微倾管中低含液率气液分层流临界携液流速预测模型

湿天然气会在管道低洼处形成积液,不仅影响输送效率,而且有可能腐蚀甚至堵塞管道,因而准确预测气体的临界携液流速对于预防上述现象具有重要的意义。为此,针对微倾管中低含液率气液两相分层流,基于气液两相流动量平衡方程和新的气—液界面形状闭合关系式,建立了考虑液滴夹带的临界携液流速预测模型。结合实验数据,对新模型和FLAT模型、ARS模型、双圆环模型、MARS模型进行了验证和预测结果对比;并在此基础上,利用新模型分析了管道倾角、运行压力、液相密度以及天然气组分对微倾管道中天然气—水、天然气-60%甘油/水分层流临界携液流速和临界含液率的影响。研究结果表明:①随着管道倾角和液相密度的增大,临界携液流速持续增大,临界含液率逐渐减小;②随着运行压力和天然气中重组分含量的增大,临界携液流速持续减小,临界含液率逐渐增大。结论认为,新模型预测结果与实验值吻合度较高、预测精度较高,可用于预测湿天然气管道中的临界携液气体流速。     

苏里格气田输气管道清管周期分析

天然气从集气站到处理厂的输送过程中,由于压力、温度的变化,导致天然气中的水蒸气及重烃凝析出来,输气效率降低。当管线积液达到一定程度就会影响到管道的高效运行,此时就需要进行清管作业。通过几种公式化方法计算苏里格气田饱和天然气的含水量,并与实际清管积液值进行比较,优选了Mcketta-Wehe方法比较适合苏里格气田输气管线积液的估算,进而推得管线的清管周期,为现场输气管线的清管作业提供指导。     

相国寺储气库采气管道清管周期探讨

相国寺储气库采气管道属于湿天然气输送管道,无法直接获得采气管道入口天然气的含水量,难以预测管道内的积液规律并制定合理的清管周期。为此,结合管道实际运行压力、输量、清管液量等参数,基于气液两相流动仿真方法,确定了管道内天然气含水量及清管周期的计算方法。以相国寺储气库南段采气管道B段为例,进行了实例分析。结果表明:①计算的管道终点压力、终点温度、清管液量与实际值之间相对偏差范围为0.91%～4.1%;②提出的模型和方法可用于分析管道输量、积液量与管输效率之间的关系;③以管输效率不小于95%为原则,同时考虑积液恢复时间、收球站清管水量接收能力,确定了南段采气管道B段在不同输量下的清管周期。     

运行参数对某湿气集输管网积液的影响研究

在湿气集输管网运行过程中,积液会降低管输效率,加剧管道腐蚀,引起管网节点压力升高。针对某气田集输系统建立管网积液模型,通过单因素控制变量法,研究管网输气量、气体质量含液率、集气站出站温度、集气末站进站压力对管网积液量及积液分布的影响效应,通过正交试验设计研究各运行参数对积液的影响程度。研究结果表明,输气量的降低、气体质量含液率的增加、集气站出站温度的降低和集气末站进站压力的上升,均会引起管网积液量和积液管段数量增加。运行参数对积液量的影响从大到小依次为管网输气量、集气末站进站压力、气体质量含液率、集气站出站温度。输气量对积液量的影响最为显著,这将为积液控制提供指导。     

气液混输起伏管积液起塞特征数值模拟

地形起伏地区的湿天然气集输过程中,湿天然气中的水分容易聚集在管道底部位置较低的区域,并形成积液,进而引发液塞的形成,使得管道内流量及压力发生剧烈波动。为准确获得气液两相液塞的起塞过程及特征参数,建立内径为150 mm、长16.5 m的起伏管线模型,利用VOF界面捕捉方法建立三维数值模型,对液塞起塞进行数值模拟研究,得到了液塞体的相分布,压力、速度分布,气液界面的起塞和演化过程,以及积液液面起塞的临界表观气速;分析了表观气速及积液量对液塞形成时管道压降的影响。模拟结果表明:积液液面由于KelvinHelmholtz不稳定效应形成液塞;液塞头部速度及上半部分液体速度对液塞的运动起决定作用;液位高度与管径之比小于0.6时,不形成液塞;液塞形成时的压降会随表观气速及积液量的增加而增大。     

埋地湿天然气管道安全停输时间计算方法研究

为了防止湿天然气管道在停输过程中水合物的形成,有必要对管道的安全停输时间进行计算。湿天然气管道在停输过程中,管内介质与周围环境进行热交换,停输时间过长可能会导致水合物形成,造成再启动困难。采用多相流模拟软件对安全停输时间计算方法进行了研究,利用有限元方法分析停输时埋地管道及周围土壤温度变化情况,将天然气温度与水合物形成温度进行对比,计算湿天然气管道安全停输时间,并研究了不同输送工况下安全停输时间变化规律。一般说来,安全停输时间随着输量、起点温度、环境温度增加而延长。所以,准确计算湿天然气管道安全停输时间对于指导气田安全生产具有重要意义,可以为计划停输方案制定提供依据,防止事故停输工况下水合物的形成,提高输气管道操作安全性。     

