气液混输管道管式段塞流捕集器设计原理及实践

段塞流是气液混输管道中一种常见的流型流态,对下游设备的压力波动影响极大。从段塞流的动力特性出发,分析了段塞流的物理特性和国外管式段塞流捕集器的结构特点和分离原理,建立了一套管式段塞流捕集器主要参数的设计计算数学模型,对主要设计参数进行了敏感性分析,得出规律性认识并给出设计案例。对研究管式段塞流捕集器的设计方法和优化凝析气田地面工艺流程有积极意义。     

国外混输管路终端液塞捕集器

随着海洋、极地、沙漠、近海油气田的开发和开采，混输管路得到不断的发展。在段塞流状态下运行的混输管路，其终端设有气液初级分离设备─—液塞捕集器。综述了国外液塞捕集器的研究情况。液塞捕集器又分为管式和容器式两大类。介绍了管式液塞捕集器的组成和设计参数，以及容器式液塞捕集器的结构和静态与动态工艺计算方法。     

油气混输段塞流捕集器的现场应用

胜利油田海上平台主要采用油气混输上岸集输工艺达到回收海上平台采出的天然气和降低工程投资的目的。埕北30潜山油藏油气储量丰富，通过技术经济对比分析，其油气集输工艺确定采用油气混输上岸方式，在陆上建设海五联合站。但埕北30油气集输海管立管较高、液气比大，上岸油气混输管线末端极易出现段塞流。段塞流的产生使多相管流出现不稳定振动，会造成管路压降急剧增大。影响站内正常生产和安全，危害极大，段塞流捕集器是解决该问题的关键殴备。为确保海五联安全生产，降低工程投资，在研究混输管线瞬变流动规律的基础上。建，范了捕集器系统的优化数学模型，编制了捕集器优化设计动态模拟软件，结合胜利埕岛CB30油田上岸混输管线生产工艺参数，研制设计了段塞流捕集器并在海五联进行了生产应用。     

新型高效旋流段塞流捕集器优化设计

随着混输工艺的不断发展,段塞流捕集器的运用也越来越多,已有的段塞流捕集器重力分离空间小,分离效果差,气中带液多,影响下游装置操作。为了克服现有段塞流捕集器技术的缺点,在分析现有结构形式的段塞流捕集器优缺点基础上,提出了一种新型高效旋流段塞流捕集器的优化设计方案,包括一级切线斜入式旋流分离段、管式液相缓冲储存分离段和二级重力分离段相结合的新型设计方案。该新型高效旋流段塞流捕集器能够有效分离和捕集段塞,运行平稳,解决了混输管线段塞流对生产的影响,保证了生产运行的安全。     

容器式段塞流捕集器设计

容器式段塞流捕集器具有规模大、载荷工况复杂、工作压力高等特点,已广泛应用于气液混输大型凝析气田工程,但目前国内外尚无可完全覆盖的成熟设计方法。为了保证设备安全运行、降低投资成本,有必要对容器式段塞流捕集器的设计进行规范和优化。在总结前期成功设计经验的基础上,调研了段塞流捕集器的设计、使用情况,提出设备选材、结构设计、强度计算及制造检验的规定,为容器式段塞流捕集器的设计提供有益的参考。     

天然气-凝析液混输管道段塞流的控制措施

气液混输的集输工艺简化了气田集输系统流程，操作运行简便，适用无人值守的操作管理方式，已在国内陆上几个大型气田得到应用。但气液混输管道中常出现段塞流，段塞流对管道具有振动性破坏并导致管道末端工艺处理设备的不稳定运行。介绍了容器式、多管式等捕集器，针对气液混输管路提出分离器兼做容积式捕集器、分段清管法等设计措施，并以长北气田某集气干线为实例，讨论了缓解段塞流的生产运行措施。     

混输系统段塞流捕集器的动态模拟及选型

采用OLGA多相流瞬态模拟软件对混输管线进行段塞跟踪模拟,从而获取管线运行工况及最大段塞液量和持续时间.根据分离器的选型系列,需选三列DN 3 600 mm×18 000 mm的段塞捕集器才能满足要求.应用简化模型,模拟18-3000管线正常运行及清管过程中后部段塞流捕集器的运行情况,由模拟结果可知,管线设定的正常液位为1m,当清管段塞到来时,捕集器内液位最大值为2.2m,能接受全部来液量且控制在高低液位之间,段塞过后液位能及时恢复平衡状态.     

海底混输管道清管段塞影响因素分析及控制

海底油气混输管道在进行清管操作时,清管段塞会对下游的平台生产流程及设备带来冲击、振动等影响。在管道与平台连接处安装段塞流捕集器能够有效减小清管段塞造成的不利影响,但受平台面积的限制,段塞流捕集器的尺寸不宜过大。以渤海某油田的新建海底管道为例,分别研究管径、出口压力、管道输量等因素对清管段塞体积的影响规律,进而提出控制清管段塞体积、优化段塞流捕集器尺寸的可行措施。研究计算表明,通过优化清管操作,可将该海底管道的清管段塞体积由28.4 m~3减小至14.0 m~3左右,优化了捕集器的尺寸,减少了工程投资。     

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。     

段塞流捕集器选型及设计思路

为了避免油气田长距离集输和清管作业产生较大段塞流对管道末端的接收、处理装置造成影响,通常在集输管道末端设置段塞流捕集器,处理清管段塞溢流和稳定液相流量。段塞流捕集器既可以起到油气分离作用,又能起到稳定去下游处理设施的液相流量,同时具有一定储存液量的作用,但设计选型中常常出现分离效率不合格、设备选型不经济,以及液位控制无法满足操作要求等问题。鉴于此,在设计段塞流捕集器时,需从技术指标、施工难度和经济投资等方面综合考虑段塞流捕集器的选型和设计。     

