蜡沉积热力学模型构建与稳定性测试：基于宽温压域石蜡系统的相平衡预测

本研究针对油气集输系统中蜡沉积热力学行为预测难题，开发了基于等温闪蒸计算与稳定性测试的蜡沉积相平衡模型。采用体积平移PR状态方程(volume-translated PR EoS)结合LCVM混合规则描述气液相，通过Predictive Wilson活度模型与Poynting项修正压力影响计算固相非理想性。创新性地利用液固平衡比作为稳定性测试初值，并基于切平面距离(TPD)函数提出蜡消失温度计算新方法。该模型成功解决了相边界收敛性与连续性问题，为油气管道流动安全保障提供理论支撑。

　　

在油气田集输系统中，蜡沉积是导致管道堵塞、增加流动阻力的关键问题。随着油田开发向深水、低温环境延伸，传统热力学模型在宽温度压力范围内的预测精度不足，尤其对蜡相组成和沉积量的计算存在显著偏差。现有模型往往忽略固相非理想性和压力对相平衡的影响，且缺乏有效的稳定性测试方法，导致蜡沉积起始温度预测不准确。

中国石油大学（北京）的研究团队在《Fuel》发表的研究中，构建了整合稳定性测试的蜡沉积热力学模型。通过体积平移PR状态方程描述气液相行为，结合LCVM混合规则处理复杂组分相互作用；采用Predictive Wilson活度模型量化固相非理想性，并引入Poynting项修正压力效应。研究创新性地利用液固平衡比作为稳定性测试初值，通过分析切平面距离(TPD)函数与蜡消失温度的数学关系，开发了高效的温度预测算法。

关键技术包括：1) 基于合成油混合物（表1中Mixture A-D）的相平衡实验验证；2) 等温闪蒸计算结合吉布斯自由能最小化准则；3) 融合Poynting修正的固相逸度计算；4) TPD函数极值点追踪算法。

【Fluid phases model】
建立气-液-固三相逸度平衡方程f_i
^V
=f_i
^L
=f_i
^W
，其中固相逸度计算引入熔点温度与熔化焓参数，通过Poynting积分项e<sup>∫_Pref

P
(v_i
S
/RT)dP</sup>
体现压力影响。

【Amount of precipitated wax】
对Pauly等报道的Mixture A/B和Fleming等测试的Mixture C进行模拟，结果显示沉积量预测误差<5%，蜡相中C₂₀
-C₃₆
正构烷烃分布与实验数据吻合。

【Conclusions】
该模型突破传统方法对高压条件的适应性限制，通过LCVM混合规则准确描述不对称组分相互作用，TPD函数极值分析法将蜡消失温度计算效率提升40%。研究为深水油气流动安全保障提供了可靠的热力学分析工具。

重要意义在于：1) 首次实现宽温压域（-30~150°C，0.1-50MPa）蜡沉积量及组成的同步预测；2) 提出的稳定性测试算法有效避免传统方法可能遗漏的亚稳态区域；3) 模型已应用于中国海油KJGG2022-0205项目，成功指导了渤海油田管道的防蜡设计。