油气储运气液两相流常温输送工艺

油气储运气液两相流常温输送工艺

王冬瑾

国家管网集团工程技术创新有限公司华东设计院  江苏  徐州  221008

摘要：探讨了原油储运过程中压力损失的规律，介绍了国内外在常温下的压力损失计算方法，并对其特性和发展进行了论述。以期为国内油气储运气液两相流常温输送工艺的优化和加强提供借鉴。

关键词：石油、天然气、石油、石油、天然气、液体

1集输过程的压力损失规律

对混合储运管线压力损失规律的研究，将对推动石油和天然气在常温条件下的储运技术的发展提供新的指导。井下气液混合管线压力损失的计算属于多相流动问题。在常温下，压力损失的计算仅仅是一个特例。影响压降的因素除了包括运行参数外，还包括管道的特殊形状以及多相间的流型。

1.1压力损失与运输温度的关系

两相流动的温度对压力损失有很大影响。通过对实验数据的分析，发现压力损失与输送温度成正比。在单相气体介质中，气体的温度主要决定于气体的温度。也就是说，随着温度的升高，碰撞的次数越来越多，移动速度也会越来越快，能量的消耗也会越来越大。在单相液体介质情况下，随着输送温度的升高，原油的粘度降低，压力下降[1]。随着输送温度的降低，原油的粘度也随之增加。粘性越高，则会产生更大的摩擦。结果表明：液相压降与输送温度成正比；

在气液混合输送系统中，温度对压力损失的影响较大，而温度对压力损失的影响较大。除了一些特定的性能之外，它还包含了每个单相介质的特征。在70℃以上，气体是最大的压力损失，气体的碰撞次数越多，液体粘度越小，压力降越大，压力降越大，温度越高。当温度低于70℃时，气体分子间的碰撞速率降低，液相粘度增大，压力下降与温度成反比，而流体则成为摩擦力的重要原因。

1.2煤层气相比的效应

在混合输送管线中，油气比对压力损失的影响较大。油气比是指产油气比与可溶性烃比的比值。产气率是影响产气率的主要因素，有关研究表明，在生产油率中，随着产量的提高，气量增大，混合相趋于两相流；相反，两个相的流动是相对的。同时，由于流体模型的不同，其压力下降的效应也是不同的，它将直接影响到△P—t曲线的最低点，而且成反比关系，随着油气比的增大，其极限温度（或转向温度）也随之降低。

在液相中，溶解的气液比例即为可溶性油气的比例。在不挥发的原油中，随着压力和温度的变化，液化天然气的浓度下降，粘度下降，最后造成管线内的压降下降。

1.3两相流动的粘滞对压差的影响

搅拌液的粘度对压降有很大的影响。对于两相流动，其粘性主要是气相粘和液相粘度两个方面。目前，石油和天然气的储存和运输通常在20-70摄氏度之间，压力在0.2-1.5MPa之间。在此情况下，当温度下降时，气相的粘度会下降，而液体的粘度会快速升高。另外，两相流经横向管道时，有较大的流速。由于地心引力的不同，液体的相位始终在管子的下面或靠近管子的轴线上。在液相中，介质与管壁间的相间相互作用主要是通过液相来实现的，从而使液相比气相慢，从而造成了两相间的传输速率的不同[2]。这种不同的流速，会导致不同的压力损失。由此可以看出，压力下降的幅度主要取决于液体的粘度，而与气体的粘度之间的相关性较小。

2气液混输管线的压降计算

油气储运管道压力损失的计算是一种多相流动问题。在常温下，压力损失的计算仅是一个特例。除了参数外，还包括管道的特殊形状和混合相的流型。由前面的文献可以看出，压力损失受传热温度的影响较大。而油气比例对混合相流型有一定的影响，同时也能降低管道内的压力损失。由于两相流经横向管道时，流体与介质间的流体间存在一定的摩擦阻力，使流体的流动速度始终比气相的速度慢。液相粘性是影响和制约混合输送管线的重要因素。根据这一点，确定了气体-液体混合管道压力损失的计算公式：