油气混输管式捕集器结构尺寸优化设计

油气混输管式捕集器工艺计算原则上应考虑两方面因素 ,即来流在管束分离段内应转变为分层流型 ,以便于气液分离 ;同时 ,储存段应能容纳清管工况下产生的积液 ,使液体不致于从气体出口流出。基于这两条原则进行分离段和储存段的设计计算 ,并动态模拟当 1/ 10 0 0概率最大液塞进入捕集器时液位和压力的动态变化 ,据此确定捕集器最优结构尺寸。基于上述原理 ,编制了管式捕集器结构尺寸优化设计软件 ,软件尚需实际工程的考核和完善。     

容器式捕集器结构尺寸的优化设计

在对捕集器系统进行理论研究的基础上 ,利用C+ + Builder编程环境编制了容器式捕集器结构尺寸优化设计软件。该软件根据标准油气分离器的工艺计算方法进行初步设计 ;采用动态模拟技术 ,建立捕集器内压力、液位变化、气液出口调节阀等动态优化数学模型。当管路为段塞流时 ,可动态模拟当 1/ 10 0 0概率最大液塞进入捕集器时液位和压力的动态变化 ,据此确定捕集器最优结构尺寸 ;当管路为其它流型时 ,可确定已知结构捕集器清管时允许的最大液体流量 ,以指示清管操作。     

油气集输管线中气液两相团状流

针对油气集输管线中气液两相团状流的流动机理和特点,将每一段塞单元划分为带液层的气塞区和液塞区两个区域.对气塞区,采用分流模型建立了其水力计算模型;对液塞区,采用均流模型建立了其水力计算模型,并用实验数据关联了液塞区气液混合物的沿程阻力系数与雷诺数之间的相关式.通过气塞区和液塞区水力计算模型的结合,给出了团状流的水力计算模型.经大庆油田12井次实际生产数据检验,该水力计算模型所预测的压力梯度比传统的按流动状态所预测的压力梯度更符合实际值.     

压力容器火灾工况安全泄放质量流量的动态研究

以某气田段塞流捕集器为例,使用HYSYS动态模拟建立了压力容器包含关断逻辑的全动态生产模型,使用该模型对不同初始压力和液位下段塞流捕集器火灾工况的泄放过程进行了分析和研究。结果表明,初始条件对段塞流捕集器的最大安全泄放质量流量有明显影响,在计算最大安全泄放质量流量时,应充分考虑初始条件的影响,为安全阀的计算和选型提供正确的基础参数。     

多相混输技术研究现状及发展趋势

近年来,多相混输技术研究有了较大的进展。本文结合作者进行的研究工作,总结和回顾了这一领域的进展,其中包括:多相混输增压泵、多相流工艺计算、段塞流及段塞捕集器设计、水化物形成与防护、管道内壁腐蚀等。     

苏桥储气库生产井井下节流技术合理气水比研究

为了确定苏桥储气库有水气井井下节流技术适宜的生产气水比条件,在930 m模拟实验井上,开展了空气—水两相嘴流实验。利用油嘴流型观察窗和实时采集的实验数据,分流态对嘴流现象及特点进行了观察和分析。研究结果表明:由于液体段塞流过孔眼所需生产差压远大于气体,段塞流条件下液体在嘴前回落严重,油嘴前后压力、产气量、产水量波动幅度大,嘴流稳定性差;环雾流条件下4参数波动幅度小,嘴流稳定性好。确定了苏桥储气库有水气井段塞流向环雾流转化的气水比条件为1 800~2 000 m3/m3。嘴流稳定关系到举升管的正常排液,因此有水气井井下节流技术适宜的生产条件为环雾流;对于大液量气井,井筒为段塞流时嘴径不宜太小。     

Investigation and prediction of slug frequency in gas/liquid horizontal pipe flow

The objective of this study is to phenomenologically investigate the parameters controlling slug frequency in horizontal two-phase pipe flow and to develop a predictive empirical correlation. In this study, two aspects governing slug frequency are investigated, namely the slug initiation mechanism at the pipe entrance region (entrance effect) and the flow development along the pipe (pipe length effect). Experimental results show that fully developed slugs generated under the hydrodynamic slugging mechanism have lower frequency than those generated under the terrain slugging mechanism for high Froude number conditions (N_Fr > 3). Conversely, fully developed slugs generated under the terrain slugging mechanism have frequency greater than those generated under hydrodynamic slugging frequency in low Froude number conditions (N_Fr < 3). Although the effect of the flow development along the pipe on slug frequency is a controversial issue in the literature, experimental data show its irrelevance to slug frequency over a wide range of operational conditions. However, experimental results show slug frequency decline along a pipeline in the case of very high liquid flow rate and very low gas flow rate and vice versa. Based on the understanding of the related physical parameters to slug frequency, a new slug frequency correlation is developed using a broad range experimental database. The developed multiple linear correlation accounts for 92% of the variation in the slug frequency in the experimental data. A validation study of the new correlation against an independent data set revealed an average error and standard deviation of 35% and 68%, respectively. A tuned version of the model using the model statistical coefficients' confidence intervals revealed improved validation results of 19% average percent error (outperforming existing correlations) and 62% standard deviation.     

严重段塞流对JZ25-1S油田群生产的影响及对策

针对气液混输海底管道严重段塞流对JZ25-1S油田群生产的严重影响,通过综合应用提高海底管道输送压力、设置段塞流捕集器和在立管顶部水平段安装带有控制模式的压力调节阀等措施,实现了对严重段塞流的有效控制,确保了油田群的正常生产,从而保障了对陆地原油处理厂的正常原油输送和对陆地天然气分离厂的平稳供气。