水平管油气水三相段塞流压降预测模型.pdf

第 3 4 卷第 1 2 期 2 0 1 5 ． 1 2 试验 研 究 水平管油气水三相段塞流压降预测模型 高伟 高晓 亮 马杨洋。 1 大庆油 田工 程有 限公 司 2 辽河 油 田大力 集 团有 限公 司化工 分公 司 3青 海油 田钻 采工 艺研 究 院 摘 要 油 气水 三 相 流 动 条件 下 ，油 水 混合 物 黏 度 不 但 受 油黏 度 、水 黏 度 及 含 水 率 的影 响 ， 还 与 流 动 状 态密 切 相 关 ，缺 乏 可 靠 的 黏 度 预 测 方 程 是 导 致段 塞 流 压 降 预 测 精 度 不 高的 重要 原 因。 为此 建 立 了油 气 两相段 塞流 压 降 方程 ，并 与油 水 混合 物黏 度 预 测模 型 融合 ，在 油 气水 多相 流 实验环 道 上进行 了实验验证 ，为提 高 油气水 三相 流压 降预 测精度 提供 了新 的途 径 。 关键词 段塞流；油气水三相流 ；黏度 ；压降 ；模型 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 6 - 6 8 9 6 ． 2 0 1 5 ． 1 2 ． 0 1 2 1 油气水 三相流智 能预测模 型构建 1 ． 1 气 液 两相段 塞流 压降 基本 方程 油气 水 三相 集输 管路 中段 塞流 是一 种常 见 的间 歇性 流 型 ，表现 为液 塞和 气泡 交替 流过 管道 ，液塞 通过 时 会引 起压 力 的剧烈 波动 。段 塞 流的一 个段 塞 单 元 由液膜 区和 液塞 区两 部分组 成 ，如 图 1 所示 。 图 1 段 墓 单 元 示薏 图 流动 过程 中 ，油水 在强 烈搅 拌 和扰动 作用 下 相 互掺 混 ，油水 混合 相对 均匀 ，因此可 以借 鉴气 液 两 相 流动 模 型 建立 油 气 水 三相 段 塞 流压 降 方程 ⋯ 。加 速 压降 所 占 比例 很小 ，通 常 忽略不 计 ，总压 降 主要 由摩 擦压 降和重力 压 降决定 ，见 式 1 。 -a T---㈡ 摩 擦压 降是 由壁 面剪切 应力 以及 相 问剪切 应力 引起 ，分 别计 算 液 弹 弹体 区域 和液 膜 区摩 擦 压 降 ， 则 液塞 单元 摩擦 压 降可表 示为 一 ㈡ 鲁 。 嘶 鼍] 2 式 中 P 为 液 塞 中油 气 水 相 混合 物 密 度 ，用 式 3 计 算 。 P 卜O g [ P 1 一 p 。 卜a p 。 3 重力 压降 可用 式 4 计 算 。 一 】 ⋯ P P g s in 4 以上各式中 为液膜区长度 ； 为液塞长度 m ； ，为 进 口含 水 率 ％ ； 为 液 塞 含 气 率 ％ ； 为液 塞 单 元 平 均含 气 率 ； S 为液 膜 区液 相湿 周 m ； S 。 为液 膜 区 气相 湿 周 m ； u 为 液 塞 区气 液 混 合 物 流 速 m ／ s ； A为 管 道 截 面 积 m ； 。、 ． ．分 别 为 液 膜 区 气 、液相 与管 壁 之 间 的剪 切 应 力 ； 为 液 塞 区摩 擦 系数 。 以上 计 算 方 法 见 参考 文献 [ 1 ] 。 式 2 中 、 r 与气 相 速 度 ⋯液 相速 度 “ 、气 相 密度 P 。、液相 密度 P ． ． 、气相 黏度 、液相黏度 有关 。除液相黏度外其余参数均 能 用 现 有 方 程 准 确 确 定 ，而 流 动 状 态 下 ，液 相 黏 度 不 但 与 油 相 黏 度 、水 相 黏 度 和 含 水 率 有 关 ，还 受 管 内 油 气 水 各 相 分 布 、气 量 大 小 等 流 动参 数 影 响 ，液 相 油 水 混 合 物 黏 度 的确 定 是 本 文 要解 决 的 关键 问 题 。 1 ． 2油水乳 状液 黏度 预测 模型 根据 温度 、压力计 算 油气 水密 度 和黏度 等 物性 参数 。油水混合物黏度初值采用文献【 2 】 推荐公式估算。 对于 W／ O型 ． -f 1 1 5 而 l H而j 对 于 O／ W 型 二 2 6 一 3 4 油气 田地 面工程 h t t p ／ ／ www． y q c d r n g c ． t o m 第 3 4 卷 第 1 2 期 2 0 1 5 ． 