鉆井平臺(tái)技術(shù)的提升,使從更復(fù)雜環(huán)境下勘探開采和利用非常規(guī)油氣資源得以實(shí)現(xiàn),而在工程設(shè)計(jì)中,油氣體系的粘度、密度等物理性質(zhì)至關(guān)重要。然而狀態(tài)方程方法,無論是常用的三次型方程如PR、SRK,或是基于微觀參數(shù)的如SAFT之類的統(tǒng)計(jì)力學(xué)方程,目前研究表明尚不能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)高溫高壓狀態(tài)下油氣體系的密度。想要實(shí)現(xiàn)對(duì)其密度的預(yù)測(cè),還需要通過相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)重新擬合部分模型參數(shù),才能在一定程度上提高在此區(qū)域的計(jì)算準(zhǔn)確度,但同時(shí)付出的代價(jià)是往往會(huì)損失在較低壓力下的準(zhǔn)確度。建立在分子間相互作用力之上的分子模擬,能夠通過大量數(shù)值計(jì)算和統(tǒng)計(jì)力學(xué)原理,最終獲得流體的宏觀物性。分子模擬繞過了數(shù)學(xué)難以求解的難題,使得它更加實(shí)用和解決更多更復(fù)雜的問題,也能比狀態(tài)方程有更好的預(yù)測(cè)能力。而其預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度決定于用于描述分子間相互作用力的分子力場(chǎng)。目前構(gòu)建的力場(chǎng)已經(jīng)能夠計(jì)算涵蓋從無機(jī)金屬、分子篩、有機(jī)小分子到蛋白質(zhì)、核酸等十分廣泛的體系,但在高溫高壓的狀態(tài)下這些力場(chǎng)的表現(xiàn),文獻(xiàn)中鮮有報(bào)道。本文采用TraPPE-UA力場(chǎng),僅包含三種基團(tuán)的各兩個(gè)參數(shù),對(duì)烷烴體系,包括戊烷的同系物,碳原子數(shù)從5至20的正烷烴及部分混合體系,在汽液平衡共存區(qū)域以及高溫高壓區(qū)域開展了系統(tǒng)的模擬研究。模擬方法包括蒙特卡洛(Monte Carlo,MC)和分子動(dòng)力學(xué)模擬(Molecular Dynamics,MD)。結(jié)果表明,該力場(chǎng)對(duì)烷烴體系的液相描述非常準(zhǔn)確,在汽液平衡區(qū)域與實(shí)驗(yàn)值偏差小于1%,在高溫高壓區(qū)域偏差小于3%;在不增加任何可調(diào)參數(shù)的情況下對(duì)于二元混合體系的預(yù)測(cè)偏差也沒有明顯增加。而MD模擬的結(jié)果表明明顯低估了流體在高溫高壓下的粘度,偏差約30%。
【學(xué)位單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TE621
【部分圖文】：

邐第一章課題背景邐逡逑第一章課題背景逡逑１．１課題背景逡逑伴隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)于能源的需求數(shù)量持續(xù)增加�？梢哉f，能源逡逑是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的根本保障。而我國(guó)作為最大的發(fā)展中國(guó)家，為了實(shí)現(xiàn)經(jīng)逡逑濟(jì)的快速騰飛，對(duì)能源的需求量也將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于發(fā)達(dá)國(guó)家。雖然可再生能源如風(fēng)能，逡逑太陽能，生物質(zhì)能，地?zé)崮艿仍絹碓绞芨鲊?guó)重視，但在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間中尚不可逡逑能作為主要能源以支撐全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展，不可再生的化石資源仍將扮演最重要的角逡逑色。逡逑＂

