xué)者在Hammerschmidt公式的基礎(chǔ)之上提出了比較完善的甲醇注入量計(jì)算方法。 但是，該計(jì)算方法在實(shí)際應(yīng)用過程中需要較為復(fù)雜的計(jì)算步驟，尤其是計(jì)算過程中的甲醇 氣液平衡常數(shù)和天然氣飽和含水量需要通過查圖版的方式獲得，更是降低了計(jì)算效率，增 大了人為誤差。因此，我們也在Hammerschmidt公式的基礎(chǔ)上，通過對甲醇?xì)庖浩胶獬?shù)圖 版和天然氣飽和含水量圖版進(jìn)行了公式化處理，將圖版轉(zhuǎn)化為可編程的數(shù)學(xué)公式，同時(shí)開 發(fā)了甲醇注入量的計(jì)算程序，簡化了甲醇注入量計(jì)算過程中繁瑣的人工計(jì)算。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了克服現(xiàn)有的甲醇注入量計(jì)算方法較為繁瑣以及不能應(yīng)用于計(jì)算機(jī)編程的缺 點(diǎn)，本發(fā)明對甲醇?xì)庖浩胶獬?shù)圖版和天然氣飽和含水量圖版進(jìn)行了公式化處理，而且提 供一種通過計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)提高計(jì)算速度的甲醇注入量計(jì)算方法以及計(jì)算機(jī)程序。
[0004] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
[0005] 天然氣水合物是在一定條件下由水和天然氣組成的類冰的籠形結(jié)晶化合物。水合 物技術(shù)在氣體儲(chǔ)運(yùn)領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展前景，但是在油氣設(shè)備、管道中形成的水合物會(huì)引 起堵塞，影響油氣田的正常生產(chǎn)作業(yè)。因此，在天然氣開采和管道輸送過程中往往需要添加 一定量的水合物抑制劑，其中應(yīng)用最多的水合物抑制劑就是甲醇。甲醇的注入量會(huì)影響到 油氣田的運(yùn)行成本，因此需要準(zhǔn)確的計(jì)算。甲醇注入系統(tǒng)的總量，包括液相用量和氣相蒸發(fā) 量，具體計(jì)算過程可參考文獻(xiàn)《天然氣水合物抑制劑甲醇注入量的計(jì)算》，下面僅介紹甲醇 氣液平衡常數(shù)圖版和天然氣飽和含水量圖版的公式化方法以及計(jì)算機(jī)程序。
[0006] -、甲醇?xì)庖浩胶獬?shù)圖版的公式化
[0007] 在進(jìn)行注入甲醇的過程當(dāng)中，由于甲醇沸點(diǎn)較低，故其蒸發(fā)量很大。甲醇在氣相中 的蒸發(fā)損失量可以根據(jù)氣液平衡常數(shù)進(jìn)行估算。所謂的甲醇?xì)庖浩胶獬?shù)α指的是甲醇 在氣相中的質(zhì)量濃度（g/m 3)與甲醇在水溶液中的質(zhì)量濃度的比值，工程上通常使用甲醇?xì)?液平衡常數(shù)圖版（見圖1)得到一定壓力和溫度條件下的平衡常數(shù)。圖版法雖然較為簡潔， 但其不足之處在于不能應(yīng)用到計(jì)算機(jī)程序當(dāng)中。因此，我們對甲醇?xì)庖浩胶獬?shù)圖版進(jìn)行 了數(shù)學(xué)上的處理，把平衡常數(shù)α以a = f(P，t)的形式表達(dá)出來。
[0008] 1曲線的數(shù)學(xué)處理
[0009] 1. 1圖版曲線的離散化
[0010] 所謂的對曲線進(jìn)行離散化，就是把連續(xù)的曲線轉(zhuǎn)換成一系列離散的點(diǎn)，并把各個(gè) 點(diǎn)的坐標(biāo)記錄下來，以作備用。
[0011] 1.2圖版曲線的擬合
[0012] 在獲得了曲線上的離散點(diǎn)的數(shù)據(jù)之后，就可以對曲線進(jìn)行公式化處理-擬合，以 便于程序的編寫。
[0013] 由于原圖版中的縱坐標(biāo)為對數(shù)坐標(biāo)，不便于觀察。因此，利用上一步中的數(shù)據(jù)點(diǎn)重 新進(jìn)行繪圖。以〇°C的曲線為例，將壓力調(diào)整為橫坐標(biāo)，將平衡常數(shù)a調(diào)整為縱坐標(biāo)（見圖 2)。