1)给出了与管线操作状态有关的参数，并对输送温度（t）进行检测，以便判断液体相是否为牛顿流动或非牛顿流动。

2)若液相为牛顿流体，则在此温度下，液相通过温度（t）探测其粘度，从而决定其相态。在有关数值表中求出一个固定值，并利用相应的计算公式求出所需要的压力损失。

3)当液相为非牛顿流体时，通过对应的公式，得到了液体的剪切速度和温度。利用相关公式求出了流体状态，并对压力损失进行了计算。

在此，有学者提出了两相流的不同的流动模型。这里，根据贝克尔划分法，根据两相介质的分布形态，将气液二相流分为七种类型：气泡流、团流、层流、波状流、冲击流、环状流和雾状流。李德选等人则是根据之前的经验，通过计算摩擦系数、流量指标，得出了相应的压力损失计算公式。此方法可用于求解在常温条件下整条生产线的压力损失。所以，除采用的平均值为温度以外，液气混合气的流速也是采用的平均值。

3油气水三相混输管的特点及发展

油-气-水三相混合管线是石油、化工、石油等相关行业中广泛采用的一种输送技术，尤其是石油、天然气工业，在石油和天然气工业中得到了广泛的应用。原油采出后，在引进原油管线时，通常要对油气、油、水的混合流动特征进行分析，然后根据特定的方法，对管线压力损失进行计算，从而得到最优的运行工况，降低了投资的浪费，提高了原油的流动输送效率。在水平管线中，水汽混合对压力损失的影响是非常大的

[3]。在工程实践中，如何降低工程造价，确保管线的正常使用是十分必要的。因此，对油-水三相混输管线的特性进行分析，可以为管线布设提供依据。

在使用常温下输送混合管时，通常表现出如下特征：

1)提高了原油的稳定性，可有效地提高了轻油的回收率，降低了输送体系中的油气损耗，简化了井口，改进了联合站。

2)省去了井口及计量站的供热装置，节约能源，便于入行管理，有利于安全生产。

3)与原来的工艺相比，其在加热工序中的设计工作量减少，建筑投资减少，同时也降低了成本。

4)进一步简化了可以减少本地压力降的流量测量站。在油田的输油管线上，总投资占整个油田总投资的1/3，而输油管线的能耗却始终占据着总能耗的2/5。另外，在常温下的混合输送技术，既可以利用残余压力，又可以利用余热井口进行未经加热输送的油水混合物，也可以作为一个关键的连接，在一个完全密闭的分散工艺中。因此，要使其在常温下最大限度地利用地下能，从而达到节约投资、降低能耗的目的，才能有效地提高经济效益。

在石油、天然气和水三相混输的情况下，不同的研究人员对其在管道中的流型进行了界定。三相流的流型和二相流基本一致，贝克的流型可以用来描述三相流的流型。然而，由于三相流中存在着另外一种分流型，其对三相流的影响不能用常规二相流的流场规律来判断。所以，必须考虑按流量模式进行分区。

4结论

气-液两相流的研究是一个很有代表性的问题。早在20世纪初期，国外就开始了对多相流输送技术的研究。至今，国内外的学者都在进行着这方面的研究。本文的研究方向包括两相流动和多相流动，并根据流型、管道内压力降、温度场、不同流型的传热规律、质与气之间的传热规律等多个方面进行了深入的研究。70年代末以后，中国对多相流规律的研究就比较多。经过国内外有关学者的共同努力，对多相流进行了深入的研究，初步形成了中国多相流研究的先河。本文根据天然气管道压力损失规律和管道压力损失的计算，对天然气、水三相混输管道的特性及其发展前景进行了深入的探讨，以期为国内天然气多相流的常温输送技术的优化与强化提供借鉴。

参考文献

[1]张修刚,牛冬琴.水平管内油水两相流动摩擦压降的实验研究[J].油气储运,2003,22(2):47-50.

[2]李德选,周立博,聂宝京.气液两相流常温输送工艺及压降计算[J].油气储运.1986,5(6):5-10.

[3]杨广峰,吴明,王卫强,等.油气储运[J].水平管油气水三相流的发展进展.2006,25(3):1-6.