基于DSC修正的多相流体系水合物抑制剂损失预测方法

1.一种基于DSC修正的多相流体系水合物抑制剂损失预测方法，其特征是：包括以下步骤：一、根据地层产出流体组分制备DSC测试的样品，利用DSC测量样品的热流曲线得到样品水活度与汽化焓；步骤一的DSC测试的样品制备与两类DSC测试过程如下：S1.1 根据地层产出流体组分及注入并充分混合后的抑制剂浓度，制备DSC测试的样品，将液相质量分数换算为液相与气相中摩尔分率 x i 、 y i ，用于平衡方程计算；S1.2 利用DSC对DSC测试样品在目标温度处进行温度扫描，得到冰融起始温度 T f ，利用式（1）换算样品水活度 α w ； （1），式中， ，R=8.314 J/(mol·K)； T f 为冰融起始温度，K； α w 为水活度，无量纲；S1.3 利用开口DSC对样品开展等温汽化能试验并记录热流曲线，基线扣除后积分得汽化热 Q ；通过称重记录DSC实验前后质量损失并转化为摩尔数Δ n ，利用式（2）得到汽化焓Δ H vap, in ； （2），式中，Δ H vap, in 为汽化焓，J/mol； Q 为抑制剂蒸发吸热量，J；Δ n 与Δ m 为蒸发前后损失的摩尔数与质量，mol、g; M in 为抑制剂摩尔质量，g/mol； q corr 为热流，W；t为时间，s；二、利用液相模型eNRTL处理样品水活度计算目标配方下抑制剂活度系数；三、利用Clausius–Clapeyron直线式处理样品汽化焓得到目标配方下抑制剂饱和蒸气压；四、计算Poynting修正指数与各组分逸度系数；五、利用多相闪蒸计算，基于步骤二、三、四得到的参数求解气/水分配系数并得到闪蒸平衡后液相与气相中各组分的摩尔分率；六、考虑气液传质过程中的传质受限对步骤五的汽化损失上限进行修正，得到抑制剂真实汽化损失；步骤六的详细过程如下：利用式（14）计算计算段内充分达到气液平衡后抑制剂的热力学损失上限，但界面传质受气液接触面积、流型及湍流程度的影响，实际只能达到损失上限的一部分，因此需要采用一阶总体传质模型折算真实的抑制剂汽化损失量，如式（15）； （14）， （15），式中， ξ eq 与 ξ vap 为最大汽化损失与实际汽化损失率，无量纲； k L 为液相传质系数，常用经验关联式计算； a 为比表面积，由井筒流型决定，无量纲； τ 为停留时间，s，可用液相体积/液相体积流量计算；七、考虑高速气相夹带对抑制剂损失的影响，计算气体夹带作用导致的抑制剂的损失率；步骤七的详细过程如下：高速气相会夹带液滴并把抑制剂带到气相，液滴的夹带率随流型、雷诺数及韦伯数变化，首先利用式（16）计算液滴夹带率 E ，然后利用式（17）计算通过气体夹带作用损失的抑制剂的损失率； （16）， （17），式中， E 为液滴夹带率，无量纲；We、Fr、Re分别为气相韦伯数、弗劳德数和雷诺数，无量纲； ρ L 与 ρ G 分别为气相和液相密度，kg/m 3 ； μ L 与 μ G 分别为气相和液相粘度，Pa·s； ξ aero 为夹带作用导致的抑制剂损失率，无量纲； m in,aero 为夹带损失的MeOH质量，g/s； n F 为总进料的摩尔数，mol/s； m g 为气相流量，g/s； M g 为气相摩尔质量，g/mol； w in 为抑制剂质量分数，%；八、多相流体系抑制剂损失来源于步骤六和步骤七两个过程相加，沿管长迭代累计求解可得到全管段抑制剂损失率。 2.根据权利要求1所述的基于DSC修正的多相流体系水合物抑制剂损失预测方法，其特征是：步骤二的详细过程如下：利用式（3）将水活度 α w 与样品配方的摩尔分率 x w 联立求得水的活度系数 γ w ，用液相模型eNRTL在目标盐度下回归得到二元交互参数 τ 12 与τ 21 ；进而利用式（7）计算目标配方的抑制剂活度系数 γ in ； （3）， （4）， （5）， （6）， （7），式中， x w 为水在液相中的摩尔分数，%； x in 为抑制剂在液相中的摩尔分数，%； γ w DSC 为根据DSC实验得到的水的活度系数，无量纲； γ w model 为根据液相模型eNRTL得到的水的活度系数，无量纲；G 12 与G 21 为计算的中间参数，无量纲； k 为配方数量； S 为目标函数，无量纲； γ in 为目标配方的抑制剂活度系数，无量纲；其中，非随机参数ω取0.3， τ 12 初值取0.5， τ 21 初值取0.1，代入式（5）中计算 γ w model ，将S1.2中DSC实际测量得到的多个 α w 作为拟合目标并建立目标函数，如式（6）；迭代计算直至模型计算的 γ w model 与DSC实测值匹配；利用式（7）可得到抑制剂活度系数 γ in 。 3.根据权利要求1所述的基于DSC修正的多相流体系水合物抑制剂损失预测方法，其特征是：步骤三的详细过程如下：利用DSC给出的Δ H vap, in 与锚点压力 P sat ( T )，用Clausius–Clapeyron直线式或分段积分式得到 P sat,in ( T )；其中Clausius–Clapeyron微分式为式（8），若在小温区把Δ H vap （ T ）近似为常数Δ H vap ，积分得到直线方程（9），代入选定的锚点（ T , P sat ）计算直线方程的截距 C ，然后将目标温度 T j 与Δ H vap, in 代入式（9）可得到抑制剂的饱和蒸气压 P sat ,in ( T j )； （8）， （9），式中， P sat ( T )为锚点饱和蒸气压，Pa； C 为直线截距，通过单点锚定确定； T 为温度，K； P sat,in ( T )为抑制剂的饱和蒸气压，Pa。 4.根据权利要求1所述的基于DSC修正的多相流体系水合物抑制剂损失预测方法，其特征是：步骤四的详细过程如下：利用式（10）计算Poynting修正指数，该指数代表将液相参照态从饱和压 P sat,in 升到目标 P j 的压力积分修正； （10），式中，П为Poynting修正指数，无量纲； ρ in 为抑制剂密度，kg/m 3 ； P j 为计算段内压力，Pa；采用Peng–Robinson EOS方程，输入各组分临界常数、偏心因子与气相组成，求得各组分逸度系数 φ i 。 5.根据权利要求1所述的基于DSC修正的多相流体系水合物抑制剂损失预测方法，其特征是：步骤五的详细过程如下：气/水分配系数计算：气/水分配系数 K i 组分 i 在平衡时气相与水相中摩尔分率的比值，对可挥发组分 i ，利用式（11）求解组分 i 在气液两相中的分配系数 K i ； （11）；式中， K i 为气液两相中的分配系数，无量纲； γ i 为不同组分的活度系数，无量纲； φ i 为组分逸度系数，无量纲； P sat, i 为不同组分的饱和蒸气压，Pa；Rachford–Rice两相闪蒸求解：给定进料摩尔分率 z i ，利用二分法求解方程（12）得到气相摩尔分率 β ；再利用式（13）计算闪蒸平衡后液相与气相中各组分的摩尔分率 x i 、 y i ； （12）， （13），式中， β 为气相摩尔分率， z i 为总进料流中不同组分的摩尔分率， x i 为闪蒸平衡后组分 i 在液相中的摩尔分率， y i 为闪蒸平衡后组分 i 在气相中的摩尔分率。 6.根据权利要求1所述的基于DSC修正的多相流体系水合物抑制剂损失预测方法，其特征是：步骤八的详细过程如下：计算段 j 内抑制剂在流动过程中由于蒸发损失和夹带损失产生总损失率可用式（18）计算；将管线切成 N 段，按顺序 j =1→ N 累计，设 R in 1 =1，管道入口处还未损失的抑制剂分数，则本计算段 j 对总入口的损失贡献用式（19）计算；更新下一计算段的抑制剂分数，见式（20），累计求解可得到全管段内抑制剂损失率，见式（21）； （18）， （19）， （20）， （21），式中， ξ total 为抑制剂的总损失率，%；Loss_of_Total为计算段 j 内对总入口的损失贡献，无量纲； R in 与 R out 为计算段 j 入口处与出口处的抑制剂分数，%；Ξ为全管段内抑制剂损失率，%。