渤西油田严重段塞流控制措施数值模拟

渤西油田QK18-2平台至QK18-1平台之间的混输海管存在严重段塞流现象,由于段塞的不稳定性,易导致分离器发生溢流造成危险。采用OLGA软件对两平台之间的海底管道模拟计算得知,立管底部压力和管道出口瞬时液体质量流量发生剧烈的波动。为了防止严重段塞流危害管道及管道下游的工艺设备,分别对顶部节流法、多相泵增压法、气举法3种控制措施进行数值模拟,结果表明:3种方法均能很好地抑制严重段塞流。当节流阀开度为3%、多相泵安装在立管底部且增压为0.5 MPa、注气量为5 kg/s时,海管严重段塞流完全消除。综合考虑,最终推荐采用顶部节流法,建议节流阀开度为10%,以此有效地指导了渤西油田段塞流控制的工程实践。     

深水海管并联集输系统段塞联合接收技术

深水油气开发中通常采取多条混输海管分别由不同水下生产系统回接至同一中心平台处理,不同海管的运行状态不同,清管、停输再启动或增加输量等瞬态操作将会产生体积巨大的段塞,影响平台上部流程运行。根据段塞缓冲体积计算公式,针对2种深水海管并联集输系统,从流动保障角度提出了段塞联合接收策略:优化段塞接收方式,将平台上部所有段塞接收设备联合起来,配合工艺流程调节,共同应对某一条海管的严重段塞流工况;或优化组合各海管运行状态,合理规划海管系统操作参数、步骤和时机,从而减少海管系统总体段塞缓冲体积。以某深水气田为例,对比了应用该技术前后段塞缓冲体积及段塞接收设备尺寸的变化,结果表明:在保障段塞流安全平稳接收的前提下,段塞联合接收技术可大大节省平台空间和工程投资。     

空气-水立管系统的严重段塞流瞬态数学模型

严重段塞流形成时,空气-水立管系统的压力和管内瞬时流量等参数大幅波动,不仅对下游设备造成冲击,而且容易导致管道剧烈振动等危害,准确计算严重段塞流瞬态流动参数是评估其危害的基础。基于气体、液体连续性方程与混合动量方程建立严重段塞流瞬态数学模型,详述数值积分方法,对立管试验装置中的严重段塞流现象进行数值模拟,并对模拟结果进行了验证。数值积分中,采用向后欧拉格式进行预报,梯形法校正;采用变时间步长以提高计算效率且保证精度;开展室内试验,并将严重段塞流循环周期、立管底部压力的试验结果与模拟结果进行了对比;将气、液流速和含气率等瞬态流动参数的模拟值与Fluent软件的计算结果进行了对比。结果表明:该数学模型和数值方法能够较好地计算典型严重段塞流的瞬态流动参数,有利于严重段塞流危害的准确评估。     

海底油气混输管道严重段塞流的问题分析

对海洋平台油气混输管道易发生段塞流的问题进行了分析,给出了工程中预测严重段塞流发生的经验公式以及控制严重段塞流发生的几种常用控制措施,并在自供气举法的基础上提出采用改进调节注气量的方式可实现对强烈段塞流的有效控制.     

原油海底管道掺气混输的可行性研究

利用OLGA2000多相流非稳态模拟软件,对LD10-1CEP至陆地终端的海底输油管道每天增输5×104m3天然气的工艺可行性进行了研究,计算结果表明,应用油气混输工艺是可行的,虽然管道中会出现段塞流,但并不严重,仅需在终端设置一个分离器或段塞流捕集器即可控制段塞流。经过计算,分离器的理论最小容积为33.76m3,在安全系数为1.5时,分离器的容积为50.63m3。     

立管严重段塞流的一维数值计算与试验对比

针对海洋立管的严重段塞流现象,在等温条件下,采用特征线法,根据下倾管和立管中的气液相连续性方程和动量守恒方程,以及严重段塞流的4个不同阶段的特点,考虑气相的压缩性,分别建立了4个阶段相应的瞬态流动模型,进而得到了准平衡态的一维立管系统严重段塞流物理模型。将模型计算结果和立管试验数据进行对比,结果表明:计算得到的段塞周期和立管底部压力等特征参数与试验数据吻合较好。     

改进的段塞流特性参数理论计算模型

段塞流特性参数的计算是油气混输管道工艺计算的基础。诸多研究成果表明，用平衡液膜简化法计算段塞流流动参数，其计算结果明显比试验数据的偏差大。在液膜高度渐变物理模型的基础上，用两相流水力学方程，推导了一个段塞流液膜区完全耦合的流动参数计算模型。在计算液塞区参数时，采用了一组综合流体物性、倾角、管径等因素的经验计算式，其中部分关系式经过Tulsa大学TUFFP数据资料分析，与现有半经验半理论的计算式相比，统计误差较小，准确度较高。利用改进的计算模型对某油田一段混输管道的段塞流特性参数进行了预测。     