[0014] 觀察曲線形狀，我們選取幾種常見的函數(shù)對曲線進(jìn)行擬合，分別是指數(shù)函數(shù)， 多項(xiàng)式函數(shù)和冪函數(shù)，函數(shù)方程分別為J 1(P) = aeb'p+ced'p，f 2(p) = aeb'p，f3(p)= ap3+bp2+cp+d，f4(p) = apb+c。擬合結(jié)果見下表1 :
[0015] 表1 0°C曲線的擬合結(jié)果對比
[0017] 通過以上擬合結(jié)果可得，對于(TC的平衡常數(shù)曲線而言，f4(p) =apb+c的擬合效果 是最好的，其相關(guān)系數(shù)R2達(dá)到了 〇. 9999。
[0018] 利用同樣的方法，對其他溫度下的曲線進(jìn)行擬合，通過對比相關(guān)系數(shù)R2的方法確 定最優(yōu)擬合函數(shù)（見表2)。
[0019] 表2所有溫度下的曲線擬合結(jié)果對比
[0020]
[0021] 綜合對比表2中擬合函數(shù)的相關(guān)系數(shù)，f4(p) = apb+c的擬合效果最佳，而且該函 數(shù)形式簡單，便于程序的編寫。表3列出的是擬合函數(shù)f (p) = apb+c的詳細(xì)結(jié)果：
[0022] 表3最終擬合結(jié)果
[0024] 2程序框圖（見圖3)
[0025] 3擬合結(jié)果檢驗(yàn)（見表4) [0026] 表4圖版值與計(jì)算值比較
[0027]
[0028] 利用甲醇?xì)庖浩胶獬?shù)計(jì)算程序的結(jié)果與圖版值進(jìn)行比較，比較結(jié)果表明計(jì)算程 序具有較高的精確度。
[0029] 二、天然氣飽和含水量圖版的公式化
[0030] 隨著天然氣集輸過程中壓力和溫度條件的變化,天然氣中飽和的水蒸氣的量會(huì)發(fā) 生變化，進(jìn)而導(dǎo)致管線中不同位置的自由水含量的變化。天然氣飽和含水量可以通過天然 氣飽和含水量圖來獲得。由于天然氣飽和含水量圖比較常用，此前已有學(xué)者對該圖版進(jìn)行 過公式化處理，具體過程請參考《天然氣含水量圖數(shù)學(xué)模擬與程序》，在程序編寫的過程中 我們將直接引用該文獻(xiàn)的結(jié)論。
[0031] 三、甲醇注入量計(jì)算程序
[0032] 甲醇注入量計(jì)算程序是在Visual Studio 2008集成開發(fā)環(huán)境下使用C#語言編寫 的窗體應(yīng)用程序。
[0033] 運(yùn)行甲醇注入量計(jì)算程序，出現(xiàn)的是歡迎界面（見圖5)，包括程序的名稱、開始按 鈕和退出按鈕，若單擊開始按鈕則進(jìn)入下一個(gè)窗口，若單擊退出按鈕則彈出一個(gè)提示對話 框（見圖6)，點(diǎn)擊確定退出程序，點(diǎn)擊取消則返回歡迎界面。
[0034] 在歡迎界面單擊開始按鈕就進(jìn)入程序的主體計(jì)算部分：
[0035] 首先單擊"第一步"標(biāo)簽進(jìn)入計(jì)算液相最小甲醇濃度模塊（見圖7)，輸入加入抑制 劑之前水合物生成溫度^和加入抑制劑之后水合物生成溫度t 2，單擊"計(jì)算Λ t"按鈕計(jì)算 出水合物生成溫度降低值，再單擊"計(jì)算X"按鈕計(jì)算出天然氣流的液相最小甲醇濃度X。
[0036] 其次，單擊"第二步"標(biāo)簽進(jìn)入計(jì)算氣相蒸發(fā)量模塊（見圖8)，在"計(jì)算平衡常數(shù) α "部分中輸入溫度和壓力值，其中溫度為上一步中的t2，壓力為與流動(dòng)溫度t2相對應(yīng)的數(shù) 值，單擊"計(jì)算α "按鈕計(jì)算出平衡常數(shù)α，單擊"顯示氣液平衡曲線"按鈕可彈出氣液平 衡曲線窗口（見圖9)對程序計(jì)算結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)。單擊"計(jì)算氣相蒸發(fā)量"按鈕計(jì)算出甲醇 的氣相蒸發(fā)損失量。
[0037] 再次，單擊"第三步"標(biāo)簽進(jìn)入天然氣含水量模塊（見圖10)，輸入初態(tài)壓力，初態(tài) 溫度，末態(tài)壓力，末態(tài)溫度，單擊"計(jì)算含水量"按鈕，得到初態(tài)含水量和末態(tài)含水量。同時(shí) 也可以單擊"顯示含水量曲線"按鈕彈出天然氣飽和含水量曲線（如圖11)，對計(jì)算結(jié)果進(jìn) 行檢驗(yàn)。
[0038] 最后，單擊"第四步"按鈕