多相混输技术

油气水的多相混输技术学院:姓名：班级:学号：2013年10月29日摘要随着油气田的勘探开发逐渐转移到海洋、沙漠、极地等自然环境恶劣的地区，多相流技术得到了越来越广泛的应用，在石油化工行业中地位极其重要，因而也逐渐成为油气储运学科中的研究热点。本文论述了多相混输具有的许多与单相输送不同的特性，阐述了油田多相混输技术应用的理论基础、研究任务和发展状况，分析了油田多相混输应用中存在的问题，并提出了相应对策。关键词：多相流，混输技术，水合物，瞬态流动，防腐技术，段塞第一章概论一、 多相混输技术的发展现状自20世纪80年代以来，国际上对多相混输技术的研究和应用的步伐不断加快。目前，已经从试验阶段迈向工业化应用与完善阶段，其中的两项关键技术已经付诸实施：第一项是长距离管道混输技术。第二项是海底混输增压技术。早在20世纪60年代，我国大庆油田就曾对三螺杆、单螺杆多想泵进行过开发研制，进入90年代，我国各大油田、石油公司、科研院所日益认识到多相输送的重要性和紧迫性，油田现场对多相输送的要求也日益强烈。目前我国在油气混输技术也有较大的发展，长庆油田同步回转油气混输泵的研究成功，代表了我国油气混输方面的先进技术。长庆油田使用的同步回转油气混输泵，采用了独创的气缸与转子之间机械同步运动的机理，具有泵和压缩机的双重功能，大幅度降低了由于运动副之间相对运动造成的机械磨损，实现了连续进、排油气，且泵的进排气压力与系统压力自平衡。具有结构简单、惯性力小、可靠性高、适应性强、工作范围宽、抗泥沙能力强等特点。二、 多相混输技术的重要性油气混输技术是一种将原油产出物进行混合增压直接输送到联合站的新技术，与传统的采油工艺比较，可以减少油、气分离设备，少建一条输气管线，对于海上油田可以降低平台面积。油气混输技术的突破，不仅可以大大降低工程投资，对于实现油田的油气全密闭集输以及延长集输半径有着十分重要的意义，同时能够降低井口回压，增加原油和天然气产量，工程投入及井下维修工作量减少，方便了生产管理。其经济和社会效益十分可观，使能源得到充分利用，环境状况得到改善。三、 多相混输技术的研究任务由于油气两相流动的复杂性和特殊性，油气相混输技术是一整套明显不同于油、气单相输送的独特技术体系，又加上几乎所有的原油、气从一开采出来本身就含有一定量的水分，这不得不让我们的研究对象从之前的油气两相拓展到油气水三相研究。这一技术体系覆盖了从油井产物收集到长距离混输的全过程，主要由油井多相计量技术、多相增压和捕捉设备、多相混输管道技术、多相水合物抑制技术及多相防腐缓蚀技术构成［1］。近年来，英、美、法、挪威等国相继建立了不同规模的试验环道，在大量高质量的试验数据基础上进行了多相流的研究，但由于多相流研究耗资巨大，目前国外的研究机构都倾向于才拥有多家石油公司出资，共同支持某个研究机构开展其有特色的若干多相流研究课题。例如著名的软件OLGA就是由挪威国家石油研究院联合多家研究院所共同开发的，并采用多家院所得实验数据改进其数学建模。多相流的研究包括管输工艺及混输设备两大方面，管输工艺包括稳态及瞬态流动模拟两部分；混输设备包括多相泵、多相流量计及三相分离装置等［2］。在稳态模拟中，气液两相流动的流型划分、持液率及压降计算方法等比较成熟，著名软件的压降计算误差大都是在20%以内。瞬态流动模拟是多相流管道运行控制的基础，在多年稳态模拟研究的基础上，近年来国外已将研究重点转向瞬态模拟。在管道重启、停输、清管、改变运行条件及设备维修时，正确的预测其瞬态多相流参数，是选择系统设备、保障安全经济运行所必须的。第二章多相混输应用存在的问题与对策一、 田油气水多相流的特点（一） 流型复杂多变在油气水多相流中，由于相间的相对位置、含量、速度和温度的关系，各流型还随流体物性（如：密度、粘度、表面张力、传热系数等）、流动条件、过流形状及边界条件、热负荷及压力等的不同而发生变化，其流型亦改变，流动特性也跟着改变，这就给多相流动的分析带来了很大困难。（二） 存在界面扰动在相界面上，存在浓度梯度、温度梯度、化学反应，常引起表面张力的改变，促使界面产生自发收缩、局部扰动、分裂、振荡等现象，即界面扰动。这种扰动将引起各种界面波，其波形、波长、波幅一般变化较大，从而产生相间强烈的相互作用，并对相间质量、动量和能量传递、化学反应和压降产生重大影响。二、 油田多相混输送常存在的问题（一） 防腐问题多相流按其腐蚀环境有以下几种类型：清洁环境（无固体、无腐蚀）；冲蚀环境（固体（沙）存在、无腐蚀）；腐蚀环境（无沙、有腐蚀）；冲蚀和腐蚀运行（固体和腐蚀介质都存在）。对于油田油、气、水多相流，按流态可分为分层流、波状流、段塞流、环状流和环雾流等类型。