澳大利亚天然气管道抗漂浮计算方法分析与应用

在天然气管道设计过程中,管道的抗漂浮计算与分析越来越受到人们的重视。从中国管道设计过程中天然气管道抗漂浮计算方法分析出发,引入并介绍了澳大利亚天然气管道抗漂浮计算的方法。从理论角度对中国和澳大利亚天然气管道抗漂浮计算方法进行对比分析。同时结合澳大利亚某天然气内部集输工程的实际数据,应用该方法对天然气管道抗漂浮计算进行分析和验证。得出中国天然气管道抗漂浮计算方法及其计算结果相对保守,依据澳大利亚天然气管道抗漂浮计算方法计算出来的结果更能反映工程的实际情况。     

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针对天然气管道系统的组成特点，将系统划分成基本组成单元，建立了气体在单元中不稳定流动方程，并综合考虑它们的边界条件、连接条件和初始条件，通过引入线性化系数，采用迦辽金方法讨论了求解问题。该方法既具有解析解法的特点，又具有数值解法的特点。当所划分的管道单元较大时，可以得到直观的近似解析解；当所划分的管道单元较小时，可以得到更准确的数值解。与常用解析法相比，该方法可适用于各种管网结构，并且由于可以在不同的管道单元和不同时间层上计算线性化系数，从而可以提高解的准确性。与其它数值解法相比，由于管道单元和时间步长的选取可大可小，各管道单元的大小也可以不一样，这就提高了求解的灵活性。以此为基础，编制了计算机程序，对四川气田局部管网进行了实际模拟分析，获得了满意结果。     

滑坡作用下海底管道分析模型的改进算法

针对RANDOLPH提出的用于求解滑坡对管道影响的解析方法中存在的管道弯矩不连续和在一定情况下求解位移函数存在奇异的问题,提出通过修改边界条件来改进该解析算法。在考虑管道位移边界条件的基础上,利用管道弯矩与位移函数之间的关系,将弯矩连续的性质转化为位移函数的边界条件并代入求解,以避免管道弯矩求解结果的不连续。随着新边界条件的引入,位移函数中的待定系数可直接由边界方程推导而出,避免求解位移函数时存在的奇异问题,提高方法的适用范围。经验证,利用改进的边界条件求解的结果符合管道真实的内力变化规律,也与有限元模拟结果一致。分析各参数对计算结果的影响规律,可为进一步研究滑坡对管道的影响提供参考。     

关于天然气长输管道安全隐患分级的研究

本文通过对国内外专家学者对天然气管道泄漏模型的研究,结合长输天然气管道安全风险评估方法,采用半定量的方法对天然气长输管道的失效可能性及失效后果性进行风险计算评估,最终形成了长输管道安全隐患分级的半定量分析,可以为天然气长输企业在处理隐患分级时提供了一定的依据。     

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天然气集输管网的参数优化设计模型，属于非线性离散化最优组合问题，且目标函数具有多峰性，往往存在局部极小点，遗传算法对处理此类工程设计问题具有较大的优越性。为此，以管道建设费用为目标函数，以管道的稳态分析、各节点的流量、压力及管道的压力限制等为约束条件，建立了天然气集输管网的参数优化设计模型。采用遗传方法求解，并给出了计算机软件算法框图。利用该算法可以提高全局收敛性，从而加快系统的求解速度，并由此得到问题的最优解，是一种可取的优化算法。     

长输管道顺序输送混油高效数值模拟方法研究

二维对流扩散模型是顺序输送混油数值模拟常用模型之一,但该模型求解长距离管道混油效率低,亟待引入高效的加速求解方法。为此,从控制方程求解方法和求解区域两方面进行混油数值模拟加速。首先基于二维模型,对比高斯赛德尔迭代法、多重网格方法和预条件共轭梯度法的混油求解效率,优选高效的求解方法;然后基于高效的求解方法,将混油段跟踪方法运用到长距离管道混油模拟中,通过减小求解区域大小实现高效的混油数值模拟。结果表明:在不同计算管长条件下,预条件共轭梯度法求解速度最快,并且随着管道长度增加,优势更加明显。在此基础上,混油段跟踪方法的引入实现了计算效率的大幅度提升,且该方法计算效率不受管道计算长度影响。以上研究成果可为长距离管道高效混油数值模拟研究提供技术支持。     

高压天然气管道泄漏瞬态数值模拟研究

为建立更接近实际情况的天然气管道泄漏模型,提出将泄漏口看作管道元件进行处理,并利用节点平衡方程对泄漏口速度做瞬态求解,建立了基于高压天然气管道泄漏瞬态计算的等效模型。针对关闭ESD阀(紧急切断阀)后的管道放空阶段,将所建立的非稳态泄漏模型计算结果与TGNET软件计算结果进行对比,气体泄漏率计算误差为4.13%,管道放空时间计算误差为0.4%,满足实际工程的精度要求,验证了本文建立模型的可行性,计算结果可为制定应急预案、事故处理提供理论指导作用。     

