温度与烟气组分对烟气与凝析气混相行为的影响机制研究

推荐：针对热混相驱提高凝析气藏轻质油采收率过程中烟气-凝析气混相行为的关键问题，研究人员基于PR-Peneloux状态方程建立热力学模型，结合解析领结线法和单元-单元法，系统研究了温度（50-400°C）和烟气组成（CO2/N2比例）对相包络线、最小混相压力（MMP）和驱动类型的影响。发现CO2的峰值MMP（506 bara@350°C）显著低于N2（620 bara@250°C），且N2占比增加会提升气相驱动机制分数，为热混相驱优化设计提供理论依据。

　　

在提高凝析气藏轻质油采收率的技术探索中，热混相驱展现出巨大潜力。该技术通过向储层注入高压空气，氧气与凝析气发生氧化反应产生热量和烟气（主要含N₂和CO₂），在高温高压条件下可能实现与凝析气的混相。然而，传统研究多聚焦常规气体注入（如纯CO₂驱），对热混相驱特有的高温（可达400°C）、复杂烟气组分等条件下的混相行为缺乏系统认知。准确描述烟气-凝析气混相机理，成为优化热混相驱工艺的关键瓶颈。

针对这一挑战，研究人员开展了温度与烟气组分对混相行为影响的创新研究。通过建立精确的热力学模型，揭示了CO₂和N₂在高温条件下的差异化混相规律，相关成果发表在《Fluid Phase Equilibria》。研究团队首先采用PR-Peneloux状态方程（结合Peneloux体积平移）构建热力学模型，通过调整拟组分物性参数（分子量MW、临界温度T_c、临界压力P_c、偏心因子ω等），使其精确匹配凝析气样的恒组成膨胀（CCE）和恒容衰竭（CVD）实验数据。基于验证的模型，运用解析领结线法（计算关键领结线长度）和单元-单元法（模拟多级接触混相过程），系统分析了N₂-凝析气、CO₂-凝析气及混合烟气的相行为与混相特征。

相包络线演变规律
研究发现气体注入会显著改变原始相包络线：CO₂注入使两相区系统性收缩，尤其在高温区（>80°C）露点压力降低；而N₂和含85%N₂的烟气则使两相区扩大，临界点向高压低温方向移动。值得注意的是，CO₂在低温区（<-80°C）会形成三相区，且该区域随CO₂含量增加而扩大，这对低温储层开发具有警示意义。

温度对MMP的非单调影响
突破性发现MMP与温度呈"先升后降"的非单调关系：CO₂在350°C达到峰值MMP（506 bara），N₂和烟气的峰值分别出现在250°C（620 bara和616 bara）。这一现象颠覆了传统认知，表明高温并非总是促进混相。研究同时揭示驱动机制的温度依赖性：所有气体的气相驱动机制分数（表征混相过程中蒸发机制占比）均随温度升高而降低，其中CO₂的降幅最显著。

烟气组分的阈值效应
当CO₂占比超过70-80%时，系统呈现明显的混相优势——在50°C条件下，CO₂含量从70%增至100%可使MMP从600 bara骤降至400 bara以下。三维相图分析显示，N₂占比增加会同步提升峰值MMP和对应温度，但会降低达到峰值时的温度阈值。例如，纯N₂的气相驱动机制分数比纯CO₂高约0.4，这解释了烟气中N₂含量对混相效率的制约作用。

该研究首次系统阐明了热混相驱过程中温度-组分-混相行为的复杂耦合关系，建立了可精确预测高温条件下MMP的计算方法。特别是发现CO₂在高温区（>350°C）的"自活化"现象（MMP随温度升高而降低），为深层高温凝析气藏开发提供了新思路。研究提出的组分阈值效应（70%CO₂临界点）可直接指导烟气注入方案优化，而建立的PR-Peneloux模型参数数据库（如C7+组分的修正临界温度T_c和体积平移系数c）为同类气藏模拟提供了可靠基准。这些发现不仅丰富了油气相行为理论，更为实现"双碳"目标下的CCUS（碳捕集利用与封存）技术提供了关键参数支撑。