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。     

基于一维气体单流体模型的天然气-凝析液管道流体流动预测

基于一维瞬态非等温可压缩气体单流体模型,采用SIMPLE压力修正算法,考虑焦-汤效应对温度的影响,开展了低持液率天然气-凝析液管道的流动预测研究。将模拟管道五个不同持液率组分(0～20%)的计算结果与OLGA预测结果进行对比,结果表明:对气速、温度的预测与OLGA预测结果相接近,持液率为10%时压力预测的相对偏差为4.65%,证明了一维瞬态非等温可压缩气体单流体模型对低持液率天然气-凝析液管道流动预测具有适用性;随持液率继续增加至20%,压力预测的相对偏差逐渐增大。     

基于现场数据的海底混输管道水力计算模型适用性分析与优化

针对渤海油田海底管道网络原始设计模型预测结果与投产后实际运行数据普遍存在差异的问题,为提高新油田开发时在役管道依托校核的可靠性和准确性,基于现场实际运行大数据,通过数据分析、噪点消除、归类总结和反演对比等方法,对混输管道水力计算模型进行适用性评估和改进。从油品性质、气液比、含水率等角度筛选3条有代表性的海底混输管道,以经过优化处理后的现场运行数据为基础,对比不同水力计算模型的压降计算误差,从而确定各类海底管道的推荐计算模型。推荐的水力模型和修正方法可为其他类似管道提供借鉴,用于海底混输管道输送能力的深入挖潜,为未来渤海油田新油气田的依托开发提供依据。     

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。     

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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。     

普光高含硫气田集输管网优化

针对普光气田自身特点,以集输管网投资最小为目标,以管网各节点的流量、压力及管道的压力限制等为约束条件,建立了树状集输管网布局、管径和阀门数目全局优化数学模型,采用双重编码遗传算法对模型进行求解,获得了总投资费用最省的管网布局、管径和阀门数目。优化过程中,针对普光湿气集输采用气液混输的特点,确定了湿天然气的物性计算和热力计算模型。通过计算值与实测值的比较,确定了适用于湿气混输管线且精度较高的水力计算模型,保证了优化过程中物性、压力和温度计算以及优化模型约束条件校核的准确性。实例计算表明,所建立模型准确,优化算法有效,对降低高含硫气田管网建设成本和提高管网安全性有重要指导意义。     

热力学性质对于准确预测管线运行至关重要

几乎所有管输天然气中都含有少量重组分。正确描述重组分的参数能更准确地预测气体露点和液体形成 ,这对天然气管线运行至关重要。本文用Maddox和Lilly法计算其参数 ,并详细介绍了一种计算单气相和气液两相天然气管线中压降的算法。将这种算法用于实际的和假想的管线都得出令人满意的结果 ,该算法可预测天然气管线中单相和低含液量气液两相流的压降和流动条件     

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。     

聚驱油气水三相流混输管道压降修正计算方法

油气水三相混输管道的水力计算是油气管道设计和生产运行方案制定的基础。采用Beggs-Brill模型进行聚驱采出液油气水三相流混输管道水力计算时误差较大,平均相对误差为33.26%。为了提高模型的计算精度,以拟合优度最大为目标研究建立了Beggs-Brill水力修正计算模型,并以萨南油田聚驱采出液油气水三相混输管道生产运行数据为样本进行了验证,结果表明,修正后模型的平均相对误差比修正前降低了21.64%,计算精度大幅度提高。     

海底多相流混输管道压降计算主要影响因素分析

以我国海洋油气开发工程为例,以黑油物理模型为基础,利用PIPERFLO软件,分析了不同压降计算模型、起输温度、气体流量及总传热系数(K)对海底多相流混输管道压降计算的影响。用不同压降计算模型得到的混输管道的压降结果相差很大,在设计混输管道时,应根据实际情况选择合适的模型。设计高粘原油混输管道时,应根据油品物性将起输温度控制在适当的范围;设计低粘原油混输管道时,在满足管道终端温度要求条件下,应尽量降低起输温度。海底油气混输管道存在一个最小压降气液比,按此气液比确定高粘原油混输管道的气体输量,可降低管输原油粘度,从而减小管道压降。对海底多相流混输管道应进行一定的敏感性变量分析和结果预测,以保证管道具有一定的抗波动能力。     

两相管流工艺计算软件的研制

利用流体力学理论 ,结合目前国内外最新的两相流理论和实验研究成果 ,在描述气液两相流水力计算、热力计算和流型判断的数学物理模型基础上 ,研制出适用于海洋、沙漠、丘陵地区原油与伴生气、凝析天然气与凝液输送工艺的一套新的计算模拟软件TFTCS。介绍TFTCS软件的结构、功能、适用范围。用该软件对锦州 2 0 - 2海底湿天然气管道进行模拟计算 ,并与管线生产数据进行对比 ,用国外同类软件PIPEPHASE进行验算。实例计算分析表明 ,该软件功能完善 ,操作方便 ,计算结果可靠 ,能满足油气混输管道的设计计算和生产管理的需要     

两相管流工艺计算软件的研制

利用流体力学理论,结合目前国内外最新的两相流理论和实验研究成果,在描述气液两相流水力计算、热力计算和流型判断的数学物理模型基础上,研制出适用于海洋、沙漠、丘陵地区原油与伴生气、凝析天然气与凝液输送工艺的一套新的计算模拟软件TFTCS.介绍TFTCS软件的结构、功能、适用范围.用该软件对锦州20-2海底湿天然气管道进行模拟计算,并与管线生产数据进行对比,用国外同类软件PIPEPHASE进行验算.实例计算分析表明,该软件功能完善,操作方便,计算结果可靠,能满足油气混输管道的设计计算和生产管理的需要.     

