严重段塞流

摘要： 南海A气田采用水下生产系统开发,气田井流物经海管输送到附近B综合平台处理,在开发后期,各项参数波动较大,段塞流周期性出现,影响了气田的正常运行。确定南海气田输送系统为典型的下倾管—垂直立管系统,具有严重段塞流的各项特征。通过分析严重段塞流产生原因和实际运行参数变化情况,定义了严重段塞流临界天然气流量。比较常用控制方法后选择流量控制法,运用多相流模拟软件LedaFlow模拟可行,在此基础上,开展实践验证。通过流量控制法有效控制了水下气田严重段塞流的产生,稳定了气田工艺系统的运行,为后续严重段塞流控制提供了实践支持,可作为严重段塞流的有效控制方法在其他气田推广。

摘要： 利用室内实验装置,对大起伏角度条件下V形管道气液流型特性进行实验研究.实验中观测到7种流型,得到了不同流型的持液率波动信号,以实验数据为基础,对改进的Taitel-Dukler判别法、B?e准则、修正B?e准则的流型判别效果进行了验证.实验结果表明:严重段塞流Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ周期性明显,具有较大的功率谱密度(power spectral density,PSD)峰值,其峰值由大到小排列依次为Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ;环状流PSD幅值最小;Ⅴ形管道前后倾角变化对严重段塞流范围影响较为明显,当V形管道下倾管倾角或者上倾管倾角增大时,管道底部下凹区域积液量增多,严重段塞流Ⅰ区域增大,环状流生成区域减小;改进的Taitel-Dukler流型判别准则计算结果与不同倾角下的实验数据基本吻合,实验观察气团流区域小于准则计算结果,准则计算环状流区域大于实验观测结果;修正B?e准则对于严重段塞流Ⅰ、Ⅱ流型判别效果要优于B?e准则;实验拟合大起伏角度条件下B?e准则的修正系数为3.

摘要： 深海油气田开发过程中,通常采用卧底管-立管系统的方式将油气输送出去,由于受多种因素的影响,立管中很可能会产生具有明显周期性变化的严重段塞流,严重危害生产。提出了一种卧底管-立管系统内的严重段塞流周期模型,便于对严重段塞流进行识别、分析和研究。

摘要： 卧底管-立管系统逐渐成为深海油气田开发的主要方式。严重段塞流严重威胁着集输工艺及正常生产安全。针对数量对严重段塞流的影响进行了数值模拟研究,对深海油气藏的开采提供理论支持。

摘要： 为降低混输管严重段塞流带来的危害,须对其流动特性进行分析研究.以某水平下倾管-悬链线立管实验系统为研究对象,建立相关的数学模型、物理模型,运用CFD软件,模拟该种管型下的严重段塞流流动现象,分析了严重段塞流流动特性以及压力、速度、含气率变化特性.通过数值模拟得到了不同倾斜角度下的流型图、压力变化曲线及周期变化规律.分析结果表明,随着下倾管倾斜角度的增大,流型图的转换边界发生变化,形成严重段塞流所需的气相折算速度增大,形成间歇流所需的气相折算速度减小;严重段塞流压力最大值随倾斜角度变化较小,其周期则随倾斜角度的增大而减小,并呈指数函数变化.

