Том 336 № 12 (2025)
DOI https://doi.org/10.18799/24131830/2025/12/5006
Ускорение расчетов фазового равновесия газоконденсатных систем на основе уравнения состояния Соаве–Редлиха–Квонга
Актуальность. В настоящее время на рынке специализированного программного обеспечения преобладают западные продукты, которые позволяют проводить расчеты фазовых равновесий углеводородных смесей «в один клик», просто задав состав углеводородной смеси и термобарические условия. Российские аналоги зачастую не обладают достаточным функционалом, позволяющим производить точные расчеты, в том числе и научные. Кроме того, существующие программные комплексы не всегда показывают репрезентативные результаты при высоких давлениях, а также вблизи критической точки. Цель. Высокопроизводительные расчеты фазового равновесия газоконденсатных смесей в широком диапазоне давлений и температур. Результаты и ключевые выводы. Представлено детальное описание расчета фазового равновесия на основе уравнения состояния Соаве–Редлиха–Квонга с поправкой Пенелё в широком диапазоне заданных термобарических условий. Даны рекомендации по внедрению алгоритма проверки стабильности для улучшения начального приближения констант Вильсона. Найдены наилучшие коэффициенты в алгоритме последовательного приближения, позволяющие повысить скорость его сходимости. Разработаны программные модули для расчета мольных долей, а также состава паровой и жидкой фаз по данным о составе смеси, давлении и температуре на четырех языках программирования. Представлены результаты по скорости расчета алгоритма на графических процессорах для языков программирования Python, Matlab, Go. Показано, что реализация алгоритма параллельного расчета фазового равновесия в случае множества расчетных точек на графическом процессоре с использованием C++ CUDA позволяет сократить время расчета в 200 раз без потери точности.
Ключевые слова:
фазовое равновесие, уравнение состояния Соаве-Редлиха-Квонга, поправка Пенелё, графические процессоры
Библиографические ссылки:
1. Comparison of the SRK and CPA equations of state for physical properties of water and methanol / C. Lundstrøm, M.L. Michelsen, G. Kontogeorgis, K.S. Pedersen, H. Sørensen // Fluid Phase Equilibria. – 2006. – Vol. 247 (1–2). – P. 149–157. DOI: 10.1016/j.fluid.2006.06.012.
2. Michelsen M.L. The isothermal flash problem. Part I. Stability // Fluid Phase Equilibria. – 1982. – Vol. 9 (1). – P. 1–19. DOI: 10.1016/0378-3812(82)85001-2.
3. Michelsen M.L. Simplified flash calculations for cubic equations of state // Industrial & Engineering Chemistry Process Design and Development. – 1986. – Vol. 25 (1). – P. 184–188. DOI: 10.1021/i200032a029.
4. Cole W.A., Goodwin S.P. Flash calculations for gas hydrates: a rigorous approach // Chemical Engineering Science. – 1990. – Vol. 45 (3). – P. 569–573. DOI: 10.1016/0009-2509(90)87001-9.
5. Michelsen M.L. Calculation of hydrate fugacities // Chemical Engineering Science. – 1991. – Vol. 46 (4). – P. 1192–1193. DOI: 10.1016/0009-2509(91)85113-C.
6. Michelsen M.L. Speeding up the two-phase PT-flash, with applications for calculation of miscible displacement // Fluid Phase Equilibria. – 1998. – Vol. 143 (1–12). – P. 1–12. DOI: 10.1016/S0378-3812(97)00313-0.
7. Whitson C.H., Brule M.R. Phase behavior. – Texas: SPE Henry L. Doherty series, 2000. – 235 p. DOI: 10.2118/9781555630874.
8. Брусиловский А.И. Фазовые превращения при разработке месторождений нефти и газа. – М.: Грааль, 2002. – 575 с.
9. Акберов Р.Р. Особенности расчета фазового равновесия пар-жидкость многокомпонентных систем при использовании уравнения Соава–Редлиха–Квонга // Теоретические основы химической технологии. – 2011. – Т. 45 (3). – С. 329–335.