阀组集气工艺技术难点分析及设计

为了研究低产气田阀组集气工艺的适用性,调研了阀组集气工艺的主要特点和优缺点,并进行了阀组集气工艺技术难点分析。重点针对采气管道积液问题,研究采气管道保温、管径和运行参数等因素变化对天然气饱和含水量和持液率的影响规律,得出以下结论:不保温管道与保温管道相比,不保温管道随着距离的增加,天然气饱和含水量曲线出现很明显的拐点,持液率较大;管径越大,管道沿程饱和含水量下降较快,管道内很快析出大量的游离水,持液率越大;输送压力越大,天然气饱和含水量越小,管内析出水量越多,持液率越大;地温越高,天然气饱和含水量越大,管内析出水量越少,持液率越小。同时,针对阀组集气工艺存在的主要技术难点提出了设计建议。     

逆流式换热器在气水井上的应用

气水井在开采时,高温带水天然气从地下储层沿井筒流至地面进行分离,分离后的天然气进入输气管道。随着输送距离的延长,输气温度逐渐降低,天然气中的饱和水蒸气冷凝下来,聚集在管道低洼处形成积液。这种积液不仅增加输气阻力,降低输气能力,而且腐蚀管道,缩短管道的使用寿命,影响管道安全运行。蜀南气矿在气水同产井H-19井上应用逆流式换热器,将输入干线的天然气温度从70℃降至20℃,使每日进入干线的凝析水量减少388.8kg。该工艺装置采用冷水强制循环,换热面积大,冷却效果好,能耗低,操作管理方便,适宜在产水气井上推广,能有效降低输气温度,减少天然气含水量,对保护输气管道,提高输气效率有现实意义。     

气井携液临界流速公式的推导及影响因素分析

气井开始积液时,井筒内气体的最低流速称为气井携液临界流速,对应的流量称为气井携液临界流量.曳力系数是推导临界流速公式的重要参数,本文引用西南石油学院彭朝阳推导出的临界流速公式进行计算,经过实验验证,此公式更能较为准确地预测气井积液情况.根据所引用的临界流速公式,对某气井进行分析表明:在不改变气液的表面张力和天然气相对密度,并同时增大温度和压力的情况下,天然气的压缩系数及气体的密度会发生变化,随着温度和压力的增加,气体的临界流速增大,而临界流量随之减小.为了保证该气井能够连续携液生产,将井底的积液完全排出井口,气井在生产过程中的产气量应大于井口的临界流量.     

深水钻井天然气水合物井筒多相流动模型及敏感性分析

深水天然气水合物层钻井时,水合物颗粒随钻井液上返过程中会随压力降低、温度升高而不断分解,管流相态、特征参数变化明显,对井控要求高。在天然气水合物动态传质分解基础上考虑管流速度、温度及压力对其分解的影响,建立了深水天然气水合物井筒气、液、固复杂介质非平衡相态条件下的多相流动求解模型,并采用数值模拟方法对天然气水合物分解过程中在不同机械钻速、钻井液排量和钻头尺寸下多相流动敏感性影响因素进行了分析,结果表明:天然气水合物摩尔分解速率随着分解反应的进行而降低,随着相对流速的变大而增大,随着环境压力降低而变大,随着环境温度降低而变小,总摩尔分解速率随着破岩粒径的降低而变大;随着钻头尺寸、机械钻速增大,环空流速增加,环空压力降低;随着钻井液排量增大,井筒流速增加,井筒压力升高。上述结果可为深水天然气水合物层钻井井下安全控制提供参考。     

高含硫气液混输管道在清管工况下的瞬态流动规律及优化设计

针对目前对高含硫气液混输管道清管工况瞬态流动规律认识不足,导致管道设计压力与终端段塞流捕集器尺寸不好确定的问题,以某高含硫气田为例,采用数值模拟方法,研究了清管过程中管道起点压力、管道终端排液量等参数的变化规律,分析了管内气相流速与原料气气液比对清管工况的影响,进而提出了高含硫气液混输管道设计压力与终端段塞流捕集器尺寸的优化确定方法:①当管内气相流速介于2~6m/s时,清管中管道起点压力超压现象不明显,清管时宜将管内气相流速控制在此范围内;②当管内气相流速或气液比减小时,清管中管道起点压力峰值和终端排液量均将增大,但不同管道的增大幅度并不一致,管道越长、高程差越大,其增加幅度越大;③在设计阶段,应根据管道运行后期可能会遇到的低管内气相流速与低气液比工况参数来确定管道合理的设计压力与段塞流捕集器尺寸。该成果可为高含硫气液混输管道的优化设计与清管操作提供依据。     