1 2 试验 研 究 式 中 。 为 油 黏 度 m P aS ， 为 水 黏 度 mP aS 。 2 实验测试系 统与结果分析 实验 在多相 流实验 环道上进行。环道全长 3 8 0 m， 管 道 内径 为 0 ． 0 8 1 m，如 图 2 所 示 。 整 个 环 道 为 水 平 布 置 ，实 验装 置主 要是 由起 点 的油气 水 三相 供应 系统 、大 型 实验 环道 、终 点 的分 离系统 以及控 制和 数据采集系统组成 。环道沿程设置了压力 、压差传 感 器 ，持 液率 采用 双 能伽 马密 度计 进行 测 量 。气相 介 质 采 用 空 气 ， 液 相 介 质 采 用 润 滑 油 H V 1 w1 5 0 型号 为 H v i W1 5 0 。 对 ＼ -R 图 2多相 流实验环 道流程 1 0 0 2 0 0 3 0 0 距离终点分离器长度／ 珥 图 3 模型预测值与实验值对 比 Q 1 0 0 m 。 ／ h ， Q ． 3 ． 7 m 。 ／ h 实 验 参 数 范 围 气 相 折算 速 度 为 1 ． 9～1 0 m／ s ； 液 相 折 算 速 度 为 0 ． 0 8 0 ． 2 7 m ／ s ； 液 相 含 水 率 为 1 0． 0％ ～9 5． 0 ％ 。 图 3 、图 4 分 别 为 不 同气 液 流 量 下 压 降 预 测 结 果 与 实 验值 的 对 比。 由 图 3 、图 4可见 ，压 降 计 算 结果与实验值符合 良好 ，最大误差 8 ． 7 8 ％。 0 i 0 0 2 0 0 3 0 0 距离管线入H长度／ m 图4 模型预测值与实验值对 比 Q 1 8 5 m 。 ／ h ， Q 。 1 ．8 5 m 。 ／ h 3 结语 通过 建 立油气 水 三相段 塞 流基 本方 程并 进行 实 验模拟测试 ，建立了高含水期油气集输管路流动特 性智 能 预测模 型 ，实 现 了压 降 的准确 预测 ，为 提高 油气 水三 相 流压 降预测 精度 提供 了新 的途 径 。 参 考文 献 [ 1 ]Z h a n g H Q，Wa n g Q，S a r i c a C，e t a L Un i f i e d mo d e l f o r g a s l i q u i d p i p e f l o w v i a s l u g d y n a mi c s -- p a r t 1 mo d e l d e v e l o p m e n t [ J ] ． J o u r n a l o f E n e r g y R e s o u r c e s T e c h n o l o g y ，2 0 0 3 ，1 2 5 4 2 6 6 2 7 3 ． [ 2 】 陈宣 政．垂直上 升管内油气水三 相流动特性 的研究 【 D ] ．西 安 西安交通大学 ，1 9 9 2 ． [ 作 者简 介 ] 高伟 高级 工程 师 ，工程 硕 士 ，主要 从 事油气集输储运工程规划设计。 1 3 0 0 9 8 2 7 5 2 3 、g a o we i d o d p e t r o c h i n a ． c o rn． c n 收稿 E l 期2 0 1 5 0 9 一 O l 栏 目主持杨军 天津 L NG项 目工程材料 国产化 率超过 9 5 ％ l 1 月 2 8日， 中 国石 化 天 然 气 分 公 司 天津 L N G项 目施 工 现 场 ，施 工人 员 在储 罐 内对 国产 泡 沫玻 璃砖 进 行 铺设 前 的 质量 检验 ，如左 图 。在设 计领 域 ，以往 我 国建设 L N G接收 站要 从 欧美 购买 工 艺包 ，此 次完 全 采 用 中国石 化工 程 建设 公 司 的工 艺 ，在 采购 领 域 ，工 程 材 料 国产 化 率超 过 9 5 ％ ，所 用 钢材 全部 由我 国大 型 钢 厂 负 责生 产并 制 成各 类 构件 。同 时 ，项 目部 严格 按 照 欧 美及 我 国相关 标 准体 系 检测 到货 材 料 ，在 推 动 国产 化的同时严控工程质量 ，精心打造优质工程 。 胡庆 明摄 影报 道 油气 田地 面工 程 h t t p ／ ／ ww w． y q t d mg c ． c 。 m 一3 5 季 } | } 枷 瑚 瑚 ∞ 置＼ 幽