天然气－凝析液管道研究进展

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1、天然气一凝析液管道研究进展【摘要】湿天然气与干天然气不同，是多元组分的气体混合物，成分以饱和坯组分为主。由于输送过程中沿线温度、压力的变化，凝析和反凝析现象显著，使得天然气-凝析液的管道输送不同于气体或液体的单相输送，其实质是气液混输［1］。国内的一些凝析气田或油出，伴生气从联合站或平台分离器和原油稳定装置生产出来后，接着输送至天然气处理厂。随着压力、温度的降低，在联合站或者平台分离器到天然气处理厂的富气管线内，会有液体凝析，导致此处管段处于多相流动状态。我国早期开发的位于四川地区的气FT1,虽然在井口处设置

2、了分离器，但仍有液体凝析，其部分管线仍处于多相流动状态。【关键词】天然气凝析液管道天然气两相流管线（湿气管线）的工艺计算分为稳态和瞬态模拟两个方1佃。挪威、英国、法国、美国等均在天然气-凝析液混输管路的稳态、瞬态模拟方面进行了系列的理论和试验研究。稳态计算结果是工艺设计的主要依据，稳态模拟是基础。但是正常运行的天然气-凝析液管线，即使没有输量的改变，也会处于清管-积液-清管的操作循坏屮，即从本质上讲,天然气-凝析液的流动常常是不稳定的o天然气-凝析液管道的瞬态模拟计算在90年代取得了重大进展，但模型和算法仍有

3、很大的改进空间。在进行湿气的管道输送时，与输气管道类似，由于焦耳-汤姆逊效应,管道温度在某些位置可能低于环境温度，而重坯凝析液的数量又受沿线温度变化的影响，同时重坯的蒸发或凝析伴随有热效应，进而影响管道的温降。因为凝析气在输送过程中会凝析出液体，导致气液混输，所以其沿线的压降变化也与气体输送管道的压降不同。在凝析气输送屮，随着凝析液在管道内的不断积聚增多，在管道起伏处需耍举升凝析液，从而形成举升凝析液的静压损失，其与沿程摩阻组成了凝析气管道的总压降，其值要远远大于单相气体管道输送的总压降。由于持液率与气体流率

4、有关，所以在低气体流率的状态时，会导致管道压降升高的现象出现。1天然气-凝析液两相管流稳态模拟现状研究对丁•气液两相管流的稳态模拟,主耍是釆用不同的经验相关式进行计算。稳态相关式计算可分为两大类，流型算法和非流型算法：1.1流型算法流型算法主要包括流型划分和判别、持液率和压降计算。不同的流型具冇不同的气液两相流动能量损失机理，所以使得持液率和压降计算公式也不相同。因此，最初的工作是进行流型的判别，再根据流型的类型选择不同的计算相关式。但是，计算相关式大部分是山具体的实验数据进行归纳和总结的，由于实验条件存在差

5、异，各相关式性能也不相同。其中，Xiao&Brill(XB,1990)和Barnea(1987)统一模型是目前世界公认的、具冇较好计算结果的流型判别相关式。目前，大多都采用将各相关式算法的长处相结合，形成组合模型，用于进行气液两相管流的流型判别、持液率和压降计算。比较通用的组合模型有：(a)BB-Moody模型；(b)BB-MB-Eaton模型；(c)XB-Barnea-BB模型。1.2非流型算法非流型算法则不对流型的进行划分和判别，只需要进行持液率和压降的计算。常用方法冇：Duklerll法、Olieman

6、s相关式法和Eaton相关式法。非流型算法同样也适用于组合模型，例如，使用Oliemans相关式计算持液率，用Duklerll法或Eaton相关式计算压降等。一般情况下，组合模型对多相管流的计算结果准确性较高，而在高压、多组分特征的天然气-凝析液混输管道的计算中，组合模型的计算精度却较低。由于影响油气两相管流的因素较多，极大地限制了经验相关式的计算精度和使用范围。伴随着计算机技术的发展，人们开始从气液两相流动机理着手进行瞬态模拟研究。2天然气-凝析液两相管流瞬态模拟现状研究石油天然气工业中管道输送的介质物性较

7、为复杂，同时又受到地形起伏和其它介质(如水、砂、水合物、蜡)的影响，使得石油气液两相管流的研究难度较人。20世纪70年代末以来，相态模型(PhaseBehaviorModel)被引入到天然气-凝析液混输管道的T艺计算Z中，从此相态模型成为凝析液混输管道稳态、瞬态模拟的必备模型。并把相态模型和两相流水力学机理模型耦合求解，使天然气-凝析液混输管道工艺计算的预测水平显著提高了O天然气-凝析液混输管道的稳态计算，如Furukawaetal.(1986)基于两相流的经验相关式，提出两相管流的压降和温降的预测可采用动量

8、方程、能量方程与相态计算模型耦合算法來进行。除此以外，基于相关式模型的PIPEPHASE、PIPEFLO、卩IPESYS等软件，将相态模型和水力学方程耦合，求解从而得到稳态运行条件下天然气-凝析液混输管道沿线压力、温度和持液率的分布规律。计算简单、收敛性较好是基于相关式模型的两相流稳态计算的优点，但是由于相关式有限的适用范围，特别是基于相关式的稳态计算不便推广到瞬态模拟。因此瞬态模拟的必然趋势是研究