立管顶部节流法控制海管清管段塞的适应性

将新油气区块通过新建海底管道回接至已建处理设施,采用立管顶部节流法控制新建海底管道清管段塞存在很多限制因素,研究海管立管顶部节流法对提高已有设施的适应性尤为重要。通过OLGA软件动态模拟海管清管作业,对比了顶部节流对清管参数的影响,分析了节流阀开度、清管气体流量对清管段塞缓冲体积的影响规律。结果表明:节流阀开度越小,管道系统憋压越严重,节流阀前后压差及出口立管底部压力越大,清管段塞缓冲体积越小;清管段塞缓冲体积随节流阀等效开度的减小并非线性减小,节流阀需要达到某等效开度及以下才能达到较好效果;延长阀门动作时间可以减缓节流阀开启时造成的海管气塞;清管气体流量越小,清管段塞缓冲体积、节流阀前后压差及出口立管底部压力越小。研究结果为海洋油气混输管道的安全输送、清管作业的顺利完成提供了技术支持。     

基于向量式有限元方法的长输海底管道不平整度分析

海管不平整度分析是悬跨海管设计、施工和运行维护过程中的重要环节。基于向量式有限元方法,提出了一种海管不平整度分析新方法。该方法采用UWAPIPE模型模拟管土耦合作用,采用基于区域分解的MPI并行技术以提高计算效率。对我国南海一段经过沙波区的海管进行不平整度分析,得到了海管位形、悬跨状态以及管道内弯矩分布,模拟结果与水下机器人(ROV)调查结果吻合良好。在此基础上,基于大量悬跨数据的统计分析,给出了不同工况对悬跨长度和高度的影响。模拟了危险悬跨海管开挖治理后的状态,结果表明开挖治理不仅能够有效消除悬跨,同时能够大大减小管道内弯矩分布。相关方法可用于海底长输管道的安全预警。     

油气管道试压水排放试验系统

介绍了自主新建油气管道现场试压排水工艺的原理,设计和建造了国内首套油气管道试压水排放试验系统。该系统可用于模拟新建油气管道水试压后的排水过程,能够选用不同缓冲罐储气压力、流量、试压水含气量、排水管口径进行试验,从而为研究试压排水过程中相关参数对排水压力的影响提供了试验手段。为了确保试验的准确性,对整个试验系统包括试验管道和相关设备进行调试,然后再进行试压排水试验。该试验系统的观测段采用高速摄像记录管内流体的流动状态及清管器的运动情况。试验结果表明:在进行注气推球排水的两相清管试验时,管道末端会出现压力脉冲现象。     

昌吉油田冷采稠油回掺热水集输特性

为适应注水冷采稠油地面集输要求,昌吉油田下设吉7井区采用了回掺热水集输工艺。随着产能建设规模的不断扩大,吉7井区出现了油井掺水温度和压力较低、掺水量过大等问题。通过统计现场相关生产数据,分析了油井掺水量的主要影响因素,计算了回掺热水集输过程中的热力损失,并进行了部分油井的停掺热水试验。结果表明:油井回掺水量主要受油井集输管长影响;掺水集输管道的保温效果较差,热力损失较为严重;在停掺热水集输过程中,井口采出液存在较明显的段塞流,极易造成油井采出液集输困难。研究成果可为昌吉油田冷采稠油的现场管理和工艺优化提供理论指导。(图7,表1,参20)     

海洋立管气液两相流动模拟研究进展

随着海洋石油工业的发展,从20世纪70年代的浅海立管到21世纪的深海立管,海洋管道发展了多种新的形式,如悬链线立管、S形立管等。对于各种混输立管系统,严重段塞流等不稳定流动会造成设备损坏,严重影响安全生产。因此,实现立管流动的准确模拟,通过合理设计和科学运行控制、消除严重段塞流,具有重要意义。综述了国内外海洋混输立管流动模拟的研究成果,包括L形立管和柔性立管的实验研究、模型模拟及软件模拟的主要进展。指出了当前研究中存在的问题及未来的研究方向,可为进一步开展立管流动模拟研究提供参考。     

高压高含量二氧化碳气田井口管道设计

为了解决高压高含量二氧化碳气田井口管道设计的难题,将ASME B31.3-2012,API 6A-2010和ASTM A182-2004、ASTM A453-2000、ASTM A194-2000、ASTM A790-2000、ASTM A815-2001标准相结合,得出高压高含量二氧化碳气田井口管道的设计思路和方法:采用双相不锈钢管道材料,所有大尺寸管道均采用焊接方式且不允许在线开孔,所有小管道分支采用数据法兰连接,根据材料的屈服强度校核管道水压强度试验压力。将该方法应用于中国南海东方1-1气田WHPF平台井口管道的设计,目前该气田井口管道运行良好。研究成果有助于海上和陆地高压高含量二氧化碳油气田的开发,且可以更好地规范油气集输管道的建设,提高石油工程的安全可靠性。     

挡条四通在高压油气管道改造中的应用

传统的不停输开孔封堵工艺进行管道改造引出旁通支管时,存在工艺复杂、耗费时间长、管道介质放空造成环境污染等问题.因此,对原开孔封堵引支管施工工艺进行优化,研制开发出一种在役管道快速引支管工艺及装备.将三通法兰与三通管件焊接后再与护板焊接,形成集开孔、引管为一体的挡条四通,然后在挡条四通上引出支管道,实现了高压输油气在役管道引支管作业.该技术已经成功运用到西气东输轮南压气站改造工程、定远站管道改造工程、成都-德阳输气管道等改造工程中,满足了高压油气管道引支管的要求,为管道改造提供了一套更加经济可行的引支管工艺.     

