管道气顶排空过程的压降计算方法

为了完善机动管道气液两相流的压降计算方法,为管道充气排液的设计提供理论依据,介绍了基于流型的水平管气液两相流压降计算方法,回顾总结了流型的划分方式,提出了流型划分中存在的问题;对均相流模型、飘移流模型、分相流模型进行了对比,介绍了有代表性的和近几年出现的与流型相关的压降计算方法;分析了机动管道充气排液工况中的常见流型以及流型和压降的变化趋势,排空的初始阶段为分层流,排空中间阶段分层流和段塞流同时存在,排空的最后阶段出现短暂的环状流。将排空管道分为纯气体段、气液混合段及纯液体段,建立了不同工况下的压降模型,并提出了机动管道气顶油排空中亟需解决的问题。     

油气水三相流压降理论研究进展

介绍了国内外近20年来油气水三相流压降理论研究的进展,分析了主流的两种三相流压降理论,即基于气液两相流相关式模型的三相压降理论和基于力学模型的三相压降理论,指出了两种压降理论的适用范围和存在的问题,提出了将三相流压降理论的研究同油水反相规律研究相结合的发展思路.     

气体—幂律液体两相水平管流的压降计算

在气体—幂律液体两相水平管流实验研究的基础上,按两相介质分布外形,将气液两相流动的流动型态划分为泡状流、层状流、波状流、团状流、冲击流及环状流,并指出流动型态是决定两相管流压降规律的重要因素,对不同流动型态的流动机理和特点进行了探讨,给出了不同流动型态计算压降的方法,对于层状流与波状流,气液间具有明显的界面,可采用分流模型;对于泡状流,两相间无滑动,可采用均流模型;对于团状流与冲击流,由于流动机理十分复杂,故采用定义无因次压力梯度的方法;对于环状流,通过联立分气相折算系数与洛克哈特—马蒂内利参数求得压降。本方法不仅为油气不加热集输工艺的系统设计提供了可靠的水力计算方法,而且也可以应用于石油、化工等领域。通过与其它计算压降的方法对比,说明本计算方法平均绝对百分误差小、准确度较高。     

水平圆管三相流压降的计算

以气液两相流为基础,依据稳定一维流动的基本方程推导出了水平圆管基于分相流和均相流2种流动模型的三相流压降的计算式,并给出了计算实例,总结出了气相含量与压降的关系,得出了气体质量含量不超过15％时对管道压降影响很小的结论,表明流体流动阻力不因加入气体而增大,从而有利于延长管道排距。     

近海凝析气的管道输送

随着近海油气田的开发,通过海底管道输送凝析气的工程技术也不断发展。凝析气是多元组分的气体混合物,以饱和烃组分为主,在开采、输送过程中的凝析和反凝析现象显著,这使凝析气的管道输送不同于气体或液体的单相输送,其管输方式可分为气液混输、气液分输。气液混输中通常采用气液两相混输,这种混输投资少、工期短,但要解决因凝析液的积聚而降低输送能力及液塞处置等技术问题;密相气体输送是管内单相流动,管道建造和运行费用高。气液分输就是先将凝析气分离,然后将天然气和凝析液分别输送,管内流体均为单相流动,气液分输又可分为双管输送和顺序输送。凝析气管道输送工艺参数中,沿线压降、温降、持液率三者密切相关,互相影响。分析了凝析气输送管道压降、输量和持液率的关系,并指出了预测管路温度下降值是管路安全运行的必要条件。结合东海平湖油气田的开发,通过对气液比、输送压力、管径三者的选择分析,就油气单管混输工艺进行了技术经济评估。     

气液两相流管道内腐蚀失效概率计算方法

气液两相流管道广泛存在于油气开采和集输过程中,确保其安全可靠运行具有重要的理论和工程意义。在所有失效类型中,内腐蚀缺陷是造成气液两相流管道结构失效的主要原因之一。将管道内腐蚀速率预测模型与结构可靠性评价方法相结合,对气液两相流管道进行内腐蚀失效概率计算:针对气液两相流的流动特征,采用流体相平衡模型、气液两相流模型及腐蚀速率预测模型,计算气液两相流管道在不同流型下的内腐蚀速率;基于ASME B31G-1991《腐蚀管道剩余强度评价方法》中推荐的腐蚀缺陷极限状态方程,考虑管道运行和制造中存在的不确定性,并结合腐蚀速率计算结果,采用蒙特卡洛方法计算管道发生小孔泄漏和爆裂的失效概率。将提出的内腐蚀失效概率计算方法应用于某气液两相流管道,结果表明当缺乏有效的内检测数据或实际管输工艺发生变化时,该方法能够有效预测失效概率,保障油气管道输送安全。     

