埋地混输管道温降计算

大庆石油学院本科生毕业设计（论文）

(3)采用多相混输技术，可以使在油、气分输工艺技术条件下不具备开采价值的一些边境油田获得经济有效的开发，如处于深水区域的小区块油田，沙漠腹地的零散区块油田，一般陆地油田外围的边远小区块油田。

与单相流动相比，气液多相流动是一种十分复杂的流动。可以说，至今人们仍然没有从根本上解决对它的流动特性进行准确预测的问题。陆地油田中数量庞大的短距离多相混输管道，已经使人们获得了丰富的多相管流实践经验，仅靠这些经验就可以设计出较符合生产实际的短距离混输管道。多相混输技术领域面临的真正挑战来自于长距离输送，因为长距离输送将多相管流特性难以准确预测等若干复杂的技术问题与高昂投资的风险交织在一起，而且没有现成的经验可循。

在滩海地区推广埋地混输技术的必要性[2]。

近年来，在广阔的滩海地区相继发现了大的油气田和含油气构造。现在及今后相当长时期都是重要的油气生产地区。但滩海油气田，自然环境条件十分恶劣，就地进行工程建设十分困难，所需工程投资和管理费用也比陆上或者海上油田要高。因此，为了经济、安全、有效地进行开发建设，对于滩海油田，有必要考虑采用埋地输送技术，把采出液混输到陆上已有的处理设施或就近建造的海上平台，这样比在环境恶劣的油田内部就地进行油气分离处理所需的基建投资、设备、人员要少得多，并有助于实现自动化管理。

多相管流混输研究的主要目的是进行工艺计算，而工艺计算的重点是进行压降和温降的计算，压降计算目前主要采用实验为基础的半经验，半理论关系式。在压降计算过程中，由于需要用到的热物性参数（如溶解气油比，气液混合物的黏度，气液间表面张力等）都与温度有关，因此多相流的温降计算是压降计算的基础，在工艺计算中占有重要的地位。另外，从油井采到地面的原油往往含有带溶解盐的油层水，天然气和泥沙等杂质，往往是复杂的多相流动。油气集输管线沿程温降计算是油气开采管理过程的重要内容之一，关系到运行的安全性和经济性。然而，由于多相流动问题的复杂性，成熟的油气混合物温降计算方法还未见报道。实际工程中往往只好采用单相油流的苏霍夫温降公式进行估算，这样势必会造成很大误差。因此，多相流沿线的温降研究对石油工业的发展，油田的生产实际需要都有重要意义。

1.2 国内外研究及发展状况

自20世纪70年代末以来，国外发达国家出现了一股石油工业多相混输技术研究热，直到20多年后的今天，仍方兴未艾。这一研究热极大地推动了多相混输技术的发展，无论从理论研究、试验研究还是到工业性试验，都取得了一系列重

45

大庆石油学院本科生毕业设计（论文）

大进展。在“九五”期间，中国石油天然气集团公司以跟踪和借鉴国外先进技术为主导思想，结合高效开发沙漠油田和海滩油田的需要，发起了较大规模的多相混输技术联合攻关活动，将我国石油工业多相混输技术研究向前推进了一大步。

目前，对多相管流的工艺计算，主要研究方向有以下几种。

1)经验关系式在流型划分、持液和压降预测上各有其优缺点，因此在经验或半经验关系式的基础上，确定每种关系式的适用范围，并将这些经验关系式适当组合，得到一些适用范围更广、精确度更高的组合模型关系式。

2)深入研究各种流型的流体力学行为，建立各种流型转化的物理机理模型；利用计算机求解各种流型的模型方程。

3)利用先进的检测手段，进行各种流型的瞬态模型研究，建立瞬态模型，并在计算机上求解瞬态模型。

1.2.1 国外发展状况

国外早在20世纪初就已经开展了石油工业油气多相流动研究。自20世纪70年代以来，欧洲北海油田的发现和开发规模的逐步扩大，进一步加大了对多相混输技术的需求，有力地促进了这一技术的发展。法国、英国、挪威等欧洲产油国相继发起了若干个多相混输技术研究项目，在多相管流压降计算、多相混输泵、多相流量计、水合物抑制措施等方面开展了大量的研究工作。到20世纪90年代，不仅形成了完善的研究体系，而且一些研究成果也已经开始商品化，如多相管流模拟计算软件、多相混输泵、多相流量计等。

欧洲在多相混输技术研究方面有以下3个特点[1]。

（1） 建立了专门的研究机构、配备了一流的研究人员。法国石油研究院(IFP)、英国流体力学研究集团(BHR)、英国国家工程实验室(NEL)、挪威能源研究院(IFE)、挪威SENTEF集团都是具有国际影响的多相流研究机构，荟萃了大量高水平专业人才。