长距离湿气管线的停输再启动工艺研究

为了防止长输管道停输再启动过程中生成水合物及蜡,需对管道停输再启动的瞬态过程进行研究。使用OLGA软件模拟的方法,对长距离湿气管线停输和再启动瞬态流动规律进行了研究,并对不同停输工况下再启动过程进行了参数预测及影响因素分析。研究结果表明:再启动期间,管线末端排液量突增;停输温度、压力及管线输量对管线末端气体体积流量、排液量和管线持液率均有明显影响。     

高含水油田多相混输管道水力计算方法研究

对于三相流管道,构建符合现场实际的压降模型对管网的设计、运行方案的优化调整具有重要意义。使用四种气液两相流压降模型对高含水油田油气水混输管道的压降进行计算,结合实测数据,基于最小二乘法对其中精度最高的水力模型进行了修正;在此基础上,采用单因素敏感性分析方法分析混输管道压降对不同运行参数的敏感性。研究结果表明,对高含水油田多相混输管道而言,杜克勒II法的计算精度最高;模型修正后其计算值与实测值间的平均相对误差可降至9.45%;对混输管道压降影响程度由强到弱的运行参数分别为产液量、含水率、产气量。     

国外部分长距离混输管道调研

本文介绍了北海油气田生产中三条长距离天然气／凝析液混输管道、澳大利亚西北大陆架管。澳大利亚Ｓｉｌｖｅｒ Ｓｐｒｉｎｇｓ两相流管道，澳大利亚南部Ｍａｒｌｉｎ、Ｂａｒｒａｃｏｕｔａ的湿天然气管道和美国墨西哥湾ＭＯＰＳ管道等长距离油气混输管道的基本情况，及其管理和液塞处理的方法。     

甘醇在天然气管道中相变过程的计算

本文是荷兰化学博士 Lammers 在1990年10月,欧州油气会议上发表的论文。提出了向输送含 CO_2的湿天然气管道中注入甘醇来减缓管道腐蚀的新方法。文中详细介绍了甘醇在管道中相变过程的计算方法,从计算原理、传质效应、扩散准则到生产方案都有详细说明,并有计算方法和方程式。对了解这种防腐方法和实际应用有一定的参考价值。在管道中输送含 CO_2的湿天然气,需要用特殊的方法来防止管壁腐蚀。一种较新的方法是注入甘醇,水相中甘醇的存在能减缓管道的腐蚀。已经找到一种计算甘醇在含CO_2的湿天然气管道中相变过程的方法。管道中甘醇-水冷凝液的组成是确定腐蚀速率的关键。天然气冷凝液对管道底部液态甘醇-水和气相之间的传质的影响用两个扩散准则来解决。挪威海岸 Troll 平台和 Troll 海上加工厂之间的66km 长的 DN900天然气干线系统运行时,管道内甘醇-水的组成是不同的。     

海底混输管道清管过程的数值模拟研究

以锦州202和番禺惠州海底混输管道为例,利用目前国际上先进的OLGA2000多相流瞬态流动模拟软件,对海底混输管道清管过程中流体瞬态流动规律进行了研究;重点研究了清管球在不同管段的运动速度及其相互间的关系,清管前后管道中总持液量的变化规律,清管过程中管道沿线各点压力、终端流型及终端液体流量的变化规律等,以期为今后海底混输管道清管过程的理论和试验模拟研究以及现场清管操作提供指导。     

适用于超临界CO_2管道输送的水力模型及特性研究

以稳定流的连续性方程、运动方程及能量方程为基础,结合PR方程拟合得到的密度表达式建立了超临界二氧化碳(CO_2)的水力计算模型。对国内外推荐模型及本文建立的模型进行计算比较,优选出适合于超临界二氧化碳的水力计算模型。通过对该水力模型进行分析得出结论:增大管径可以增加输量;同等管长下压气站数量增加1倍,输量可以增加41.4%;输送温度越低,管道输送能力越大;提高起点压力对流量的影响大于降低终点压力对流量的影响。     

多源单汇多批次顺序输送管道调度优化

多源单汇管道系统可用于油田烃液、成品油、原油等的多批次顺序输送,是经济有效的输送模式之一。国内外学者对该种输送模式下批次调度优化做了一些研究,但目前并无模型及算法可以有效解决水力与调度非线性耦合、多源点同时注入的批次界面跟踪等问题。针对多源单汇多批次顺序输送管道,考虑源点外输模式、批次运移、新批次注入、罐存、流量以及水力等约束条件,以运行过程中泵的运行费用、启停泵成本及掺混成本最小作为多目标函数,建立混合整数非线性规划模型(MINLP),并选用优先级算法对模型进行求解。以多源单汇多批次顺序输送油田烃液管道为算例,建立了长期规划模型并求解,计算用时4.58 s,计算结果符合现场操作工艺。     

流体组分及其含量变化对天然气-凝析液混输上岸管道滞液量和压降的影响

利用当前国际上先进的OLGA 2000多相流瞬态流动模拟软件,对辽东湾锦州20-2凝析气田和东海平湖油气田上岸管道天然气凝析液混输状态下流体组分及其含量变化对管道滞液量和压降的影响进行了分析。C7 重组分含量的微小增加会引起管道内滞液量的急剧增大;C6 (或C7 )重组分的存在对管道压降有一定的影响。在天然气管道工艺设计中,应该对流体组分含量变化作敏感性分析。