海底凝析天然气管道水合物形成条件预测

海底天然气管线由于运行条件、环境温度、输送工艺的特殊性 ,极易形成水合物。凝析天然气在海底管线中的输送过程属于两相流动范畴 ,沿线运行参数、水汽含量的计算方法与一般的天然气管线不同 ,文章根据平湖 -上海和锦州 2 0 - 2两条凝析气海底管线的实际生产数据 ,优选出适合海底凝析气管线工艺计算的两相流水力学和热力学模型 ,结合水合物生成条件和饱和含水量的统计热力学理论计算方法 ,能有效地预测海底管线水合物可能形成区域 ,对防止水合物形成 ,确保管线安全运行具有重要指导意义     

海底长距离湿气管线清管流动规律及方案优化

针对长距离湿气管线清管时出现的清管器速度过快、管线出口液体峰值过高、提高输量造成能耗增加等问题,基于OLGA软件建立长距离湿气管线清管模型,研究不同输量对水力清管管线入口压力、积液量的影响,研究不同输量下清管器作业时管线入口压力、清管器速度、管线出口累积液量变化规律。研究结果表明：在水力清管时,输量提升越多管线内积液量越低,但超过一定范围输量提升对积液量影响不明显;在清管器清管时,输量越大,管线入口压力振荡越小,清管器平均速度越高,管线出口瞬时液量峰值也越小。针对某气田进行清管瞬态模拟,结果表明,水力清管作业时将20万m3输量上调至28万m3、清管器清管作业时将输量下调至42万m3清管效果最佳。     

涪陵页岩气田集气干线积液规律研究

涪陵页岩气田集气干线位于山地丘陵地带,地形起伏较大,管内流动复杂,能量损失严重,在低洼处易产生积液,从而增加管线输送阻力,降低输送效率,严重影响管线安全运行。从集气干线积液机理出发,利用Fluent软件对管内气液两相流场进行模拟计算,基于液膜模型假设,建立考虑液膜不均匀分布的临界携液流速计算方法,计算结果与模拟结果吻合,均表现为倾斜角50°左右最难携液。针对管线内气体携液量难以估算的问题,引入遗传算法,以管线计算压差与实际压差误差最小为优化目标,对管段内液体流量进行拟合,在此基础上建立管线积液量计算方法。以涪陵页岩气田某管段为例进行了实例计算,结果表明积液量计算结果与清管结果吻合,积液主要发生在输气量较小、倾斜角较大的A-B段和C-D段。     

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凝析气相是多元组分的气体混合物，以饱和烃组分为主，在输送过程中由于沿线温度、压力的变化引起的凝析和反凝析现象显著，这使凝析气的管道输送不同于气体或液体的单相输送，其管输方式可分为气液混输、气液分输。气液两相混输投资少、工期短，但要解决困凝析液的积聚而降低输送能力及液塞处置等技术问题；气液分输是先将凝析气分离，然后将天然气和凝析液分别输送，管内流体均为单相流动，气液分输又可分为双管输送和顺序输送。凝析气的气液混相输送是多相流输送的一种特例。针对东海平湖油气田海底输气管道采用多相流技术输送凝析气的实例，分析了凝析气混相输送管道压降、输量和持液率的关系，并指出了预测管路温度下降值是管路安全运行的必要条件。通过对平湖凝析气管道的运行分析，强调工艺配套是多相流技术成功应用的重要条件。     

考虑液滴夹带的气井连续携液预测模型

在有水气藏开发过程中，随着气藏压力的降低和含水量的增加，井筒内的气相能量不足以将水携带到地面，导致井底积液，从而影响气井产量，严重时甚至压死气井，造成停产。准确预测气井临界携液流速对判断气井是否积液和优化气井配产具有重要的意义。基于液膜携液假设，通过气液两相流受力平衡分析，建立了考虑液滴夹带影响的气井连续携液预测模型。模型引入了基于临界液膜流量和临界气相流速的液滴夹带判据，并采用了考虑液膜雾化与液滴沉积动态过程影响的液滴夹带率计算公式。结合实际气井生产数据，所建立模型与现有的液膜临界流速模型的对比结果表明，该模型的预测结果与气井实际状况更加吻合，可用于气井积液的判断。     

天然气管道积液红外成像检测方法

传统天然气管道积液量的测量方法存在积液检测精度低、具有安全隐患等问题。为此,提出一种新的基于红外成像的非介入式测量法：利用管道内部气液两相之间热容差别大及对流换热的性质,对外管壁加热,使气液两相在管道外壁形成温度梯度,再利用红外热像仪测量外壁温度,形成温度分布图像,结合智能图像处理技术,对高压天然气管道积液进行实时高精度检测。实验室和现场试验结果均表明,该方法测量误差小于10%,能够满足天然气管道积液现场检测的要求。     

西气东输二线输气管道在湿地中的敷设

天然气长输管道穿越河流和湿地时,受浮力、水流等影响,易造成管道上抬、水平推移、悬空和振动,甚至管线因产生巨大应力而断裂。因此,要保证天然气长输管道长期安全运行,管线稳管措施非常重要。以西气东输二线输气管道工程湿地敷设为例,阐述了有关稳管措施的设计及施工中需要注意的一些问题,并对处于设计中的西气东输二线管道工程干线东段管道在穿越湿地时的稳管措施提出了建议。