在低的气、液（相）速度下，常出现平滑的或波状的层状流，特别是在水平和稍微倾斜的管流中，由于重力的作用，相态趋于分层，水层常出现在管底，而油流在其上；当气相速度低而液速度较高时，会产生段塞流｝当气相速度较高时，会观察到段塞流一一种间歇流态。在段塞流的前面形成一个夹带着气体的高紊流混合区［3］。研究表明，在各种多相流型态中，段塞流对管道腐蚀最严重。（二） 清管问题油气管线的清管问题往往可以归结为多相流问题。国外相关文献己经提出数学模型来描述气管线的清管过程。但由于清管过程中段塞长度及其位置会不断变化，如何实时确定段塞界面就成了仿真这类问题的一大障碍（目前往往由经验公式估算段塞的长度变化情况）。因此，如何从最基本的水力学模型出发，分析段塞的发展规律，确定段塞长度及其位置是解决清管模拟的关键。（三）堵塞问题混输管道由于输送距离长，同时又存在水平管、倾斜管、垂直管等不同管型，容易产生严重段塞或地形段塞等等问题。同时，油气混输管道操作条件的改变（管道的停输、再启动、开井或关井，以及清管操作等）等都有可能造成严重段塞流动［4］。特别是在高压、低温环境下，多相混输管线中很容易发生水合物生成物堵塞问题，管线越长，问题越大。对海上油气田开发中广泛使用的多相混输管线，必须有效、经济地防止管线中水合物的生成，从而确保混相输送管线的正常运行。在我国渤西油田歧口1722平台至歧口1821平台气液混输管道情况与歧口1723平台至歧口1821平台气液混输管道相似，在生产中经常发生严重段塞流，导致了生产系统的不稳定。三、 油田多相混输应用存在问题的对策与尚存问题（1） 集输管线输送的介质通常为气体、水、烃类和固体颗粒等共存的多相流介质，为提高产量必须提高多相流介质输送量，从而加剧了管道内壁的腐蚀，所以管道内防腐技术是保证管道安全运行和延长管道使用寿命的重要措施。其中有效的防腐措施有：缓蚀剂防腐、涂料防腐、电镀、复合管防腐等技术［5］。（2） 清管作业在管道建设与运行过程中是必不可缺的工作环节。定期清管可以降低管道压降，提高输送效率。徐孝轩（2003）等人［6］对国内外多相输送管道清管模拟研究进行了大量调研工作，他们指出，清管模型及其修正的清管模型主要以稳态假设为基础，虽然与实际存在一定的误差，但仍可以用于工程中简单的试算和估算。尽管国内外对多相流管道的清管进行了广泛的研究，取得了不少研究成果，但大多数清管研究都是以稳态和准稳态假设为前提的。许多清管模型并没有应用于实际生产,与实际生产存在较大的差距。（3） 常用的解堵方案：一、水合物控制。目前普遍采用的抑制方法是管线加热技术、降压控制技术、注入热力学抑制剂（例如甲醇（剧毒）、乙二醇等）［7］。近年来，水合物动力学抑制剂的开发和应用发展很快，它具有注入浓度低、用量少、节约投资和运行费用等优点，并已在北海、墨西哥湾等深海混输管道上得到应用，效果良好。二、结蜡控制。结蜡控制主要采用保温/加热、注入试剂、热化学除蜡及机械清管等四种方法［4］。不过，对于管道部分堵塞，精确定位阻塞点是研究关键问题。同时，即使找到阻塞点，解堵也很困难,其处理费用是相当惊人的。四、 结论在石油工业中，油井产物多为油气水多相混合物。在油田矿产中，一般采取若十个集中处理站的方式来收集和处理分散各处的成百上千口油井产物。油井产出的企业混合物通过一段距离的管道流向集中处理站。多相流动在油田中随处可见，可想而知，多相混输有多么重要！而且，多相混输技术的成功开发，直接在环境恶劣的沙漠、极地、深海地带减少管道投资，有效节约大量的经济人力资源，具有降低投资优点，是油气集输领域最具挑战性和发展潜力的技术。采用油气水多相混输技术后，可以简化海上处理工艺，缩小平台面积，节约平台建设投资，提高海上油气田开发效益；可以降低井口回压，提高油气田生产能力；比油气分输少建一条管道，节约昂会的沙漠货海底管道建设投资；将处理厂健在条件比较好的地方进行油气处理，有极大的社会效益和经济效益。随着国际石油公司之间的市场竞争越来越激烈，海洋油田、沙漠油田以及已建油田的外围边远区块已成为今后石油勘探开发的重点地区，多相混输技术仍将被视为降低这类油田油气生产成本极具吸引力的一项技术。可以预见，多相混输技术的应用前景广阔，相关技术的研究也仍将持续下去。多相混输技术在我国具有广阔的市场应用前景，制约多相混输技术应用的主要因素体现在技术本身的不完善和适用程度。我国石油工业迫切需要一整套完善的、适用性强的长距离多相混输技术，以提高海洋油田、滩海油田、沙漠油田和边远外围油田开发的经济效益，从而为石油工业实施低成本战略提供技术支持。参考文献［1］ 宋承毅，油气田地面工程第27卷第一期，2008,01［2］ 严大凡，张劲军，油气储运工程［M］，2003［3］ 卢绮敏.石油工业