摘要： Marine riser is an important part of offshore oil and gas gathering and transportation system, which is used to connect submarine oil and gas wellheads and offshore oil and gas gathering and transportation stations.In oil and gas storage and transportation projects, marine oil and gas gathering and transportation media are mostly oil-gas-water three-phase fluids.In order to investigate the coupled vibration problem of the oil-gas-water three-phase flow marine riser system under severe slug flow, numerical calculation and empirical research were carried out.Based on the multiphase fluid mechanics theory and kinetic theory, a three-phase severe slug flow model of oil-gas-water and structural dynamics model were constructed.Combining these two models, the coupled vibration response process of the riser was simulated, and the L-type oil-gas-water threephase flow riser system with the inclined pipe tilt angle of 3°was designed and tested.Comparing the calculated and tested values, the results showed that the proposed coupled vibration response model was more suitable for studying the coupled vibration response of marine riser caused by the oil-gas-water three-phase of flug flow than the severe slug flow transient mathematical model, and the simulation of results were in good agreement with the experimental results.The pressure and displacement of the riser bottom changed periodically, and the period of change was basically the same;the pressure of fluid was the key factor that caused the coupled vibration response of the riser system.These research results provide a reference for the analysis of the coupled vibration response characteristics and structural design of the oil-gas-water three-phase flow marine riser system under severe slug flow.%海洋立管是海上油气集输系统的重要组成部分,用于连接海底油气井口与海上油气集输站.在油气储运工程中,海洋油气集输介质多为油气水三相流体.为了研究油气水三相流海洋立管系统在严重段塞流作用下产生的耦合振动问题,进行了数值计算与实证研究.基于多相流体力学与动力学理论,构建了油气水三相严重段塞流模型和海洋立管结构动力学模型,结合这2个模型,模拟了立管耦合振动响应过程,并设计了下倾管倾斜角度为3°的L型油气水三相流立管系统进行实验.对模型计算值和实测值进行对比,结果表明:所提出的耦合振动响应模型比现有严重段塞流瞬态数学模型更适用于油气水三相段塞流引起的海洋立管耦合振动响应问题的研究,计算结果与实验结果较吻合;立管底部压强与底部位移呈周期性变化,且变化周期基本一致;流体压强是引发立管系统耦合振动响应问题的关键因素.研究结果为油气水三相流海洋立管系统在严重段塞流作用下的耦合振动响应特性分析及其结构设计提供了参考.

摘要： 海上多相混输管路系统中易出现特殊的有害流型-严重段塞流,不利于多相混输管路系统的安全运行.以海上油气开采中最为典型的下倾管-垂直立管为研究对象,建立了二维CFD方法,针对不同下倾角、不同立管高度、不同管径对严重段塞流流动特性的影响进行数值模拟研究.结果表明,下倾角为0°时,没有出现第一类严重段塞流(SSⅠ)流型下明显的周期变化现象,当卧底管线有角度的变化时,便发生严重段塞流现象,且下倾角与严重段塞流周期变化规律呈指数函数关系;当立管高度增加,严重段塞流压力最大值及其波动幅值相应增大,累积液量也相应增大,且立管高度与严重段塞流周期变化规律呈指数函数关系;当管径变大,立管中部持液率波动幅度增大,压力波动幅度也相应增大,因此,减小管径能够有效地削弱严重段塞流现象.

摘要： 严重段塞流是深海混输立管面临的流动安全问题之一,开展混输立管严重段塞流研究对立管的流动安全及实际生产具有重要意义.在中国石油大学(北京)原立管系统实验装置及改造后的混合立管系统实验装置上进行了不同工况下的严重段塞流特性实验.结果表明,柔性管严重段塞流特性不同于垂直管段.并且在立管总高度相等条件下,利用L型和混合立管的流型图、压力、周期和液塞等数据分析了柔性管的存在与否对立管严重段塞特性的影响.相对于L型立管,柔性管存在会在一定程度上缩小严重段塞流Ⅰ的范围,同时使立管底部最大压力增大约15％～20％,严重段塞周期减小约12.09％,液塞长度减小约1.38％,液塞速度增加约2.93％.在立管总高度等几何参数一定的情况下,对柔性管跨度和长度变化对严重段塞流特性影响的分析表明,柔性管跨度对严重段塞流特性的影响较小;柔性管长度的增加,会同时增大严重段塞流的周期和立管底部最大压力.此结论对深水立管结构的选择和设计具有重要的价值.

摘要： 本文在双流体模型的基础上建立了集输-S型柔性立管内气液两相流流动的预测模型.挑选了四种典型的S型立管内的流型进行了计算,并同实验数据进行了对比.对于第一类严重段塞流,气体的第一次小幅喷发预测的不准确;第二类严重段流预测的立管内出现了过多的液体回落;过渡流动预测的气体喷发幅度偏小;稳定流动的预测比较准确.对比结果证明,模型能够对集输-S型柔性立管内气液两相流流动进行很好的预测.

