分流型管汇偏流现象的数值模拟研究

油气田集输系统中,管汇主要用于收集各井口采出物,并将其输送至油气处理设施。油气集输管汇各出口管路流量分配不均的现象严重影响了下游油气处理设施运行的经济性与安全性。针对分流型管汇,分别选取空气和空气-水为流动介质,给定不同的气相折算速度v_(sg)和液相折算速度v_(sl),基于FLUENT仿真软件研究管汇流量分配规律和偏流成因。FLUENT模拟结果表明,无论是单相流还是气液两相流,分流型管汇都会出现偏流。大多数工况下,来流由气相转变为气-液两相后,管汇气相偏流程度均会加重。当v_(sg)较小时,气相中引入液相,在液相携带下,更多的气相将进入分流管,使得管汇气相偏流程度降低。经分析可知,造成管汇偏流的主要原因有惯性力的作用、涡流的影响和压力分布不一致。随着v_(sg)或者v_(sl)增加,流体受到的惯性力增加,管汇气相、液相偏流程度均会加重。通过对分流型管汇流量分配情况的数值模拟分析,可为设计高效、经济的油气集输管汇几何结构提供依据。     

水平分支型集输管汇偏流程度数值模拟研究北大核心CSCD

以水平分支型集输管汇为研究对象,选用FLUENT作为模拟软件分析了管汇入口来流气相折算速度、液相折算速度对水平双出口与水平四出口管汇偏流程度的影响规律,并开展了水平双出口分支型管汇偏流敏感性分析。结果表明,如果管汇几何结构完全对称且各出口压力相同,那么双出口管汇内各分支管的流量将会均匀分配,而四出口管汇则会出现偏流。2个分支管长度存在较小偏差对水平双出口分支型管汇偏流的影响可以忽略不计;实际生产中双出口分支型管汇偏流的主要原因为各分支管出口压力不一致和当量管径不一致,当两个分支管出口压力偏差恒定时,存在着决定管汇偏流严重程度的临界气液比;若来流气液比小于该临界值,则管汇偏流程度通常在可接受范围内。为控制由分支管管径偏差引起的偏流,建议首先可以考虑调节来流气液比,其次考虑清管处理。本文研究成果可为控制集输管汇偏流程度提供依据。     

深水油气田水下生产系统双管输送流动安全研究——以流花21-2油田为例北大核心CSCD

深水油气田水下生产系统采用双管输送,海管路由和立管构型的不同、管汇生产井布置、各井产量的差异、流体物性及流型等因素都可能导致两侧管道输量分配不均,给管道安全流动带来风险。以流花21-2油田水下生产系统双管输送为例,采用OLGA软件建立了从水下井口到FPSO分离器的双管输送模型,分析了双管输送偏流和段塞流形成的原因,并对提高管道运行背压、压力与液位高选控制以及管道出口温差控制等3项措施对偏流和段塞流的控制效果进行了对比分析。结果表明:对气油比较低的油气田,提高管道运行背压可消除段塞流,但偏流仍严重;采用压力和液位高选控制,可有效减弱偏流和消除段塞流,气、液偏流率分别降至6.3%、9.6%,且管道输送系统和分离器运行稳定;而采用出口温差控制,对偏流和段塞流控制效果不佳。因此,流花21-2油田最终采用了压力和液位高选控制措施对该油田双管输送进行控制。本文研究为类似油气田双管输送工程设计和生产操作提供了借鉴。     

中俄东线天然气管道黑河首站计量系统管汇偏流分析

中俄东线天然气管道是目前国内输气量最大的跨国输气管道,黑河首站是该管道在我国境内的首座站场,设有跨国天然气贸易计量比对设施。该设施含有多路计量支路,各计量支路的流量分配不均,有可能影响计量结果的可靠性与准确性。为了避免黑河首站计量系统管汇的偏流问题,采用有限元的方法,对该计量系统进行了流场分析和模拟。研究结果表明:①基于有限元模拟进行计量系统管汇安装方案设计,较之于工程上通过各支路沿程摩阻平衡来避免偏流的设计方法,提升了设计的精细度和可信度;②黑河首站在设计工况下,"同侧进出"安装形式能更有效地避免计量系统管汇偏流现象,刷新了多支路管汇常采用"异侧进出"安装形式避免偏流的认知经验;③不同备用支路选择会对偏流效果产生影响,黑河首站"同侧进出"的安装形式中,第1、2支路备用时,偏流量最小;④基于分析结果确定了黑河首站计量系统的安装形式及推荐运行方案。结论认为,该研究成果有助于确保黑河首站比对计量系统的准确性、保障供需双方的经济利益,还可以为其他跨国天然气贸易计量比对系统管汇偏流问题的解决提供借鉴。     