天然气长输管网稳态计算方法研究

采用高精度的天然气稳态流动方程作为管道稳态模型，能够确保较高的计算精度。文章利用管道摩阻损失最小原理计算长输管网压力初始值，建立了一种天然气长输管网稳态计算模型，解决了初始值计算不当所导致的牛顿迭代法求解速度慢的问题。通过对陕西省天然气管网的稳态计算表明，该稳态计算模型具有较高的计算精度和速度。     

城市天然气管网遗传算法优化设计

文章以使管网建设和运行费用最少为目标函数，以管道的稳态分析、各节点的流量、压力及管道的压力限制等为约束条件，建立了城市天然气管网优化模型。根据天然气管网结构特点，采用遗传算法求解，构建了遗传算法中重要的适应度函数，给出了管道编码的方法。通过编程实例计算，表明遗传算法是在天然气管网优化领域中可取的一种算法。     

地区等级升级后的天然气管道定量风险评价技术

随着我国经济社会建设的快速发展,部分在役天然气管道所通过的地区逐渐由过去人口稀少的一级、二级地区升级为人口密集的三级、四级地区,管道失效的风险大幅度增加,急需建立相应的定量风险评价技术以确定管道的实际风险水平。为此,提出了基于可靠性的天然气管道定量风险评价流程:首先采用基于可靠性的极限状态方法计算评价管段的失效概率、采用管道失效后果模型计算管道的失效风险,并依据计算结果对地区等级升级后的天然气管道进行定量风险评价;然后引入风险可接受准则,判定地区等级升级后天然气管道的个体风险水平和社会风险水平;进而有针对性地制订风险消减、防护措施。实际应用结果表明:该技术不仅可以实现天然气管道失效风险的定量计算和评价,而且还能够对不同风险消减、防护措施进行效果检查及对比,在保障天然气管道风险可接受的前提下,实现天然气管道风险控制管理技术性和经济性的最优化。     

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天然气含水量的计算是天然气工业有关工艺设计、生产装置考核、水合物抑制剂的使用等过程中经常用到的主要计算。公式化计算又分成两类：一类是基于已知气体干基组成，通过使用状态方程进行水烃体系平衡计算获得；另一类则基于、已知温度、压力条件，采用经验或半经验的对已有实验数据或图表的回归分析而获得。公式化计算避免了图算法的人为误差，同时又方便计算机处理，在天然气处理和加工计算中得到普遍认同。章对目前国内外已有的主要公式化的计算方法进行了归纳分析，考查了计算结果并推荐了可信的计算方法。     

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随着高压气井的不断勘探与开发，由于受气体的焦耳－汤姆逊效应的影响，高压条件下天然气水合物形成条件的预测愈加重要。针对高压气井测试与生产过程中的压力高、流速高、天然气及地层水成分复杂等特点，应用热力学理论，结合部分室内实验，研究水合物的形成条件和预测方法，建立了计算模型和预测软件，以判断和预防高压测试系统中水合物的形成。还介绍了在水合物生成条件计算方法的基础上，利用实测数据，对计算结果进行的验证。结果表明计算误差较小,可用于高于100MPa压力条件下的计算。     

一种新型天然气压缩因子数值计算方法

天然气压缩因子是天然气重要的物性参数之一,传统计算方法对于高压天然气的计算存在较大误差。综合利用传统压缩因子图版与高压天然气压缩因子实验数据进行拟合,得到了同时适用于中低压及高压范围的天然气压缩因子计算公式。计算显示在低压段平均误差为3.3%,在高压段平均误差为2.5%。将这一公式应用于气井压力的计算中,取得了较高的计算精度。     

试气阶段评价气井不稳定产能的新方法

早期预测气井产能变化规律一直都是天然气开发的技术难点之一,常用的稳定渗流分析方法误差较大,而产量递减分析及压力不稳定试井分析经典方法同样难以有效解决这一问题。为此,基于定压生产试井模型求解,改变过去简化计算指数积分函数的近似做法,精确计算气井绝对无阻流量解析解,并且以均质储层直井为参照基准,定量描述不同类型气井产能不稳定特征;结合新井产能评价的需求,研究形成了重点解决试气分析问题的实用新方法,并在四川盆地天然气开发热点区块的部分重点井进行了现场应用。研究及应用结果表明:①试井模型解析解的精确公式显著增强了对短时测试条件的适应性;②所制作的图版简要地揭示了气井不稳定产能特征与主要影响因素之间的定量关系;③当紊流效应特征参数未知时,根据定压生产试井模型分析气井无阻流量变化趋势需要进行变表皮系数迭代计算;④通过对比分析典型情况的计算结果,能够深化认识不同类型气井无阻流量的递减规律。结论认为,该新方法能够提高气井不稳定产能预测的准确性,可以广泛用于天然气勘探阶段、开发前期评价阶段、开发生产新井投产阶段的气井产能评价,有助于天然气勘探开发决策的制订。     