摘要： 在集输—S型立管实验系统上进行了详细的严重段塞流特性实验研究,并根据压力及相含率的波动情况划分了5类流型,通过手动减小立管顶部调节阀得到了节流过程中的压力波动曲线,绘制了霍普夫分岔图.采用OLGA软件对实验系统建模,模拟得到的压力、相含率波动特性及手动节流曲线与实验值符合良好,具有较高的可信度.模拟了不同入口压力设定值情况下的PID自动控制,发现PID自动控制能够增大段塞控制的临界阀门开度,降低系统压力,增加气液产量.

摘要： 结合严重段塞流的形成机理,研究了立管底部压力与集输管道中流体压力的变化规律,建立了过渡流型向严重段塞流、稳定流转变的准则模型.对比Lockhart-Martinelli参数法和Beggs-Brill公式法在气液两相流含气率的预报效果,并将流型转变模型的预报结果与实验结果对比,结果表明:采用Beggs-Brill公式计算气液两相流含气率时具较高的精度,同时本文流型转变预报模型的预报值与实验结果吻合很好,从而可以为海洋集输立管系统的优化设计提供理论依据.

摘要： 严重段塞流是海洋油气混输中的一种常见危害流型.本文针对海洋混输管线长距离、大管径的特点,搭建了一套水平长400m,立管高20m,管径80mm的集输-立管实验系统.实验研究了长距离、大管径条件下严重段塞流的流型转变边界与压力特性,绘制了流型图,并与小管径短距离实验平台结果进行对比.研究发现,本实验系统可以准确模拟海洋油田4种基本流型,大管径还引起了3种具有特殊压力特性的流型.实验证明了增大集输管长度会增大严重段塞流发生区域.

摘要： 严重段塞流是常见于海洋石油工业集输-立管系统中的一种有害流型,而立管顶部阀门节流是抑制和消除严重段塞流的有效方法.本文实验研究了对严重段塞流采取节流操作所引起的流型及其转变特性,结果表明,随着阀门开度的减小,节流阀压降增大,背压升高,很大程度上抵消了下倾管内封闭气体的压力,从而抑制了下倾管内气体体积的膨胀,导致下倾管内的大量气体无法在短时间内快速连续地进入立管,而只能以大气泡或小气泡群的形式间歇进入立管,促进了弹状流和泡状流的形成.考虑了气液流速对节流阀压降的影响,建立了节流作用下S型立管内气液稳定流动边界,与实验数据吻合良好.

摘要： 在对严重段塞流现象实验研究的基础之上，本文采用OLGA软件建立了实验系统的瞬态模型，对水平及下倾段段长度为114m，立管高度15.3m，内径为50.8mm的集输-立管系统进行了数值研究，给出了相应流型图，并将立管底部压力、立管顶部持液率、段塞周期等严重段塞流特性参数的模拟结果与实验结果进行了对比；另外，本文还对控制严重段塞流现象的立管顶部节流法进行了模拟研究，并与实验结果进行了对比。研究发现，本文的瞬态模型能够较好的模拟出实验中发现的四类流型，但对回流及稳定流动的模拟不够准确，另外对顶部节流的模拟与实验结果相差较大，对顶部节流法消除严重段塞流的机理仍需进一步研究。

摘要： 严重段塞流是常见于海洋石油工业集输-立管系统中的一种有害流型，而立管顶部阀门节流是抑制及消除严重段塞流的有效方法。本文对节流法消除严重段塞流的稳定性做了分析，给出了节流稳定界限，结果表明，随着节流度的增加，不稳定流动区域会向低气液流速区域移动，而稳定流动区域会扩大。建立了准稳态节流模型，分析了节流阀压降对立管底部压力波动的影响，计算发现液塞回落后立管底部的压力以及下倾管内的液塞长度会随节流阀压降的增加而减小。将计算值与实验数据做了对比，两者吻合良好。

摘要： 本文对长距离集输—立管系统内的空气—水两相流进行了实验研究,观察到四类流型:第一类严重段塞流、第二类严重段塞流、过渡流型以及稳定流动;并对不同流型下立管段压差进行了详细的特征分析;结果表明:四类流型的压差变化速率差别明显;严重段塞流主频主要集中在低频区域;四类流型的概率密度分布有明显区别,一类严重段塞流与稳定流动呈明显的单峰结构,二类严重段塞流呈明显的双峰结构,过渡流型的压差分布范围最广.