中俄东线天然气管道黑河首站计量系统管汇偏流分析

中俄东线天然气管道是目前国内输气量最大的跨国输气管道,黑河首站是该管道在我国境内的首座站场,设有跨国天然气贸易计量比对设施。该设施含有多路计量支路,各计量支路的流量分配不均,有可能影响计量结果的可靠性与准确性。为了避免黑河首站计量系统管汇的偏流问题,采用有限元的方法,对该计量系统进行了流场分析和模拟。研究结果表明：①基于有限元模拟进行计量系统管汇安装方案设计,较之于工程上通过各支路沿程摩阻平衡来避免偏流的设计方法,提升了设计的精细度和可信度;②黑河首站在设计工况下,“同侧进出”安装形式能更有效地避免计量系统管汇偏流现象,刷新了多支路管汇常采用“异侧进出”安装形式避免偏流的认知经验;③不同备用支路选择会对偏流效果产生影响,黑河首站“同侧进出”的安装形式中,第1、2支路备用时,偏流量最小;④基于分析结果确定了黑河首站计量系统的安装形式及推荐运行方案。结论认为,该研究成果有助于确保黑河首站比对计量系统的准确性、保障供需双方的经济利益,还可以为其他跨国天然气贸易计量比对系统管汇偏流问题的解决提供借鉴。     

深水油气田水下生产系统双管输送流动安全研究 ——以流花21-2油田为例

深水油气田水下生产系统采用双管输送,海管路由和立管构型的不同、管汇生产井布置、各井产量的差异、流体物性及流型等因素都可能导致两侧管道输量分配不均,给管道安全流动带来风险.以流花21-2油田水下生产系统双管输送为例,采用OLGA软件建立了从水下井口到FPSO分离器的双管输送模型,分析了双管输送偏流和段塞流形成的原因,并对...     

气液两相状态下的凝析气井产能评价新方法

凝析气藏地层中产生油气两相渗流后,对气井的产能测试数据进行分析时,常出现二项式产能方程的系数B为负数的异常情况,难以有效评价气井的产能,进而影响对气井生产动态的准确预测。为此,基于拟单相渗流方程和油气两相渗流方程,在气井的流动达到拟稳定阶段后,建立了拟单相稳定点产能评价方法(以下简称为拟单相法)和气液两相稳定点产能评价方法(以下简称为气液两相法);采用塔里木盆地牙哈气田的基础参数,应用新建立的产能评价方法计算气井在生产气油比相同、地层压力在露点压力以上及以下时的无阻流量;针对牙哈、塔中Ⅰ号、千米桥潜山、迪那2等4个凝析气田,应用新建立的产能评价方法计算凝析气井在不同生产气油比情形下的无阻流量,并选取典型井进行对比分析。结果表明:(1)采用新建立的产能评价方法可以避免因地层中油气两相流的产生导致经典产能评价方法无法计算凝析气井无阻流量的情况;(2)当地层压力高于露点压力时,地层流体以单相流体为主,可以采用拟单相法;(3)当地层压力低于露点压力,地层中出现油气两相流动时,应采用气液两相法;(4)随着生产气油比增大,采用拟单相法和气液两相法计算的无阻流量的差异逐渐减小;(5)对于凝析油含量较高、生产气油比较低的凝析气井而言,采用气液两相法计算的无阻流量更加可靠。     

煤层气地面集输管道积液预判分析

由于煤层气地层压力低,整个地面集输系统需采取低压集气方案,因此地面集输管线中压降尤为重要。管道积液是管线压降不可忽视的因素,结合煤层气集输管线中低压力、低液量、高流速的流动特点,选择倾斜管段中Beggs-Brill气液两相流关系式,对地面起伏管线中的持液率进行分析。通过计算不同管径、不同产水量工况下管线中的流型变化及持液率变化,预判管线积液情况,指导煤层气管线排液设计,这对煤层气地面集输设计及生产运行管理具有实质性参考意义。     

深水井简气液两相流传热规律实验研究

根据深水油气开发中面临的低温及复杂第3类边界条件特点,设计并建立了模拟深水油气传热实验系统,进行了大量室内实验,得到深水低温第3类边界条件下的时流换热关系式及气液流量对气液两相流各流型传热的影响,结果表明:层流下所得关系式与常温简单边界条件下的对流换热关系式相差较大,紊流时基本一致;在泡状流、段塞流和环状流下液相流量是影响传热的主要因素,而搅拌流下气液两相流量对传热影响都很小.研究结果为海洋深水油气开采工艺参数设计提供依据.     

