金县1—1油田至锦州25-1南油田油气混输管道段塞流模拟分析-论文.pdf

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1、55卷增刊1中国造船Vo1．55Special12014年4月SflIPBUILDINGOFCHINAApr．2014文章编号：1000—4882(2014)S1—0008—08金县1—1油田至锦州25．1南油田油气混输管道段塞流模拟分析戴国华，万春鹏，谢英(1．锦州25—1南油气田开发项目组，天津300452；2．西南石油大学，成都610500)摘要论文采用目前国内外先进的OLGA动态模拟软件，对金县1．1油田CEPA平台至锦州25一l南CEP平台油气混输管道进行了段塞流模拟分析，分别模拟了油田ODP配产输量工况和油田开采后期油气产量下降工况的管道出口压力、温度，立管底部压力

2、，出口油的质量流量，天然气的质量流量、流型、持液率，累积液体流量，以及管道沿线的流型，油气的质量流量、持液率等随时问的变化。通过分析模拟结果，认为在油田ODP配产输量工况下，管道中没有产生严重段塞流工况；而在油田开采后期，油气产量下降，流速降低，出现了严重的段塞流现象，并将对管道下游设备产生严重影响，需要采取措施控制管道中的严重段塞流。关键词：油气混输管道；严重段塞流；OLGA；压力；流型；持液率0引言金县1一lCEPA至锦州25—1S管道是一条海底油气混输管道，由海底管线和连接海洋平台的垂直管段组成。这种管道系统，通常存在两种不同的段塞流型，一种是正常段塞流，另一种是严重段塞

3、流。正常段塞流是在油气流速较大时产生，当油气流速较低时，可能产生严重段塞流，从而引起管道中较大的压力和流量波动，造成对管道的冲击和振动损坏；同时，当段塞流体的体积超过下游处理设备的容量时，将影响正常生产，严重时会导致停产。因此，必须对海底管道进行严重段塞流的模拟分析，判断海底管道是否会形成严重段塞流；若形成，则需采取适合的段塞流防止措施，保证管道的安全运行，以指导管道的运行管理。Schmidt等人，在小型模拟装置中研究段塞流时发现，严重段塞流现象在以下三种流动状态下产生，并同时在系统中存在。第一种情况：在段塞形成过程中，管线内液体的流动型态有助于液体完全堵塞立管底部而气体被阻挡

4、在管道中，因而液体中断了向立管的流动。第二种情况：由于液体在立管和管道中聚积引起立管底部压力恢复量比管道中由于上游平台注气引起的压力恢复量大。第三种情况：立管中流动不稳定。严重段塞流的产生周期可分为四个阶段。第一阶段是“段塞产生”，液体不再受到气体举升而是开始回落；当压力增加时，气体在管道中聚积，立管中充满液体，气体流量很小。第二阶段是“段塞形成”阶段；液面到达立管出口，管道中形成液塞直到气体开始进入立管。第三阶段是“气体进入立管”阶段，当气体再次进入立管，会导致静水压力减小、气体流量增加。第四阶段是“气体流出立管”阶段，立管底部的气体到达立管顶部，压力出现最小值，液体不再受到

5、气体举升，液体回落，新的周期开始lJJ。关于段塞流的模拟，目前主要有PIPESIM、PIPEFLO、PIPEPHASE、OLGA等软件，PIPESIM软件中有模拟段塞用的Norris相关式、Scott相关式、Shoham相关式和Brill相关式，模拟严重段塞55卷增刊1戴国华，等：金县l一1油田至锦州25—1南油田油气混输管道段塞流模拟分析9特性用的Potts相关式。PIPEFLO软件中有预测立管严重段塞用的Potts和Fuchs相关式。PIPEPHASE软件中有计算段塞长度的Brill相关式和模拟严重段塞的Potts相关式。OLGA软件则是唯一不同的多相流模拟软件，它可以实现

6、对段塞的动态跟踪模拟，是目前国内外公认的多相流管道段塞流模拟软件。l管道结构及输送介质参数金县1．1CEPA至锦州25—1南CEP平台油气混输管道，将金县l一1CEPA平台和金县1—1WHPB平台上的合格原油以及多余的天然气输送至锦州25—1南CEP平台，并与该平台合格原油混合；然后，再依托锦州25—1南上岸管线输送至绥中36—1终端。管线长度为29．7km，使用双层保温管结构，如图l所示。内径为323．9Im×14．3113．1T1，外径为457．2mmx12．7mm，采用聚氨酯泡沫保温，保温层厚度50mm，管道设计压力为10900kPaG，最大操作压力为7000kPaG。图

7、1双层保温管截面示意图金县l—ICEPA、WHPB天然气组分如表1所示，金县1-1WHPB混合原油20~C的密度为961．0kg／m3，反常点为10~C，净化油的粘、温度数据如表2所示。表1天然气组分(％)2管道段塞流模拟与分析采用先进的非稳态多相流模拟软件OLGA2000模拟海管的段塞流工况，模拟条件为：管道总传热系数为0．9W／rn2K，管道埋深处的最高温度2O℃(夏季)，埋深处的最低温度4．0℃(冬季)，管道入口流体温度为7O℃，最大入口压力为7000kPaA，管道出口要求的最低压力为