预测油气田产量的Weng旋回及其参数求解方法

论述了油气田动态系统的非线性特征，介绍了Ｗｅｎｇ旋回模型结构及性质。同时，对Ｗｅｎｇ旋回传统求解方法进行了研究、分析和对比，提出了Ｗｅｎｇ旋回求解的新方法，即联立方程求解法。新方法简单方便，不受人为因素的影响，具有单一解的特点，只需要最基本的加减乘除运算即可确定模型参数，通过实例验证了新方法的可靠性。     

长输管线气体泄漏率简化计算方法

管道因穿孔或爆裂而导致的泄漏是长输管线风险的主要来源，而气体泄漏率是评估管线风险后果的一项重要参数。通过对现有气体泄漏率计算模型的研究，提出了采用满足管内亚临界流、孔口临界流状态下的相关方程与管道模型相结合的方法来计算不同泄漏孔径下气体的泄漏率。使用该方法不但可以避免判断流型的复杂过程，而且不会面临因出现孔口亚临界流而导致泄漏率的求解不便，是一种简化计算方法。实例分析结果表明，在不同的起始压力下或泄漏发生于距管线起点不同距离处，采用该方法来计算泄漏率是有效可行的。     

计算水驱气藏水侵量及动态地质储量的集成方法

气藏动态地质储量及水侵量是水驱气藏开发设计的重要参数,目前常使用气藏物质平衡法进行计算,但是运用常规物质平衡法计算水驱气藏水侵量和动态地质储量时,由于人工选取回归点、识别图版等过程会产生较大误差,常出现不同方法地质储量及水侵量计算结果不同的情况。针对以上问题,对水侵量计算物质平衡法中的差值法、图版法、视地质储量法进行分析,建立3种方法之间的约束条件,形成新的计算方法,并进行实例计算。通过实例分析了常规物质平衡法误差来源,并验证新方法,计算结果表明新方法具有较好的实用性和可靠性,可以推广运用到有水气藏动态储量及水侵量的计算。     

天然气加气站压缩机组效率的计算方法

电驱往复式压缩机组是天然气加气站的主要耗能设备,也是加气站开展节能降耗工作的重点所在。加气站压缩机组效率是合理表征、科学评价加气站能效水平的关键指标之一,但天然气处理和输送系统中通用的压缩机组效率测试和计算方法仅适用于压缩机出口压力恒定的工况,并不适用于加气站压缩机出口压力和温度实时变化的工况。为此,根据热力学理论,采用焓差法计算压缩机组输出的有效总能量,用输出的有效总能量与机组耗电量之比计算加气站压缩机组的平均效率,并采用该方法对加气站压缩机组进行现场测试与计算。研究结果表明:①加气站压缩机组效率理论计算方法虽然较为精确,但可操作性较差,现场测试时几乎无法操作;②该加气站压缩机组平均效率的计算方法具有所需测试参数少、计算过程简单、可操作性强等优点,更加适用于现场测试和工程应用。结论认为,相关监测部门可依据该计算方法来测试、计算、评价加气站压缩机组的能效水平,为加气站制订效率提高方案提供理论基础和技术支持,从而加快推进加气站的节能降耗工作。     

Lietard天然裂缝宽度预测模型求解新方法

采用图版法求解Lietard天然裂缝宽度预测模型时速度慢、易产生人为误差,为迅速准确地预测井漏时的天然裂缝宽度,给堵漏作业和屏蔽暂堵作业提供决策依据,开展了数值解法研究。研究Lietard模型发现,用Lietard模型计算得到的理论漏失特征曲线存在近似直线段,可作线性化处理,因此,基于井漏时实测得到的漏失数据,采用最小二乘法建立实钻漏失特征曲线近似直线段线性参数的计算模型,并运用自适应搜索法找出与实钻漏失特征曲线唯一对应的理论漏失特征曲线,根据该曲线的无因次有限侵入值反演出天然裂缝宽度。经过试验研究,建立了实钻漏失特征曲线近似直线段线性参数的计算模型,实现了无盲区自动匹配,将匹配误差控制在0.001%以内,克服了人为误差,并能快速完成Lietard模型求解。研究结果表明,Lietard模型的求解精度与实钻漏失特征曲线近似直线段的线性相关度呈正比关系,在同一相关度下,新方法比图版法求解速度更快、精度更高。