油氣集輸過程中壓降模型與變化規(guī)律

孫萍萍

摘 要：本文研究了高含水期油氣集輸過程中流型以及壓降變化。通過實(shí)驗(yàn)測得數(shù)據(jù)修正，并對油氣集輸管道的流型計(jì)算結(jié)果與實(shí)測流型進(jìn)行了比較。同時(shí)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)利用最小二乘法對分氣相折算系數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行了擬合修正，對擬合后公式計(jì)算井口壓降結(jié)果與擬合前井口壓降計(jì)算結(jié)果、實(shí)測壓降以及模型計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較。研究證明，修正后的流行圖以及沖擊流壓降模型計(jì)算結(jié)果與實(shí)測數(shù)據(jù)相吻合，誤差較小，適合采油單位工程應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：高含水期；油氣集輸；流型計(jì)算；壓降

1 引言

近年來由于產(chǎn)出液中含水率增高，輸送管道中伴有油氣水多相流動(dòng)的狀況。隨著管路中流動(dòng)狀況的改變，多相流流動(dòng)機(jī)理呈復(fù)雜多變，目前國內(nèi)外對該機(jī)理的研究尚未形成定論，尤其沒有適合工程應(yīng)用上的水利計(jì)算模型。油田輸送管網(wǎng)的投資在總投資中所占比例有三成之多，而運(yùn)行過程中的能耗占到生產(chǎn)總能耗的四成，因此，研究油氣集輸過程中管路中流體流動(dòng)規(guī)律，預(yù)測油氣集輸管路中流體的流型以及壓降變化規(guī)律，對管線設(shè)計(jì)以及改造具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文以某聯(lián)合站實(shí)測數(shù)據(jù)為依據(jù)，探索了高含水期油氣集輸管道流型和壓降的變化規(guī)律。

2裝置

為了研究高含水期油氣水在管內(nèi)的流動(dòng)特性，給出適合工程實(shí)際的試驗(yàn)裝置工藝流程，并在采油現(xiàn)場對所用試驗(yàn)裝置進(jìn)行了安裝調(diào)試。該套試驗(yàn)裝置全部利用實(shí)際油氣水介質(zhì)進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)管道為現(xiàn)有埋地井口到計(jì)量站間的集油管道，除流型及流態(tài)測試外，其余部分全部利用計(jì)量站現(xiàn)有設(shè)施。油氣水混合物經(jīng)集油管線到達(dá)計(jì)量站，從計(jì)量站分別進(jìn)入試驗(yàn)裝置，測試產(chǎn)液量、產(chǎn)氣量、壓力、溫度、流型，對典型的流型拍攝，研究油氣水混輸?shù)牧餍汀?/p>

3 流型研究

3.1 流型選擇

Baker提出的水平管流型分界圖。它以大量試驗(yàn)和觀察為基礎(chǔ)，認(rèn)為流型不僅和氣液流量有關(guān)，還和氣液物性有關(guān)。眾多研究表明，水平管三相流流體本身物性會(huì)對流型的變化產(chǎn)生影響，該種情形下，選擇廣泛使用的Baker流行圖進(jìn)行流型驗(yàn)證更與實(shí)際情況相符合。對現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行了驗(yàn)證。

3.2 模型修正

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)對高含水期油氣水三相流進(jìn)行流型預(yù)測時(shí)，預(yù)測結(jié)果與實(shí)際流型相比存在較大誤差。針對管道中流體粘度較小的特點(diǎn)，應(yīng)用實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場所得的實(shí)測數(shù)據(jù)對Baker流型圖的橫縱坐標(biāo)進(jìn)行了擬合修正。利用擬合修正后集輸管路中流體的流型重新進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)果表明管路中流體流型均為沖擊流，與實(shí)測數(shù)據(jù)完全吻合。證明，經(jīng)擬合修正后的Baker模型適用于采油廠高含水期油氣水三相流流型的預(yù)測。

4 壓降研究

4.1 模型修正

流型區(qū)分氣相折算系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式。 （公式4-1）；

（公式4-2） （公式4-3） ； （公式4-4）式中： -分氣相折算系數(shù)； -假設(shè)混輸管路中只有氣體流動(dòng)時(shí)的壓降，Pa； -單相氣體的水力摩擦系數(shù)；X-質(zhì)量含氣率； -氣體質(zhì)量流量，kg/s； G-混輸管路的質(zhì)量流量，kg/s； D-管道內(nèi)徑，m；A-混輸管路的截面積，m2； -氣體密度，kg/m3。

4.2實(shí)測數(shù)據(jù)分析與模型驗(yàn)證

實(shí)驗(yàn)過程為了保證數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性，采用間隔量油、測氣的取樣方式對某聯(lián)合站的集油管道進(jìn)行了系列測定。采用修正后的壓降計(jì)算模型對井口壓力進(jìn)行了計(jì)算，通過對比實(shí)驗(yàn)測得數(shù)據(jù)與擬合所得結(jié)果進(jìn)行了比較，未經(jīng)修正的Baker模型不適用于高含水期壓降計(jì)算，而修正后的Baker模型計(jì)算機(jī)結(jié)果與實(shí)測數(shù)據(jù)基本吻合。在多個(gè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對洛-馬公式中分氣相折算系數(shù)的求法提出了修正。給出了沖擊流和分散氣泡流的壓降計(jì)算方法。實(shí)驗(yàn)管徑范圍為13～150mm，以空氣.水為介質(zhì)，因此有一定的局限性。本研究中也同時(shí)使用模型對測試各段的井口壓力進(jìn)行了計(jì)算，對比結(jié)果顯示，誤差均大于修正后的Baker模型。因此，本研究結(jié)合某聯(lián)合站實(shí)測數(shù)據(jù)對Baker模型的擬合修正，適合采油廠采油后期高含水油氣集輸?shù)念A(yù)測計(jì)算，適合工程應(yīng)用。

4.3 誤差分析

表1 壓降模型計(jì)算結(jié)果與實(shí)測數(shù)據(jù)誤差對比分析表

集油管道 相 對 誤 差

Baker模型 修正后Baker模型 Mandhane模型

486 18.34% 9.53% 17.54%

584 10.34% 5.77% 19.16%

329 14.67% 13.12% 42.35%

418 10.15% 7.49% 39.09%

623 13.14% 3.85% 17.84%

165 17.31% 8.65% 20.13%

5 結(jié) 論

（1）對某聯(lián)合站集油管道中高含水期油氣水三相混輸管道的壓降及相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了現(xiàn)場測試。根據(jù)測試數(shù)據(jù)，對Baker流行圖以沖擊流壓降模型進(jìn)行了修正。（2）對現(xiàn)場測得數(shù)據(jù)，采用修正后流行圖進(jìn)行了流型計(jì)算，所得流型與現(xiàn)場測得流型相吻合，結(jié)果證明修正后的流行圖適合采油廠高含水期油氣水三相混輸管道流型判別。

參考文獻(xiàn)：

[1]張修剛，牛冬梅，蘇新軍等.水平管內(nèi)油水兩相流動(dòng)摩擦壓降的試驗(yàn)研究[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)，2003，22（2）：47～50.