淺論高含水期集輸管道流型和壓降變化規(guī)律

趙玉軍 魚慶蘭

摘要：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的狀況。隨著管路中流動狀況的改變，多相流流動機理呈復(fù)雜多變。本文研究了高含水期油氣集輸過程中流型以及壓降變化。通過實驗測得數(shù)據(jù)修正，并對油氣集輸管道的流型計算結(jié)果與實測流型進行了比較。同時根據(jù)實驗數(shù)據(jù)利用最小二乘法對分氣相折算系數(shù)經(jīng)驗公式進行了擬合修正，對擬合后公式計算井口壓降結(jié)果與擬合前井口壓降計算結(jié)果、實測壓降以及模型計算結(jié)果進行了比較。研究證明，修正后的流行圖以及沖擊流壓降模型計算結(jié)果與實測數(shù)據(jù)相吻合，誤差較小，適合集輸工程應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：集輸工程;管道流型;壓降;變化規(guī)律

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的狀況。隨著管路中流動狀況的改變，多相流流動機理呈復(fù)雜多變，目前國內(nèi)外對該機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)計以及改造具有重要的現(xiàn)實意義。本文以實測數(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)的流動特性，給出適合工程實際的試驗裝置工藝流程，并在集輸現(xiàn)場對所用試驗裝置進行了安裝調(diào)試。該套試驗裝置全部利用實際油氣水介質(zhì)進行試驗。試驗管道為現(xiàn)有埋地井口到計量站間的集油管道，除流型及流態(tài)測試外，其余部分全部利用計量站現(xiàn)有設(shè)施。油氣水混合物經(jīng)集油管線到達計量站，從計量站分別進入試驗裝置，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流行圖進行流型驗證更與實際情況相符合。對現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)進行了驗證。

3.2 模型修正

實驗發(fā)現(xiàn)，當(dāng)對高含水期油氣水三相流進行流型預(yù)測時，預(yù)測結(jié)果與實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，應(yīng)用實驗現(xiàn)場所得的實測數(shù)據(jù)對Baker流型圖的橫縱坐標(biāo)進行了擬合修正。利用擬合修正后集輸管路中流體的流型重新進行了計算，結(jié)果表明管路中流體流型均為沖擊流，與實測數(shù)據(jù)完全吻合。證明，經(jīng)擬合修正后的Baker模型適用于集輸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時的壓降，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實測數(shù)據(jù)分析與模型驗證

實驗過程為了保證數(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)合站的集油管道進行了系列測定。采用修正后的壓降計算模型對井口壓力進行了計算，通過對比實驗測得數(shù)據(jù)與擬合所得結(jié)果進行了比較，未經(jīng)修正的Baker模型不適用于高含水期壓降計算，而修正后的Baker模型計算機結(jié)果與實測數(shù)據(jù)基本吻合。在多個實驗數(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算方法。實驗管徑范圍為13～150mm，以空氣.水為介質(zhì)，因此有一定的局限性。本研究中也同時使用模型對測試各段的井口壓力進行了計算，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)合站實測數(shù)據(jù)對Baker模型的擬合修正，適合集輸高含水油氣集輸?shù)念A(yù)測計算，適合工程應(yīng)用。

4.3 誤差分析

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行了修正。（2）對現(xiàn)場測得數(shù)據(jù)，采用修正后流行圖進行了流型計算，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高含水期油氣水三相混輸管道流型判別。

參考文獻

[1]張修剛，牛冬梅，蘇新軍等.水平管內(nèi)油水兩相流動摩擦壓降的試驗研究[J].油氣儲運，2016，22（2）：47～50.