低液量水平管气液分层流摩阻压降的计算

在大型多相流试验环道上进行了空气-水、空气-HVIW150基础油试验,对水平管低液量气液分层流的流动特性进行了研究.选取了ARS模型作为界面形状模型,同时以动量平衡方程为基础,求解了气液两相流的摩阻压降,并将模型预测值与试验所测的摩阻压降作了比较分析,得出了分层流摩阻压降变化的一些规律,在低液量的分层流动中推荐采用ARS界面模型.     

三相流动条件下的油水混合物粘度

利用气液两相流压降规律相关式预测油气水三相流压降的关键是油水混合物粘度的预测。采用即时取样方法,在油气水三相流动条件下,实验测量了流型、气液速、含水率对油水混合物粘度的影响,得到了水平管内油水混合物粘度的变化规律:波浪流的油水混合物粘度大于段塞流,而段塞流的油水混合物粘度大于分层流和气团流。随着折算气速和折算液速的增大,油水混合物的粘度增加。反相前,随着含水率增大,混合物的粘度变化范围增大;反相后,随着含水率增大,油水混合物的粘度降低。随着截面高度的增加,油水混合物的粘度增加。建立相应的计算模型,其计算值与实验测量值相差-24.9%~0.93%,吻合较好。     

水平管气-液两相变质量流的均相流模型

与常规管中气-液两相流动不同,水平管气-液两相变质量流动存在沿程管壁入流.在水平管单相变质量流动试验研究的基础上,考虑了管壁入流对管壁摩阻系数的影响,提出了孔缝管管壁摩阻系数相关式.将气-液两相混合物看作均匀介质,使水平管气-液两相变质量流的均相流模型的基本模型等同于单相变质量流的流动模型,重点研究了气-液两相变质量流均相流模型中流动参数的混合规则,提出了新的气-液两相粘度混合规则.对气-液两相变质量流的均相流模型进行了试验验证,研究结果表明,气-液两相变质量流的均相流模型预测结果可以满足工程计算精度的要求.     

离心泵输送气液两相介质的研究

介绍了输送气液混合物时离心泵的特性曲线的变化,泵级间的相互影响以及气液两相流工作的流态变化、排量及轴功率的计算等。提出了当保持一定QY值时,在吸入气液容积比KX相当宽的变化范围内,HH随KX的变化曲线和ηH随KX的变化曲线形状相似,而且都与KX的二次方有关。     

高含水期水平管内油水混输压降模型及其应用

运用流体力学中的连续性方程、动量方程及波动方程等，对于每一种高含水期油水两相流流型给出了相应的压降模型。高含水期油水两相在水平管内输送时，其流型主要划分为分层流、分散流和O／W＆W混合流型三种。根据已经建立的高含水期水平管内油水两相流理论压降模型，编制了计算机应用程序。模型预测结果与试验数据的相对误差较小，因此该模型可用来预测高含水期水平管内油水混输时的压降。     

煤层气采气管道压降特性试验

煤层气的排采特性决定了进入采气管道的煤层气同时含有水和粉尘等颗粒杂质,气体在流动过程中的压降损失势必受到水和固体颗粒的影响。为此,利用试验环道模拟煤层气集输管道多相介质的流动特点,试验研究了气液两相和气固两相流动的压降特性,得出如下结论：煤层气采气管道气体流速应控制在4～8m/s范围内,并应适当采取清管等措施,减少固相沉积物;采气管道水力计算可以忽略固体颗粒的影响而采用气液两相压降计算方法。（图6,参7）     

气液两相混输管道水热力模型研究进展

气液混输的本质是多相多组分非稳态流动、传热与传质耦合的复杂过程,在气液混输管道中,流体介质除了与管壁存在能量和动量的传递外,在两相相界面上亦存在动量、能量及质量的传递。通过总结气液两相流数学模型相关研究成果,分别从一维与高维、稳态与非稳态角度,分析了未充分考虑传热与传质影响的气液两相管流数学模型的研究现状和局限性,评述了考虑传热和相变耦合影响下的气液两相流数学模型研究进展。最后指出,耦合传热和相变理论的相界面追踪、气液相界面复杂作用机理对传热传质的影响、复杂气液两相流型下的湍流模拟、气液两相平衡与非平衡相变机理以及开发用于求解气液两相流高维数学模型的快速高效算法,是该领域今后研究的关键问题和主要发展方向。     

