適用于高氣油比的簡易段塞流控制技術

改造者：紀永波 寇志軍 紀翊杰

適用于高氣油比的簡易段塞流控制技術

改造者：紀永波 寇志軍 紀翊杰

本文簡要說明了常規指狀段塞流捕集器、容積式段塞流捕集器的使用條件，詳細闡述了高含氣油比油田簡易的段塞流控制技術的原理、孔板流量計的計量原理，以及高氣油比管道儲液能力的計算等內容。

段塞流是油氣混輸管道中經常出現的一種流態，其流動特征表現為站內設備間歇出現流量和壓力大幅度變化。當嚴重段塞發生時，設備內瞬時液體流量能增大到平均流量的 3～10倍，而氣體流量則迅速降低；當段塞通過后，設備內瞬時氣體流量會激增。流量和壓力的劇烈波動，往往使液量瞬間超過設備的處理能力，迫使下游設備關閉，造成停產，甚至會產生強烈振動，疲勞損壞管道和設備。

常規段塞流捕集器

段塞流捕集器是油氣混輸管道末端常用的一種氣液分離緩沖設備，可以有效的分離和緩沖液體，確保下游設備平穩運行。常規使用的段塞流捕集器可分為指狀段塞流補集器、長管式段塞流補集器、容器式段塞流補集器等。

指狀段塞流捕集器和長管式段塞流補集器由于管束多、尺寸長、容積大，因此能夠容納較多的液體，通常超過100m3的段塞流宜采用上述兩種段塞流補集器，

但是由于尺寸長、體積龐大，一般用在陸上油田。

容器式段塞流捕集器一般體積較小，有效段塞流緩沖容積一般在100m3以下， 由于體積較小，既可以在海洋平臺上使用，又可在陸地上使用，缺點是由于體積較小，遇到大規模油田時需要多臺使用才能滿足要求，油氣物流的均勻分配成為了難點。

簡易段塞流控制技術

下圖為簡易的段塞流控制方案，在生產分離器前增加孔板流量計和調節閥，同時將分離器器的液位控制信號連接到調節閥，通過高位控制器來控制調節閥的開度，當段塞流抵達分離器入口時，孔板流量計首先檢測到管道內液量增加，會自動調低調節閥的開度，減小進入生產分離器的液量，當段塞流過去，流量恢復正常，孔板流量計會將流量信號傳導到調節閥，將調節閥的開度恢復到正常。在生產操作過程中，如果生產分離器液位達到高液位報警，液位信號會起主導作用，覆蓋掉流量信號，并觸發分離器前的調節閥臨時關閉，當生產分離器液位下降到正常液位時，液位信號臨時失去作用。

原理分析

OLGA段塞流計算結果

兩相混輸管線流動特性較為復雜，加之地形的多變性，很難手動計算出管線段塞流情況，因此我們采用OLGA多相流瞬態模擬軟件對混輸管線進行段塞跟蹤模擬。

伊朗南阿油田地面工程站外集輸系統采用油氣混輸方案，管線從單井由不同的計量站混輸進入接轉站，油田設計處理能力為3200萬t/年，進站壓力0.55MPag，井口回壓小于2.0MPag。計算結果表1。

表1 OLGA主要輸入參數及動態模擬結果

原理分析

孔板流量計的計量

油氣混輸管道油氣介質共存，在油氣不分離的情況下，流量計很難精確對油和氣分別進行計量。

孔板流量計對油氣混合物的計量主要是利用液體通過孔板的壓差遠遠大于氣體通過同一孔板的壓差，從而忽略掉氣體通過孔板產生的壓差，反映到儀表的壓差主要是液體產生的。

油氣集輸管線液體儲存能力的計算

以表1計量站1為例計算計量站到接轉站管道的段塞流儲存能力。

管線正常操作壓力為1.5MPa，管線設計壓力100MPa。根據理想狀態方程計算管道的段塞流儲存能力。

從表2可以看出，當管線操作壓力從1.5MPa增加到100MPa時，管線由于氣相空間被壓縮，儲存能力會由116m3增加到483m3，管道液體儲存能力增加367m3，大于段塞流的液量333m3。

表2 管道儲存段塞流的能力計算

應用實例

該段塞流控制技術在伊朗南阿油田、拉利油田等多個油田使用，取消了常規的指狀段塞流捕集器和容器式段塞流捕集器，應用效果良好，有效解決了段塞流對下游管線和設備的沖擊，保證了設備的平穩運行。

紀永波1寇志軍1紀翊杰2

1.中國石油集團工程設計有限責任公司北京分公司；2.四川大學

紀永波，出生年月：1967年8月，性別，男，學士學位，高級工程師，研究領域為：油氣集輸處理。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.16.039