地形起伏对凝析气集输管道工况的影响

地形起伏不均是造成凝析气单管气液混输管道生产不稳定的一个重要因素。为了了解地形起伏对凝析气单管气液混输管内流体压力、温度、持液率、持液量、流体流型、天然气水合物形成情况等的具体影响,借助于PIPEPHASE工艺流程模拟软件,选用由组分热物性模型、BWRST状态方程及MBE水力学模型共同构成的经验组合模型,以某凝析气田的一个集输管网系统为研究对象,模拟计算和分析了不同程度地形起伏下凝析气管网运行工况的变化情况。分析结果表明,管内流体压力、持液率的波动幅度以及管路总压降均随着地形起伏程度的增加而增大,但管路沿程温降和总持液量受地形起伏的影响较小;此外,地形起伏还容易导致管内流体流型出现不稳定情况,也易使管内形成天然气水合物,且地形起伏程度越大,天然气水合物生成的可能性就越大。该分析结果对地形起伏地区凝析气集输管道的工艺设计和生产运行管理具有一定的指导作用。     

中原油田中高含水期油气常温输送技术研究与应用

本文针对中原油田进入中高含水期后油气集输常温输送问题进杆了探讨，从理论上研究了中高含水期温度、油气比、粘度、含水率、输量和管道的几何尺寸等因素对管运输送压降△P的影响，对比验证了中原油田气液两相流动计算压降的经验公式，为油气集输常温输送提供了理论依据。通过现场的实际应用，提出了在不同含水范围内的集输方式，从节能降耗方面提出了中高含水期“端点站加药，管道破乳，常温输送，低温脱水”的一条龙处理工艺。     

基于大数据的油气集输系统生产能耗时序预测模型

针对集输系统组成关系多、系统行为复杂、子系统之间以及系统与环境之间的关联程度高、耦合性强、易产生故障和能耗高等特点,基于油气集输生产过程中积累的温度、压力、流量、设备工作制度、能耗等海量数据,建立了集输数据粒度模型,实现了基于热能利用率、单位液量能耗等多目标、多变量时序的集输系统生产能耗预测。针对不同时间粒度（如日、月、年等）、不同空间粒度（如井组、区块、油田等）、不同集输方式粒度（如单相输、油-气-水混输）,建立了多变量时序混沌能耗预测模型;构造了粒关联规则模式挖掘算法。以大港油田A集输系统为例,研究了集输生产系统的能耗因素粒之间的关联关系;预测了集输生产参数调整对系统未来能耗变化,获得集输系统效率和能耗的预警。     

高含硫气田湿气集输管道冲蚀风险预测研究

通过对普光气田集输管道现场检测发现,管道多处发生明显的冲刷腐蚀,造成壁厚减薄。基于湿气集输管流流体动力学数值模型,开展气液两相冲蚀风险预测与评价研究。结果表明,普光气田集输管道气液相交界面上剪切应力较大,易发生冲蚀;上倾管段为段塞流流型,其下部管底区域剪切应力较大,流动腐蚀风险较高,是腐蚀监测的重点区域;集气站内集输管道环形障碍物后、分流支管入口、接管两侧及管汇主管中下部区域冲蚀风险高。研究结果为普光气田集输管道腐蚀监测与控制及安全管理提供了技术参考。     

具有增压灌注功能压裂用管汇车的研制

为了满足页岩油气等非常规能源开发而进行的工厂化大规模压裂工况的需要,研制一种具有增压灌注功能的压裂用管汇车。该车是在现有管汇车基础上对低压管汇增设增压灌注系统和控制系统,可根据工况选择是否启动灌注系统。在满足现有管汇车的功能和性能基础上,同时具备增压灌注功能,可以充分地为压裂车供液,既解决压裂泵空吸现象,提高了压裂质量,又保证了设备运行安全。     

