海洋集輸管道嚴重段塞流控制管理

馬亮（中國石油天然氣勘探開發(fā)公司，北京　100034）

海洋集輸管道嚴重段塞流控制管理

馬亮（中國石油天然氣勘探開發(fā)公司，北京100034）

由于嚴重段塞流現(xiàn)象給海洋油氣生產(chǎn)造成了極大困擾，本文總結(jié)了生產(chǎn)中常用的控制方法，如節(jié)流法和氣舉法等，并分析了各種控制方法的優(yōu)缺點及適用性。節(jié)流法適用范圍更廣，但容易造成能量損失，降低油田產(chǎn)量；氣舉法能夠提升產(chǎn)量，保護下游設(shè)備，但需要充足的氣源支持。

嚴重段塞流；控制；氣舉；節(jié)流

隨著深水油田逐步得到開發(fā)，越來越多的海洋多相流集輸管道投入使用。與鋪設(shè)兩條管路分別運送原油和天然氣相比，混輸管道降低了建設(shè)成本和運行維護費用［1］。然而，海底集輸管道由于其集輸距離較大，受制于海洋生產(chǎn)環(huán)境存在下傾管～立管或水平管～立管等集輸管型，容易產(chǎn)生嚴重段塞流。嚴重段塞流由于其強烈的流速及壓力變化會增大井口背壓同時損害下游分離器等設(shè)備，嚴重影響正常生產(chǎn)。故了解嚴重段塞流的特征，開展對嚴重段塞流控制的研究是非常必要的。

1　嚴重段塞流特性

嚴重段塞流通常發(fā)生在氣液相流速較低情況，由于下傾管處容易形成分層流，氣體被堵在立管底部，只有液體可以進入立管形成液塞。其特點是壓力和管道氣液相流速的劇烈變化。典型的嚴重段塞流呈現(xiàn)嚴格的周期性變化，一個周期可分為4個階段［2］：

階段1：當系統(tǒng)中發(fā)生不穩(wěn)定流動，氣體被堵在上升管路底部，液體不斷的流入上升管路而上升管路中已有的氣體不斷排出，這樣就有可能在上升管路中形成一個高度小于分離器高度的液柱。這就會使上升管路液相流體增多，上升管底部壓力增大，壓縮上升管底部氣體并形成一個液柱累積區(qū)域，這個階段就叫做液塞積累階段。

階段2：隨著液柱高度達到上升管路頂部，氣體仍然被堵在上升管路底部，上升管底部壓力達到了最大值，在這時仍然只有液體可以進入上升管，這個階段叫做液塞流出階段。

階段3：隨著氣體不斷流入管道，上升管底部壓力不斷增大并推動液柱底部到上升管底部，這時就進入了噴發(fā)階段。

階段4：隨著氣體不斷滲入上升管，管內(nèi)氣相流體逐漸增多，管內(nèi)壓力下降，氣體不斷向上流動。當氣體達到上升管頂部時氣體流道完全暢通，在水平管和下傾管中是分層流，在上升管路中是間歇流/環(huán)狀流，這導(dǎo)致氣體猛烈排出，管路中壓力迅速下降然后又重新回到液塞形成階段。這個階段叫做氣體快速排出與液塞回落階段。

2　嚴重段塞流控制研究

在嚴重段塞流形成機理和特性研究的基礎(chǔ)上，學(xué)者們又開展了嚴重段塞流的控制研究。總體來說，嚴重段塞流的控制方法分為三種：一是改變管系或者流程的設(shè)計，比如改變管徑或加裝段塞捕集器；二是改變生產(chǎn)工況，比如改變?nèi)肟诹魉倩蛘{(diào)整背壓；三是采取氣舉或節(jié)流等措施消除段塞。在現(xiàn)場生產(chǎn)中，由于生產(chǎn)流程及工藝都已確定，故操作者只能采取第三種方法消除段塞。

2.1節(jié)流法

（1）節(jié)流閥法

在立管頂部安裝節(jié)流閥，當管道內(nèi)流體流速較高時調(diào)節(jié)閥門，降低分離器入口的液體流速，保護下游設(shè)備。目前這種方法因其操作的便宜性在實際生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，但這種方法會增大井口回壓，造成能量損失，降低油田產(chǎn)量，尤其對于深水管線系統(tǒng)產(chǎn)量降低尤為明顯。

（2）PⅠD節(jié)流控制閥法

在分離器的入口安裝節(jié)流閥，PⅠD節(jié)流控制裝置進行反饋控制［3］。根據(jù)立管底部壓力調(diào)節(jié)PⅠD閥開度，降低井口回壓，控制流體速度，緩解嚴重段塞流現(xiàn)象。

2.2氣舉法

（1）立管底部氣舉法

在立管底部或下傾管尾部通過壓縮機直接注氣，這是消除嚴重段塞的一種較好的方法，可以顯著減小井口回壓，增加油氣產(chǎn)量，保護管道及下游設(shè)備，缺點是需要大量氣體，需要充足的氣源［4］。這種方法有一定的局限性，但這是目前應(yīng)用較多的一種方法。

（2）旁通管注氣法

將上游下傾管內(nèi)的氣體通過一條旁通管導(dǎo)入立管中。這種方法不需要額外的氣源，通用性較好；不需配備氣體容器、壓縮機等設(shè)施，減少了投資運行費用，但當入口氣速較低時并不適用［5］。

（3）管中管注氣

將一根細管插入立管中，并通過此管使氣體進入立管，這樣氣體就無法被堵在立管底部，使立管中沒有形成嚴重段塞流的條件［5］。從理論上小徑管置入的方法確實能夠消除或緩解嚴重段塞現(xiàn)象。但插入細管后可能導(dǎo)致無法進行清管等操作。

3　結(jié)語

嚴重段塞流現(xiàn)象導(dǎo)致的流速的瞬變和立管底部壓力的增大都給實際生產(chǎn)造成了非常大的困難和挑戰(zhàn)。目前比較常用的方法主要是節(jié)流法和氣舉法。節(jié)流法因為其操作簡便且無附加條件，在現(xiàn)場得到了廣泛的應(yīng)用。但因節(jié)流法會造成井口回壓增大，油田產(chǎn)量降低，在氣源比較豐富的地方，人們還是盡量采用立管底部氣舉法，從而更好地提高產(chǎn)能，保護管道和下游設(shè)備。

［1］徐孝軒，宮敬.海底油氣管道多相流動中的若干技術(shù)［J］.油氣儲運，2007，26（12）：1～7.

［2］王鑫，郭烈錦等.集輸～上升管路系統(tǒng)嚴重段塞流實驗研究［J］.工程熱物理報，2005，（5）.

［3］Jansen F E，Shoham O，Taitel Y.The elimination of severe slugging～experiments and modeling［J］.Ⅰnt.J.Multiphase Flow，1996，22（6）：1055～1072.

［4］李曉平.立管嚴重段塞流控制方法實驗研究［J］.中國海上油氣，2005，17（6）：416～419.

［5］趙越超等.強烈段塞流消除方法的試驗研究進展［J］.管道技術(shù)與設(shè)備，2004，2：1～7.

馬亮（1989-），碩士研究生，現(xiàn)就職于中國石油天然氣勘探開發(fā)公司，從事油氣長輸管道管理工作。