多相流實(shí)驗(yàn)-消除嚴(yán)重段塞流的方法總結(jié)

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1、防止或消除嚴(yán)重段塞流的方法一、引言在海洋汕氣開發(fā)屮，當(dāng)海底的混輸管線到達(dá)海洋平臺時，需要與上升管連接。在較低的氣液流速下，集輸和上升管路組成的系統(tǒng)中會出現(xiàn)稱為嚴(yán)重段塞流的特殊有害流型，這種流型給設(shè)計(jì)和生產(chǎn)帶來許多問題，系統(tǒng)壓力的劇烈波動和出現(xiàn)長液塞會造成分離器擰制凼難，其至出現(xiàn)生產(chǎn)屮斷，同時在深海汕田屮嚴(yán)重段塞流現(xiàn)象會產(chǎn)生很商的背壓，對汕藏造成不利影響，甚至出現(xiàn)死井。因此，深入系統(tǒng)地研究嚴(yán)重段塞流的發(fā)生機(jī)理和流動特征，探索消除嚴(yán)重段塞流的可行方法，是我國海洋油氣工業(yè)走向深水油田開發(fā)過程中急需解決的科學(xué)問題。段塞流是混輸管道中經(jīng)常出現(xiàn)的一種流型，其流動特征表現(xiàn)為間歇出現(xiàn)液塞

2、、壓力和流量大幅度變化，是典型的不穩(wěn)定工況。海上汕氣田的集輸管道多為兩相混輸管道，其海底水平部分的末端通過立管連接到海洋石汕平臺上，水平管道與垂直立管構(gòu)成了類似半U(xiǎn)形管的“下傾管2立管”結(jié)構(gòu)。對于海洋石汕平臺，尤其是深海平臺的集輸管道，這種結(jié)構(gòu)極易引發(fā)嚴(yán)重的段塞流，一般稱之為“立管嚴(yán)重段塞”或“嚴(yán)重段塞”。當(dāng)嚴(yán)重段塞發(fā)生吋，管內(nèi)瞬吋液體流量能增大到平均流量的5?20倍，而氣體流量則幾乎降為0;當(dāng)液塞通過后，管內(nèi)瞬時氣體流量同樣會激增。管內(nèi)流量和壓力的劇烈波動，往往會迫使下游關(guān)閉設(shè)備，造成停產(chǎn)，甚至?xí)p壞管道或處理設(shè)備。二、消除嚴(yán)重段塞流的方法近年來，隨著深海油田的開采，很

3、多研究者對強(qiáng)烈段塞流的消除方法進(jìn)行了研究，其中Schmidt等人提出了在上升管頂部安裝節(jié)流裝置來消除強(qiáng)烈段塞流；Almeida提出丫在上升管底部的上游適當(dāng)位置安裝文ft利管來消除強(qiáng)烈段塞流；Jansen等人提出了采用氣舉法來消除強(qiáng)烈段塞流；Johal等人提出安裝多相泵來消除強(qiáng)烈段塞流。很明顯，前兩種方法屬于節(jié)流法；后兩種方法屬于擾動發(fā)。除此之外，還有氣舉法、泡沫法以及海洋分離法等。其中目前最常用的方法是節(jié)流法，即在立管頂端（出門端）安部安裝節(jié)流裝置。（一）節(jié)流法節(jié)流法己經(jīng)被證實(shí)是一種能成功消弱或消除強(qiáng)烈段塞流的方法，并被成功應(yīng)用于汕田的生產(chǎn)之屮。目前，大多數(shù)節(jié)流裝置都安裝