钻遇多压力系统气层溢漏同存规律研究

钻遇多压力系统气层,多个不同地层压力系数的漏层、喷层常同存于一个裸眼中,钻进过程极易发生溢漏同存的复杂情况。目前国内外对多压力系统气层溢漏同存的研究,往往局限于现场堵漏压井处理工艺技术。文中阐述了多压力系统气层溢漏同存时的物理规律,并根据井筒环空多相流的理论建立了数学模型,系统总结了气液两相流型转换准则和不同流型的压降计算公式,得出了不同工况下多压力系统气层溢漏同存时的井筒环空压力曲线,以及气液两相流型沿井深的分布。计算结果表明:溢漏同存时井筒环空压力迅速下降,溢流态势更加严重;井筒环空的液体流量急剧减少,气体迅速向上滑脱和运移,导致气液两相流型分布变化较大,模拟结果对现场溢漏同存处理技术具有重要的指导意义。     

基于实验研究的油气钻采水平两相流管道泄漏声发射检测

气液两相流管道在油气钻采、运输中应用广泛,但对其泄漏检测的研究较少.本文通过搭建水平气液两相流泄漏实验系统,利用声发射(AE)检测原理对气体压力、流型、泄漏孔径、泄漏位置等因素对泄漏声发射信号的影响进行了实验研究,提出通过经验模态分解(EMD)去噪并用小波包分解(WPD)提取声发射信号特征输入BP神经网络进行泄漏存在性...     

充气控压钻井气液两相流流型研究

充气控压钻井是在充气欠平衡钻井技术的基础上发展起来的、针对具有窄安全密度窗口地层的一种钻井新技术。本研究将多相流体流动简化为气液两相流动,建立了充气控压钻井循环系统的物理模型,系统地总结和对比了气液两相流流型转换准则、压降计算模型,通过大量的模拟实验,验证、修正了常规气液两相流流型判别准则和压降模型,得出适用于充气钻井的压降计算模型。通过流型敏感因素分析,得出气液比、地面回压、流道的几何形状是流型主要影响因素,该研究结果为充气控压钻井的压力控制提供了理论依据。     

油气两相流管线内腐蚀速率预测模型的求解

与单相输送管道相比，油气混输管道的内壁腐蚀要严重得多。其内壁腐蚀会影响输送效率、设备安全和管道的可靠性。在大量文献调研的基础上，根据集输管道的内腐蚀工况，研究了油气两相流管道内腐蚀的腐蚀机理及影响腐蚀速率的因素，求解了油气两相流腐蚀速率预测模型。通过算侧分析表明，混输管道的内腐蚀与流型有关，在段塞流流型下所对应的油气两相流管道腐蚀最为严重。     

三相分离器应用中的问题及对策

萨北开发区使用的三相分离器主要有两种形式,分别为带水室三相分离器和无水室三相分离器,两者都是利用油和水的密度差,使用重力沉降原理进行油、气、水的分离。进液偏流问题是由于多台三相分离器共用1条进液汇管,而在汇管中流动的油、气、水三相的相态和流态随压力和管道形态的不同而不断发生变化,无论容器的进液管与汇管如何安装,均无法让油、气、水三相均匀地进入每台容器。为减少每台设备进口的物流差异,在进行管道工艺安装时,采用对称布置管道的方法使流体平均分配到各支管,这不仅使工艺安装外观整齐美观,而且有利于流体介质的均匀分配,充分发挥各个设备的处理能力。     

湿气管道积液的持液率突变行为预测

管道积液会对集输系统的正常运行产生不利的影响,精确的积液预测有助于采取措施以减少积液带来的危害,其中临界气速的计算是湿气管道积液预测的关键。通过公开的实验数据,建立了气液两相流机理模型,采用“最小滑移”作为流型转变准则,该模型可直接计算出不同工况下大直径湿气管道临界气速。研究显示,低液相负荷下分层流的持液率存在多解区域,持液率多解区域左边界对应的气相表观速度与基于“最小滑移”流型转变判别法计算出的积液临界气速几乎一致。利用现有实验数据及OLGA软件对模型进行验证,模型计算临界气速较为准确。计算结果表明：湿气管道的倾角、直径、运行压力及管道中液相负荷都会对临界气速的计算结果产生影响。