摘要： 本发明涉及深水输气管线严重段塞流处理技术领域，尤其涉及一种深水输气管线严重段塞流早期监测与消除装置，其结构包括：早期监测装置包括输气管线立管的顶部压力、分离平台后气液的流量、温度、压力的实时监测装置以及计算装置，计算装置用于根据监测装置测得的参数，基于稳态多相流动模型，计算得到输气管线立管底部压差测量段的压降，并与测得的输气管线立管底部测量段的压差进行比较，以监测严重段塞流演化情况；早期消除装置用于根据计算装置的计算结果调节海底泵工作参数，实现严重段塞流液相外输。其充分利用管道空间及严重段塞流的演化特点，在严重段塞流形成的早期准确判断严重段塞流的形成情况并及时处理，确保深水输气管道的正常运行。

摘要： 本发明公开了一种动态控制分离器压力抑制严重段塞流的方法，应用于海洋油气生产中所采用的集输‑立管管路系统中，集输‑立管管路系统包括立管和设置于立管顶部的气液分离器；立管顶部的气液分离器顶部设有排气阀，底部设有排液阀；动态控制分离器压力抑制严重段塞流的方法包括：以气液分离器排液阀开度为操纵变量，通过独立的单回路PID运算，保持气液分离器液位稳定的同时；以气液分离器排气阀开度为操纵变量，通过串级PID运算，主回路稳定立管压差，副回路稳定气液分离器压力，主回路的输出作为副回路的设定值；液位及压力控制回路并行运行。本发明抑制严重段塞流发生的同时，使系统保持稳定且能够大幅降低分离器的压力，增加油气产量。

摘要： 本发明提供了一种消除集输-立管系统严重段塞流的实时节流装置及方法，包括PID逻辑运算模块、节流阀和压力传感器；所述节流阀设于集输-立管系统的立管出口端，所述压力传感器包括分别位于FPSO上岸端和位于井口平台下岸端的传感器，所述节流阀位于FPSO上岸端压力传感器的下游，在节流阀的下游设置有出口气体流量计；所述实时节流装置进一步包括主调节模块、修正调节模块、上岸压力实时控制模块，以及下岸压力实时控制模块，用于实时监测节流阀、传感器和气体流量计的输出信号。本发明以井口平台的下岸压力和FPSO的上岸压力作为节流阀阀门的调节依据来抑制和消除严重段塞流。

摘要： 本发明公开了一种气液分离器与节流阀联合消除严重段塞流的系统及方法，属于石油工程多相流动控制技术领域。压差传感器和第一压力传感器设在立管顶部，节流阀设在立管出口端，第二压力传感器设在高压气液分离器的入口处，排气口控制阀设在高压气液分离器顶部的排气口处，排液口控制阀设在高压气液分离器底部的的排液口处；压差传感器、第一压力传感器、节流阀、第二压力传感器、排气口控制阀和排液口控制阀均分别与工控机连接。本发明能够通过调节节流阀开度和高压气液分离器压力完成严重段塞流的控制消除，可以在消除集输‑立管系统严重段塞流的同时，有效减小系统压力，提高油气产量，增强控制的实时性。

摘要： 本发明涉及深水输气管线严重段塞流处理技术领域，尤其涉及一种深水输气管线严重段塞流早期监测与消除装置，其结构包括：早期监测装置包括输气管线立管的顶部压力、分离平台后气液的流量、温度、压力的实时监测装置以及计算装置，计算装置用于根据监测装置测得的参数，基于稳态多相流动模型，计算得到输气管线立管底部压差测量段的压降，并与测得的输气管线立管底部测量段的压差进行比较，以监测严重段塞流演化情况；早期消除装置用于根据计算装置的计算结果调节海底泵工作参数，实现严重段塞流液相外输。其充分利用管道空间及严重段塞流的演化特点，在严重段塞流形成的早期准确判断严重段塞流的形成情况并及时处理，确保深水输气管道的正常运行。