10. Peneloux A., Rauzy E., Freze R. A consistent volume correction for Redlich–Kwong–Soave volumes. – Fluid Phase Equilibria. – 1982. – Vol. 8 (1). – P. 7–23. DOI: 10.1016/0378-3812(82)80002-2.
11. Soave G.S. Equilibrium constants from a modified Redlich–Kwong equation of state // Chemical Engineering Science. – 1972. – Vol. 27 (6). – P. 1197–1203. DOI: 10.1016/0009-2509(72)80096-4.
12. Malyshev V.L., Nurgalieva Ya.F., Moiseeva E.F. Comparative study of empirical correlations and equations of state effectiveness for compressibility factor of natural gas determination // Periodico Tche Quimica. – 2020. – Vol. 18 (38). – P. 188–213. DOI: 10.52571/PTQ.v18.n38.2021.14_MALYSHEV_pgs_188_213.pdf.
13. Малышев В.Л., Моисеева Е.Ф., Калиновский Ю.В. Расчет коэффициента сверхсжимаемости основных компонент природного газа методом молекулярной динамики // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. – 2019. – Т. 330. – № 11. – С. 121–129. DOI: 10.18799/24131830/2019/11/2356.
14. Wilson G.M. A modified Redlich–Kwong equation of state, application to general physical data calculations // 65th AIChE National Meeting. – Cleveland, Ohio, 4–7 March 1968. – Paper No. 15C.
15. Risnes R., Dalen V., Jensen J.I. Phase equilibrium calculation in the near critical region // Dev. Pet. of. Sci. – 1981. – Vol. 13. – P. 329–350.
16. Ющенко Т.С., Брусиловский А.И. Поэтапный подход к созданию и адаптации PVT-моделей пластовых глеводородных систем на основе уравнения состояния. – Георесурсы. – 2022. – Т. 24 (3). – C. 164–181. DOI: 10.18599/grs.2022.3.14
17. Yushchenko T.S., Brusilovsky A.I. Step-by-step algorithm for creating and tuning a PVT model for a reservoir hydrocarbon system // Arab J Geosci. – 2025. – Vol. 18. – Paper № 16. DOI: 10.1007/s12517-024-12150-9.
18. Решение обратной задачи определения начального компонентного состава углеводородов газоконденсатного месторождения по известным промысловым данным / А.А. Гимазов, Б.Х. Имомназаров, Б.Н. Старовойтова, А.Н. Байкин, В.М. Бабин, Д.Ф. Хамидуллин, Д.Н. Купоросов // Георесурсы. – 2024. – Т. 26 (3). – С. 73–86. DOI: 10.18599/grs.2024.3.9.
19. Fateev D.G., Nesterenko A.N. Unification of approaches in the study of the characteristics of gas-condensate systems // SPE Russian Oil and Gas Exploration & Production Technical Conference and Exhibition. – Moscow, Russia, October 2014. DOI: https://doi.org/10.2118/171249-MS.
20. An advanced general dominant eigenvalue method of accelerating successive substitution during flash calculation for compositional reservoir model / X. Wang, D. Wei, X. Wang, X. Zhao, J. Li, B. Noetinger // Advances in Geo-Energy Research. – 2022. – Vol. 6 (3). – P. 241–251. DOI: 10.46690/ager.2022.03.07.
21. Gupta A.K., Bishnoi P.R., Kalogerakis N. An accelerated successive substitution method for single stage flash calculations // The Canadian journal of chemical engineering. – 1988. – Vol. 66. – P. 291–296. DOI: 10.1002/cjce.5450660216.
22. Fathi M., Hickel S. Rapid multi-component phase-split calculations using volume functions and reduction methods // AIChe Journal. – 2021. – Vol. 67 (7). – P. 1–16. DOI: 10.1002/aic.17174.