4、在立管頂部，稱為立管頂部節(jié)流法。1.節(jié)流法的原理強(qiáng)烈段塞流產(chǎn)生的壓力劇烈波動，主要是由超過上升管高度的長液塞的靜水壓頭引起的。因此，耑要將上升管底部出現(xiàn)的新液塞在增長至頂部之前就被排出，為舉升剛形成的小液塞，并使其向下游分離器流動，上游管中的壓力應(yīng)高于上升管下游分離器的壓力。上升管頂部加節(jié)流裝賈可增大管道和分離器之間的壓差，有利于上升管I々剛形成的小液塞在發(fā)展成長液塞之前流出。圖1是立管頂部節(jié)流裝罝。圖1立管頂部節(jié)流法立管頂部節(jié)流法是通過控制管內(nèi)流量和壓力來消除強(qiáng)烈段塞流的，如果節(jié)流程度適中可以有效阻止液塞高速噴入分離器，同時背壓增加可使管A流體的加速度減小。節(jié)流產(chǎn)生的背

5、壓的增加量與由于氣體甯入立管底部而使液塞產(chǎn)生的加速度成比例。這樣，氣體可以不斷均勻簾入立管底部，最終穩(wěn)定流動狀態(tài)。然而，背壓過大會使管屮流量下降，因而理想的節(jié)流法既要盡量減小立管內(nèi)的壓力水頭，又要避免產(chǎn)生過剩的節(jié)流背壓。當(dāng)然，在油田實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中，很難達(dá)到這個要求，特別對于深水生產(chǎn)，背壓對流量的影響更為嚴(yán)重。所以如果期望通過節(jié)流徹底消除強(qiáng)烈段塞流，又不對生產(chǎn)造成負(fù)而影響，這在實(shí)際生產(chǎn)屮是較難實(shí)現(xiàn)的。而適當(dāng)?shù)墓?jié)流雖然不能完全消除立管屮強(qiáng)烈段塞流的流動循環(huán)，但可在產(chǎn)生較低背壓的情況下，使循環(huán)波動的嚴(yán)重程度降低到允許的范圍內(nèi)。（二）氣舉法根據(jù)注氣點(diǎn)位置及注氣方法的不同，可以分為

6、多種方法。其中，最常見的是立管底部氣舉法和“自身”氣舉法。此外，還有人提出將注氣點(diǎn)改在立管底部與上游管線連接的彎管上游某一位罝，并認(rèn)為其作用相當(dāng)于增加上游管內(nèi)的含氣量。1.立管底部氣舉法立管底部氣舉法是通過減小立管內(nèi)液柱的壓力水頭，使立管內(nèi)的流體在上游管線中的高壓作用下開始流動。圖2為立管底部注氣舉升法，同立管頂部節(jié)流法類似。閹2立管底部注氣舉升法氣舉法不僅可以消除強(qiáng)烈段塞流，還可以幫助管線停輸后再平穩(wěn)啟動，這可以保證一些低壓油井連續(xù)安全生產(chǎn)。其不足之處是設(shè)備比較復(fù)雜且費(fèi)用較高。該設(shè)備不僅需要安裝具有一定容積的氣體容器，還要配備壓縮機(jī)，注入的氣量要遠(yuǎn)大于管道內(nèi)的原含氣量才

7、能完全消除強(qiáng)烈段塞流，形成稔定流動狀態(tài)。因而，一般現(xiàn)場很少使用該方法。2.“自身”氣舉法CcmSarica等人通過理論與試驗(yàn)研究，提出了一種新的消弱或消除強(qiáng)烈段塞流的方案。將上游管內(nèi)氣體通過一條小直徑導(dǎo)管導(dǎo)入立管中，該過程不僅能減小立管中的壓力水頭，還同時降低了上游管線中的壓力，這樣便會消弱或消除強(qiáng)烈段塞流，使立管中保持穩(wěn)定流動狀態(tài)。該方法原理與注氣法相同，由于注入的氣體來源于上游管線，因而被稱為自身氣舉法。與傳統(tǒng)的氣舉法相比，自身氣舉法不需配備氣體容器、壓縮機(jī)等設(shè)施，大大降低了運(yùn)行費(fèi)用，但可能會因?yàn)閷?dǎo)管較細(xì)而發(fā)生堵塞或由于導(dǎo)