摘要： 本发明公开了一种抑制集输立管系统内严重段塞流的流动调节装置，所述装置由两个基本结构构成的基本单元组成，所述基本结构由至少一圈螺旋结构、第一直管段、第二直管段组成，各管段之间的连接方向为切向。通过巧妙设计，将两个螺旋方向相反的基本结构组成基本单元，保证两个基本结构的第二直管段相互连为一体，第一直管段处于同一直线。本发明用于抑制集输立管系统内严重段塞流的流动调节装置各管段内径相同，不会产生无法进行清管作业的问题；且能够稳定安装于平面且曲率半径大小与基本结构长度调节范围广，便于灵活运用；多相流体在基本结构中做360°的圆周运动，使气液混合更加充分，具有显著抑制集输立管系统严重段塞流形成的调节作用。

摘要： 本发明公开了一种动态控制分离器压力抑制严重段塞流的方法，应用于海洋油气生产中所采用的集输-立管管路系统中，集输-立管管路系统包括立管和设置于立管顶部的气液分离器；立管顶部的气液分离器顶部设有排气阀，底部设有排液阀；动态控制分离器压力抑制严重段塞流的方法包括：以气液分离器排液阀开度为操纵变量，通过独立的单回路PID运算，保持气液分离器液位稳定的同时；以气液分离器排气阀开度为操纵变量，通过串级PID运算，主回路稳定立管压差，副回路稳定气液分离器压力，主回路的输出作为副回路的设定值；液位及压力控制回路并行运行。本发明抑制严重段塞流发生的同时，使系统保持稳定且能够大幅降低分离器的压力，增加油气产量。

摘要： 本发明提供了一种消除集输-立管系统严重段塞流的实时节流装置及方法，包括PID逻辑运算模块、节流阀和压力传感器；所述节流阀设于集输-立管系统的立管出口端，所述压力传感器包括分别位于FPSO上岸端和位于井口平台下岸端的传感器，所述节流阀位于FPSO上岸端压力传感器的下游，在节流阀的下游设置有出口气体流量计；所述实时节流装置进一步包括主调节模块、修正调节模块、上岸压力实时控制模块，以及下岸压力实时控制模块，用于实时监测节流阀、传感器和气体流量计的输出信号。本发明以井口平台的下岸压力和FPSO的上岸压力作为节流阀阀门的调节依据来抑制和消除严重段塞流。

摘要： 本实用新型公开了一种气液分离器与节流阀联合消除严重段塞流的系统，属于石油工程多相流动控制技术领域。压差传感器和第一压力传感器设在立管顶部，节流阀设在立管出口端，第二压力传感器设在高压气液分离器的入口处，排气口控制阀设在高压气液分离器顶部的排气口处，排液口控制阀设在高压气液分离器底部的的排液口处；压差传感器、第一压力传感器、节流阀、第二压力传感器、排气口控制阀和排液口控制阀均分别与工控机连接。本实用新型能够通过调节节流阀开度和高压气液分离器压力完成严重段塞流的控制消除，可以在消除集输‑立管系统严重段塞流的同时，有效减小系统压力，提高油气产量，增强控制的实时性。

摘要： 本实用新型公开了一种抑制集输立管系统内严重段塞流的流动调节装置，所述装置由两个基本结构构成的基本单元组成，所述基本结构由至少一圈螺旋结构、第一直管段、第二直管段组成，各管段之间的连接方向为切向。通过巧妙设计，将两个螺旋方向相反的基本结构组成基本单元，保证两个基本结构的第二直管段相互连为一体，第一直管段处于同一直线。本实用新型用于抑制集输立管系统内严重段塞流的流动调节装置各管段内径相同，不会产生无法进行清管作业的问题；且能够稳定安装于平面且曲率半径大小与基本结构长度调节范围广，便于灵活运用；多相流体在基本结构中做360°的圆周运动，使气液混合更加充分，具有显著抑制集输立管系统严重段塞流形成的调节作用。