（2） 建设了一流的试验装置。法国、英国、挪威都设有一定规模和技术水平名列世界前茅的多相流试验装置。

（3） 得到了政府、国际组织和大石油公司的巨额财力支持。仅1985年，由法国石油研究院和法国道达尔公司、挪威国家石油公司共同发起的“海神”多相泵研究计划就耗资约2.5X108元，这也是欧洲在多相流研究方面处于世界领先水平的重要原因之一。

此外，美国、加拿大和日本的一些研究机构、大学及石油公司也一直在从事多相流的研究。从近20年的情况看，当今世界石油工业多相流研究的中心仍在欧洲。

46

大庆石油学院本科生毕业设计（论文）

1.2.2 国内发展状况

目前，我国石油天然气勘探开发已呈现出两个显著的特点： （1） 新增储量多位于滩海、沙漠等边远地区。

（2） 东部老油田为保持稳产，勘探和开发向油田周边地区发展，越来越多的周边低产小油田将投入开发，此外许多老油田已进入开发后期，油井压力下降，含水率高，为了提高产量，而使产液量急剧增加，因此地面集输系统急需改造。

埋地混输管道在我国海洋石油工业中的应用[3]：

（1） 我国近海油气田开发中，锦州20—2凝析气田湿天然气采用管混输，管道全长51km，管径304.8mm，最大设计压力7.4MPa，平均输气量12OX104m3/d，凝析油600m3/d，气液比约2000m3/m3，全程压降1.0—1.3MPa，管道运行良好。

（2） 东海平湖油气田也采用湿天然气长距离混输。管道全长386 km，管径335.6 mm，设计压力10.5MPa，平均输气量130X104m3/d，凝析油300m3/d，气液比约4300m3/m3，计算全程压降3.0—3.3MPa，管道已建成并投入使用中。

由此可见，埋地混输技术在我国是比较有发展前景的。但是，目前我国这项技术还是滞后的状态，所以很有必要加强这项技术的研究，对一些关键技术（如混输泵）进行重点攻关或引进技术。

1.3 埋地混输管道的应用领域

随着沙漠油田，深海油田和极地油田的不断开发，埋地混输的现象在许多管道上普遍存在。例如深海油田开采出来的多相流，在海洋平台上不进行气液分离，而是通过长距离海底管道直接混输到岸上在进行气液分离处理；在沙漠油田，由于气候条件比较恶劣，往往从采油矿场将多相流混输到气候条件比较好的地方再进行分离处理。由此可见，埋地混输的温降研究的应用领域是十分广泛的。

1.4 埋地混输管道温降计算的复杂程度

埋地混输管道的温降计算和单相气体或液体有明显不同，气液混合物不仅通过管壁向外界散热而且气液之间还存在质量交换和能量交换的问题。而且，气液混合物中若有气体存在，就要考虑焦耳汤姆逊效应引起的温降；若有液体存在，则要考虑液体摩擦生热引起的温升。由于混输管道是埋地铺设的，其温降还受大气环境温度周期性引起的土壤温度的周期性变化，延迟及土壤变热的影响。另外，多相管流中流态的多样性和难确定性，气液界面的不稳定性，流体参数的难确定性都增加了设计的难度。由此可见，本课题的研究需要进行大量的理论分析和广

47

大庆石油学院本科生毕业设计（论文）

泛的实际应用。

第2章 埋地混输管道温降计算的研究方法

油气多相管流工艺计算主要采用黑油模型和组分模型[4]。

对于黑油模型，可采用经验关系式来计算油气的体积系数、溶解气油比、油气比热容和密度等，然后采用经验关系式进行工艺计算。

对于组分模型，可以通过色谱分析得到井流物的组分(如C1，C2?C7，H2S、CO2和N2等组分)，然后利用状态方程、热力学相态平衡方程进行泡点、露点和闪蒸计算，计算出气液组分、气液密度、比热容及黏度等热物性参数，继而进行工艺计算，计算出压力、温度场数值。采用黑油模型和组分模型进行凝析油气集输多相管流工艺计算各有优缺点。

2.1 黑油模型的优缺点

目前，黑油模型建立在经验或半经验关系式基础上，计算精度取决于所采用的经验或半经验关系式的计算精度。

多相管流工艺计算大都需要借助经验和半经验关系式，这些经验或半经验关系式大都是在特定的试验条件(短距离、低压、小流量等)下得出的，具有一定的适用范围，在实验范围内使用这些经验关系式具有较高的准确性，但将这些经验关系式推广到实验范围之外(长距离、高压、大流量等)，就会产生较大误差，甚至会得出错误的结果。

2.1.1 黑油模型的优点

（1） 计算过程简单，不涉及繁琐的状态方程和相态平衡计算； （2） 计算速度较快； （3） 计算过程绝对收敛。

48