（ＥＯＳ）邋（ａ）邋ＰＲ邋ＥＯＳ；邋（ｂ）邋ＳＲＫ邋ＥＯＳ；邋（ｃ）邋ＳＲＫ邋ＥＯＳ邋ｗｉｔｈ邋ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ邋ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ邋ｖｏｌｕｍｅ逡逑ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ；邋（邋ｄ）邋ＳＲＫ邋ＥＯＳ邋ｗｉｔｈ邋ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ邋ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ邋ｖｏｌｕｍｅ邋ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ逡逑對(duì)于高溫高壓氣體，其密度和液體更接近，圖１－２比較了邋ＰＲ方程、ＳＲＫ方逡逑程和兩種體積校正的ＳＲＫ方程對(duì)正戊烷的計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果�？梢姡校液湾义希樱遥朔匠谭謩e高估和低估了高溫高壓狀態(tài)下正戊烷的密度，圖ｌ－２ａ和ｌ－２ｂ中顯逡逑示的平均相對(duì)偏差均超過５％。圖ｌ－２ｃ中的體積校正在高壓狀態(tài)明顯出現(xiàn)了熱力逡逑學(xué)不一致性；而圖ｌ－２ｄ的體積校正對(duì)結(jié)果幾乎沒有改進(jìn)�？傊�，基于常規(guī)狀態(tài)逡逑數(shù)據(jù)的體積校正三次型方程均不能令人滿意地預(yù)測(cè)高溫高壓狀態(tài)下的流體密度。逡逑另外一類狀態(tài)方程基于統(tǒng)計(jì)力學(xué)，從分子的微觀參數(shù)出發(fā)建構(gòu)Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ自逡逑由能的表達(dá)式，再得到熱力學(xué)一致的狀態(tài)方程，以ＳＡＦＴ為其中最為突出的代表逡逑［１６４７］。該方程由Ｃｈａｐｍａｎ等于１９９０年代在Ｗｅｒｔｈｅｉｍ提出的二階微擾理論的基逡逑礎(chǔ)上提出，一般認(rèn)為ＳＡＦＴ方程較傳統(tǒng)三次型方程有更好的預(yù)測(cè)性，尤其對(duì)于混逡逑合體系相對(duì)于混合規(guī)則不那么敏感，但部分學(xué)者也認(rèn)為ＳＡＦＴ對(duì)于醇、水等締合逡逑體系的計(jì)算較優(yōu)主要得益于其增加了兩個(gè)可調(diào)參數(shù)。自ＳＡＦＴ提出以后一度引發(fā)逡逑了分子熱力學(xué)的研究高潮，對(duì)原始的ＳＡＦＴ方程中的不同作用項(xiàng)，如硬球、成鏈、逡逑色散以及締合都提出了多種改進(jìn)方案

逑的微擾鏈ＳＡＦＴ邋（ＰＣ－ＳＡＦＴ）邋［１８］。對(duì)于常規(guī)狀態(tài)下烴類密度的計(jì)算ＰＣ－ＳＡＦＴ表逡逑現(xiàn)非常出色，但當(dāng)壓力太高時(shí)，該方程明顯高估密度值。如圖１－３比較了正戊烷逡逑的計(jì)算結(jié)果。逡逑＇＊＇？＂＊Ｔ＂＂＂１邐０ｘ８０ｐＴ＇＂Ｖ邋＂Ｘ￣Ｔ邋＇？￣＾邋＇邋ｉ邋＇邋｜邋＇邋Ｖ＇邋＂：ｉ￣（—！—ｊ￣？邋；邋５邋＾邋＾邋；邋；邋｜邋５邋Ｊ—３邋ｆ￣逡逑０，７５－Ｗ邐＾邐０，Ｔｓｔ邋（ｂ）邐貸７＊０邋－逡逑Ｉ邋０，５５－邐＾邐１逡逑０．５０－／／邐－邐０，５0ｔ／邋ＪＴ邐４逡逑０，４５＾－邋ｆ邐Ｕｎｅｓ－Ｓ奶ＴＢ３Ｓ」邐０．４５卜邋＾邐Ｏｎｅｓ邋？邋ＰＯＳＡＦＴ邋ＥＯＳ邋－＾Ｊ逡逑Ｊ？邐Ｉ邋：邐Ｉ邋；邋ｉ邋！邋Ｉ邋？邋；邋；邋Ｉ邋Ｉ邋（邋ｔ邋■邐ｆｔ邋＾Ｑｉ邋ｔ邋＞邋ｉ邋ｉ邋Ｉ邋ｉ邋ｉ邋！邋ｉ邋ｉ邋ｔ邋：ｉ邋１邐１邋ｉ；邋；邋ｉ邋：１邋Ｉ邋Ｓ邋；邋？：邋；邋Ｉ邋ｆ邋ｔ邋ｉ邋Ｉ邋Ｉ逡逑０邐５０邐１００邋ＩＳＯ邋２００邋２５０邋３００邐０邐５０邐１００邋％ｍ邋２Ｐ０邐２５０邋ＳＤ０逡逑Ｐｒｅｓｓｕｒｅ邋＜ＭＰａ）邐Ｐｒｅｓｓｙｆ？邋（ＭＰａ）逡逑圖１－３用ＳＡＦＴ方程計(jì)算高溫高壓狀態(tài)下正戊烷密度（線）并與實(shí)驗(yàn)值（點(diǎn)）比較［１５］逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｄｅｎｓｉｔｉｅｓ邋ｏｆ邋ｎ－ｐｅｎｔａｎｅ邋ａｔ邋ｈｉｇｈ邋ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ邋ｈｉｇｈ邋ｐｒｅｓｓｕｒｅ，邋ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ邋ｄａｔａ邋（ｌｉｎｅ）邋ａｎｄ逡逑ｐｒｅｄｉｃｔｅｄ邋（ｐｏｉｎｔ）邋ｂｙ邋ＳＡＦＴ邋ＥＯＳ１５］逡逑圖中平均偏差約為４％（原始ＳＡＦＴ）和２％（ＰＣ－ＳＡＦＴ），前者可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)５５邋ＭＰａ逡逑下正戊烷的密度

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2818296