油气集输过程中压降模型与变化规律

2014-10-21孙萍萍

科学与技术 2014年11期

孙萍萍

摘要：本文研究了高含水期油气集输过程中流型以及压降变化。通过实验测得数据修正，并对油气集输管道的流型计算结果与实测流型进行了比较。同时根据实验数据利用最小二乘法对分气相折算系数经验公式进行了拟合修正，对拟合后公式计算井口压降结果与拟合前井口压降计算结果、实测压降以及模型计算结果进行了比较。研究证明，修正后的流行图以及冲击流压降模型计算结果与实测数据相吻合，误差较小，适合采油单位工程应用。

关键词：高含水期；油气集输；流型计算；压降

1 引言

近年来由于产出液中含水率增高，输送管道中伴有油气水多相流动的状况。随着管路中流动状况的改变，多相流流动机理呈复杂多变，目前国内外对该机理的研究尚未形成定论，尤其没有适合工程应用上的水利计算模型。油田输送管网的投资在总投资中所占比例有三成之多，而运行过程中的能耗占到生产总能耗的四成，因此，研究油气集输过程中管路中流体流动规律，预测油气集输管路中流体的流型以及压降变化规律，对管线设计以及改造具有重要的现实意义。本文以某联合站实测数据为依据，探索了高含水期油气集输管道流型和压降的变化规律。

2装置

为了研究高含水期油气水在管内的流动特性，给出适合工程实际的试验装置工艺流程，并在采油现场对所用试验装置进行了安装调试。该套试验装置全部利用实际油气水介质进行试验。试验管道为现有埋地井口到计量站间的集油管道，除流型及流态测试外，其余部分全部利用计量站现有设施。油气水混合物经集油管线到达计量站，从计量站分别进入试验装置，测试产液量、产气量、压力、温度、流型，对典型的流型拍摄，研究油气水混输的流型。

3 流型研究

3.1 流型选择

Baker提出的水平管流型分界图。它以大量试验和观察为基础，认为流型不仅和气液流量有关，还和气液物性有关。众多研究表明，水平管三相流流体本身物性会对流型的变化产生影响，该种情形下，选择广泛使用的Baker流行圖进行流型验证更与实际情况相符合。对现场采集的数据进行了验证。

3.2 模型修正

实验发现，当对高含水期油气水三相流进行流型预测时，预测结果与实际流型相比存在较大误差。针对管道中流体粘度较小的特点，应用实验现场所得的实测数据对Baker流型图的横纵坐标进行了拟合修正。利用拟合修正后集输管路中流体的流型重新进行了计算，结果表明管路中流体流型均为冲击流，与实测数据完全吻合。证明，经拟合修正后的Baker模型适用于采油厂高含水期油气水三相流流型的预测。

4 压降研究

4.1 模型修正

流型区分气相折算系数的经验公式。（公式4-1）；

（公式4-2）（公式4-3）；（公式4-4）式中： -分气相折算系数； -假设混输管路中只有气体流动时的压降，Pa； -单相气体的水力摩擦系数；X-质量含气率； -气体质量流量，kg/s； G-混输管路的质量流量，kg/s； D-管道内径，m；A-混输管路的截面积，m2； -气体密度，kg/m3。

4.2实测数据分析与模型验证

实验过程为了保证数据采集的准确性，采用间隔量油、测气的取样方式对某联合站的集油管道进行了系列测定。采用修正后的压降计算模型对井口压力进行了计算，通过对比实验测得数据与拟合所得结果进行了比较，未经修正的Baker模型不适用于高含水期压降计算，而修正后的Baker模型计算机结果与实测数据基本吻合。在多个实验数据的基础上，对洛-马公式中分气相折算系数的求法提出了修正。给出了冲击流和分散气泡流的压降计算方法。实验管径范围为13～150mm，以空气.水为介质，因此有一定的局限性。本研究中也同时使用模型对测试各段的井口压力进行了计算，对比结果显示，误差均大于修正后的Baker模型。因此，本研究结合某联合站实测数据对Baker模型的拟合修正，适合采油厂采油后期高含水油气集输的预测计算，适合工程应用。

4.3 误差分析

表1 压降模型计算结果与实测数据误差对比分析表

集油管道相对误差

Baker模型修正后Baker模型 Mandhane模型

486 18.34% 9.53% 17.54%

584 10.34% 5.77% 19.16%

329 14.67% 13.12% 42.35%

418 10.15% 7.49% 39.09%

623 13.14% 3.85% 17.84%

165 17.31% 8.65% 20.13%

5 结论

（1）对某联合站集油管道中高含水期油气水三相混输管道的压降及相关参数进行了现场测试。根据测试数据，对Baker流行图以冲击流压降模型进行了修正。（2）对现场测得数据，采用修正后流行图进行了流型计算，所得流型与现场测得流型相吻合，结果证明修正后的流行图适合采油厂高含水期油气水三相混输管道流型判别。