气量增加段塞流场中压力波传播特性分析

利用改进后的段塞流跟踪模型对水平管道气量瞬变空气-水段塞流场中的压力波传播特性进行了模拟研究,分析了压力波沿管道的变化规律以及入口初始液相流量和气相流量的变化量对压力波速的影响,并将模型模拟结果与大型多相流试验环道上的试验结果进行了比较.结果表明,该模型能够有效地模拟气量瞬变段塞流场中压力波的传播特性;压力波速沿管道具有衰减特性;气量增加过程中的增压波速沿管道的衰减速率是逐渐降低的.     

管道腐蚀剩余强度评价

基于现场采样管段腐蚀缺陷检测数据和智能检测器现场检测数据,采用TGRC-ARSP软件、TCP-FEM数值分析方法和全尺寸试验方法评价了克拉玛依—乌鲁木齐复线声529×7(8)管道腐蚀剩余强度。对严重腐蚀管段,可采用全部更换或挖坑检测后再进行评价方案,若在最大允许操作压力(3MPa)下,能安全运行则不予更换;对处在四级地区的中度腐蚀管段则需进行全部更换;对处在一级、二级和三级地区的中度腐蚀管段可采取维修和加强阴极保护的措施。改造后的管道可在最大允许操作压力(3MPa)下安全运行,并能满足油改气后对输气量的要求。     

多相流管道声波泄漏检测技术北大核心

目前,油气混输系统中多相流技术的工程应用日益增多,而多相流管道的安全问题相比单相介质管道复杂很多。基于声波传感技术具有频率范围宽、传播距离长、易识别等优点,将声波传感技术应用于多相流介质两相流管道。通过泄漏前后动态压力信号最大均值和最大均方值波动值变化,判断流型、流量、泄漏方位、泄漏孔径这几种因素变化对泄漏信号的影响。通过理论分析建立了分层光滑流、分层波浪流、段塞流稳定流动过程中动态压力波动幅值与气液流量关系模型,用于确定各流型下稳定流动背景噪声幅值波动,为气液两相流管道泄漏声波检测技术的实现奠定了基础。     

废弃油气管道处置的注浆技术

管道注浆是废弃管道安全环保处置过程中的必要措施,注浆材料试验测试、关键注浆设备对比、注浆方法现场应用试验对于解决不同环境条件下油气管道的注浆问题尤为重要。研究结果表明:纯水泥、水泥-粉煤灰、水泥-黏土、水泥-粉土4类注浆材料具有价格便宜、获取便利、环保等特点,通过不同添加剂的调配可满足不同环境条件下管道注浆的需要;油气管道注浆宜采用往复泵,浆料搅拌可根据需要选择浆式、推进式或涡轮式搅拌器;纯压力注浆方法可解决短距离管道一次性注浆问题,而真空辅助压力注浆方法可实现长距离注浆;油气管道长距离快速注浆宜采用多台泵、移动浆液缓冲池,并可通过对浆液固化后的强度、结石率指标以及浆液注入总量的控制,保障最终注浆效果。     

海底长输管道修复RTP管穿插牵引力计算模型

针对海底长输油气管道走向曲折多变,弯头多且曲率大,同时受平台作业空间和动力供应等限制,修复工程成本和技术风险迅速攀升的问题,研制了抗拉型RTP管,其是在具有高柔特性的芳纶增强热塑料复合管（RTP管）的基础上,增设了芳纶抗拉复合层,从而具有弯曲刚度小、径向刚度大、抗拉能力强、质量轻、耐磨损、承压高、安全可靠等优点。以抗拉型RTP管穿插海底长输油气管道为研究对象,通过理论推导和试验验证,提出了RTP管穿插海底长输油气管道牵引力计算模型,该模型运用于马来西亚石油公司海洋油气田17km长输管道穿插修复工程,获得了令人满意的效果。（图6,表2,参6）     

油气管道项目经济效益的影响因素

基于油气管道项目的技术经济特性和后评价实践经验,结合因果分析法和层次分析法相关理论,识别分析了影响油气管道项目经济效益的影响因素,建立了影响因素关系模型,提出了油气管道项目经济效益提升和后续管道项目建设过程中需要注意的问题。研究表明:影响油气管道项目投资和经济效益的主要因素包括价格、输油(气)量、地区发展状况、运行成本、财税政策等,管输量和管输价格是影响管输收入的直接因素,低输量、高成本运营是制约管输企业发展和经济效益提升的根本原因。通过梳理输油(气)规模、资源配置、管输价格、市场发育之间的关系,找出了关键影响因素,旨在为提高油气管道项目经济效益提供对策与建议。