水平管路中多相弹状流压力降计算

应用气液两相流动中双流体模型下的连续方程和动量守衡方程,以及通过试验获得的液弹速度方程,对水平管中油气水三相弹状流的压降进行了分析和计算,建立了在一维坐标系下的压降计算模型.模型综合考虑了由于流体和壁面之间剪切应力引起的摩擦压降、液弹前锋处水跃造成的粘性压降和气体膨胀引起的加速压降对总压降的影响.计算结果和试验结果的对照表明,在低压的情况下,模型计算结果和试验结果吻合较好.对水平管中压降计算结果表明,摩擦压降是整个压降的最重要组成部分,占总压降的92%～95%,加速压降占总压降的3%～5%,水跃造成的粘性压降在总的压降中只占总压降损失的1%～2%.     

高气油比混输管路水力计算模型的比较

在气液两相流研究中，管道的压降计算是一项极为重要的工作。在常用的多相混输计算软件中，有多种水力学计算模型，适用于不同流型的水力计算。对于高气油比混输管道，利用锦州20－2凝析气田和上海－平湖气田的实际生产数据，对混输管路水力计算的参数进行了研究分析，筛选出了用于压降计算的模型方程BBME、MBE和DE，并对多相混输管道压降与流量的关系作了讨论。     

富气输送管道清管模拟研究

通过对富气输送方式和技术特点进行分析和比较,并根据高压条件下富气输送过程中低持液率的特点,建立了水平管路/轻微起伏富气输送管道的清管模型,模型中耦合了相态模型(选用PR状态方程)、水力热力模型,并且以某气田群天然气凝析液输送管道为例,进行清管工艺模拟计算。将研究计算结果与瞬态两相流模拟软件OLGA的计算结果进行了比较,结果表明,清管模型不仅具有较好的计算精度和较快的运行速度,而且还具有跟踪清管球和模拟液塞增长等功能,适用于管道的设计计算。     

平湖——上海输气管道模拟计算软件开发

湿敢的管道输送属于气液两相流动范畴由于它还具有反凝析及形成水化物的特性，所以湿天然气输这道工艺计算应包括热力计算，流型判断和水力计算三部分。模拟计算软件遥热力计算采用凝析气模型和组分模型计算不同管段内气液相的质量流量１摩尔组成和物性参数；水力计算采用１０种组合水力学模型进行流型划分和持液率及压降计算。软件从热力学角度对湿天然气输送过程中水化物形成条件进行预测，进而判断管内水化物形成区段。ＳＯＰＳＩ     

气液两相流持液率及压降特性的试验研究

研究了不同流型下压力降与持液率的特点,以及压降脉动信号的方差与持液率、气、液相流量之间的关系.试验结果表明,分层流动的持液率值最高,平均压降最低;环状流动持液率值最低,平均压降值最高;段塞流动位于两者之间.分层流压降脉动信号的方差很小,随气、液量和持液率的变化小;段塞流压降脉动信号的方差最大,随气相流量和持液率的变化而变化较大,在相同气量下,方差随持液率的增大而增大,在相同持液率下,方差也随气量的增大而增大;环状流的方差在分层流和段塞流之间,气相流量的变化对压降脉动信号的方差的影响小,但液相流量的变化对其影响较大,随着液相流量和持液率的增大,压降脉动信号的方差会增大.     

气液两相流流型信号的分形特征分析

对气液两相流流型的最化描述是气液两相流流型识别的关键问题。在室内气液两相流综合试验环道上，对气流两相水平管流中分层波状流向段塞流的转变过程进行了测试，采用了基于小波变换的分形理论对流型信号整体与局部的相似性进行了量化分析。结果表明，分层波状流和段塞波信号的分形维数之间存在显著差异，其分形维数可以作为流型量化描述的一个新指标。     

气液两相流流型的判别方法

为研究气液两相流的流型变换规律,建立高计算精度的气液两相流水力计算模型,以Shoham和Kokal的实验数据为基础,对通用流型判别法、改进的Taitel-Dukler流型判别法及段塞流特征分析法用于气液两相流流型判别的效果进行验证。基于以上3种判别方法,给出流型判别图,并与实验数据进行对比,总结出3种判别方法的特点。结果表明:通用流型判别法和段塞流特征分析法对气液两相流流型的判别结果较好,其中通用流型判别法的计算适用性更强,研究成果为气液两相流水力计算提供了流型判别算法的选取依据。