多相流实验-消除严重段塞流的方法总结

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1、防止或消除严重段塞流的方法一、引言在海洋汕气开发屮，当海底的混输管线到达海洋平台时，需要与上升管连接。在较低的气液流速下，集输和上升管路组成的系统中会出现称为严重段塞流的特殊有害流型，这种流型给设计和生产带来许多问题，系统压力的剧烈波动和出现长液塞会造成分离器拧制凼难，其至出现生产屮断，同时在深海汕田屮严重段塞流现象会产生很商的背压，对汕藏造成不利影响，甚至出现死井。因此，深入系统地研究严重段塞流的发生机理和流动特征，探索消除严重段塞流的可行方法，是我国海洋油气工业走向深水油田开发过程中急需解决的科学问题。段塞流是混输管道中经常出现的一种流型，其流动特征表现为间歇出现液塞

2、、压力和流量大幅度变化，是典型的不稳定工况。海上汕气田的集输管道多为两相混输管道，其海底水平部分的末端通过立管连接到海洋石汕平台上，水平管道与垂直立管构成了类似半U形管的“下倾管2立管”结构。对于海洋石汕平台，尤其是深海平台的集输管道，这种结构极易引发严重的段塞流，一般称之为“立管严重段塞”或“严重段塞”。当严重段塞发生吋，管内瞬吋液体流量能增大到平均流量的5〜20倍，而气体流量则几乎降为0;当液塞通过后，管内瞬时气体流量同样会激增。管内流量和压力的剧烈波动，往往会迫使下游关闭设备，造成停产，甚至会损坏管道或处理设备。二、消除严重段塞流的方法近年来，随着深海油田的开采，很

3、多研究者对强烈段塞流的消除方法进行了研究，其中Schmidt等人提出了在上升管顶部安装节流装置来消除强烈段塞流；Almeida提出丫在上升管底部的上游适当位置安装文ft利管来消除强烈段塞流；Jansen等人提出了采用气举法来消除强烈段塞流；Johal等人提出安装多相泵来消除强烈段塞流。很明显，前两种方法属于节流法；后两种方法属于扰动发。除此之外，还有气举法、泡沫法以及海洋分离法等。其中目前最常用的方法是节流法，即在立管顶端（出门端）安部安装节流装置。（一）节流法节流法己经被证实是一种能成功消弱或消除强烈段塞流的方法，并被成功应用于汕田的生产之屮。目前，大多数节流装置都安装

4、在立管顶部，称为立管顶部节流法。1.节流法的原理强烈段塞流产生的压力剧烈波动，主要是由超过上升管高度的长液塞的静水压头引起的。因此，耑要将上升管底部出现的新液塞在增长至顶部之前就被排出，为举升刚形成的小液塞，并使其向下游分离器流动，上游管中的压力应高于上升管下游分离器的压力。上升管顶部加节流装賈可增大管道和分离器之间的压差，有利于上升管I々刚形成的小液塞在发展成长液塞之前流出。图1是立管顶部节流装罝。图1立管顶部节流法立管顶部节流法是通过控制管内流量和压力來消除强烈段塞流的，如果节流程度适中可以有效阻止液塞高速喷入分离器，同时背压增加可使管A流体的加速度减小。节流产生的背

5、压的增加量与由于气体甯入立管底部而使液塞产生的加速度成比例。这样，气体可以不断均匀帘入立管底部，最终稳定流动状态。然而，背压过大会使管屮流量下降，因而理想的节流法既要尽量减小立管内的压力水头，又要避免产生过剩的节流背压。当然，在油田实际生产运行中，很难达到这个要求，特别对于深水生产，背压对流量的影响更为严重。所以如果期望通过节流彻底消除强烈段塞流，又不对生产造成负而影响，这在实际生产屮是较难实现的。而适当的节流虽然不能完全消除立管屮强烈段塞流的流动循环，但可在产生较低背压的情况下，使循环波动的严重程度降低到允许的范围内。（二）气举法根据注气点位置及注气方法的不同，可以分为

6、多种方法。其中，最常见的是立管底部气举法和“自身”气举法。此外，还有人提出将注气点改在立管底部与上游管线连接的弯管上游某一位罝，并认为其作用相当于增加上游管内的含气量。1.立管底部气举法立管底部气举法是通过减小立管内液柱的压力水头，使立管内的流体在上游管线中的高压作用下开始流动。图2为立管底部注气举升法，同立管顶部节流法类似。阉2立管底部注气举升法气举法不仅可以消除强烈段塞流，还可以帮助管线停输后再平稳启动，这可以保证一些低压油井连续安全生产。其不足之处是设备比较复杂且费用较高。该设备不仅需要安装具有一定容积的气体容器，还要配备压缩机，注入的气量要远大于管道内的原含气量才

7、能完全消除强烈段塞流，形成稔定流动状态。因而，一般现场很少使用该方法。2.“自身”气举法CcmSarica等人通过理论与试验研究，提出了一种新的消弱或消除强烈段塞流的方案。将上游管内气体通过一条小直径导管导入立管中，该过程不仅能减小立管中的压力水头，还同时降低了上游管线中的压力，这样便会消弱或消除强烈段塞流，使立管中保持稳定流动状态。该方法原理与注气法相同，由于注入的气体来源于上游管线，因而被称为自身气举法。与传统的气举法相比，自身气举法不需配备气体容器、压缩机等设施，大大降低了运行费用，但可能会因为导管较细而发生堵塞或由于导