基于CFD比較海水溫度對海底輸油管道周圍海泥溫度場的影響

孫守蒙

（東北石油大學，黑龍江大慶 163318）

基于CFD比較海水溫度對海底輸油管道周圍海泥溫度場的影響

孫守蒙

（東北石油大學，黑龍江大慶 163318）

隨著全國各大油田開采力度的逐漸加大，各大油田已經進入高含水的后期開采階段。為了緩解產能過低的問題，海上采油逐漸走入人們的視野，成為今后石油開采的重點對象。海上采油多采用海底輸油管道，由于海底輸油管道身處特殊的深海環境，極易因為水溫較低而生成水合物。因此通過CFD 軟件分析海水溫度對海底管道周圍海泥溫度場的影響來判斷水合物的防治措施。

海底；輸油管道 ；水合物 ；CFD 軟件 ；影響

隨著全球范圍內油氣資源的過快消耗和陸地原油開采力度的加大，國內各大油田基本都進入了高含水的后期開采階段。以大慶油田為例，大慶油田歷經50多年的開采。開采初期年產 5 000 萬 t，穩產 27a 之后原油產量逐年遞減，許多采油區塊已經進入高含水的后期開采階段，有的區塊油井產液含水率已經高達60%。如何提高油氣產量已成為新的焦點。在陸地油田產能不足的情況下，海上采油技術逐漸走入人們的視野，成為世界各國競相發展的重點。

海上采油多采用海底輸油管道，由于海底輸油管道身處特殊的深海環境，極易因為水溫較低而生成水合物。本文選取深海輸油管道做為研究對象，通過分析海水溫度對海底管道周圍海泥溫度場的影響程度的大小來判斷針對防治水合物應該采取的措施。

1 海水溫度對管道周圍溫度的影響

海底熱油管道正常工況下內部原油的溫度遠遠高于外界環境溫度，管道停輸后會源源不斷地向外界環境（海底濕泥或者海水）傳遞熱量。管道與外界環境之間的溫差隨著停輸時間的增加而減小，其熱流量也逐步減小，當油溫下降到與周圍介質溫度一致時降溫過程即終止。嚴格來講，海底熱油管道停輸后的溫降過程是一個伴隨傳熱方式轉變、相變以及移動邊界的三維非穩態傳熱過程。

為考慮不同海水溫度對管道周圍溫度的影響，根據區塊數據近底層水溫最高溫度 3.5℃和最低溫度 2.0℃，建立海底管道運行過程的傳熱數學模型，利用有限容積法對方程進行離散，采用 SIMPLE 算法進行求解[1-3]，繪制了管道周圍海泥溫度隨距管中心距離的變化曲線，如圖1所示。

圖1 不同海水溫度對管道周圍溫度的影響

2 結論

通過觀察圖1可以得出以下幾點結論：

1）海水溫度微小的變化就可以引起管道周圍溫度場的大幅度變化，無法忽略海水溫度對管道周圍溫度的影響。

2）海底管道周圍海泥的溫度與海水溫度直接相關的。在海底管道穩態運行時，海水流速對管壁散熱量的影響很小，因此，可以忽略海水流速而只考慮海水溫度對海泥溫度場的影響。

3）輸送油品的溫度是影響管道壁面熱量擴散的主要因素之一。海底管道周圍海泥的溫度與海水溫度是直接相關的，夏季海水溫度較高時，輸油溫度可以適當降低，而冬季海水溫度較低時，則需要提高輸油溫度。

[1] 高艷波，馬貴陽，劉宏宇，等.海底熱油管道周圍海泥溫度場的數值模擬[J].工業安全與環保，2013，（5）：89-91.

[2] 肖治國，李成鋼.海底管道清管技術研究[J].中國石油和化工標準與質量，2013，14：109.

[3] 張淑艷，李偉，郭智陽.海底輸氣管道平均壓力的計算與研究[J].中國海洋平臺，2013，（3）：33-36.

Effect of Seawater Temperatures on Temperature Field of Marine Mud around Sea Oil Pipeline Based on CFD

Sun Shou-meng

With the development of the major oil fields in China，the major oil fields have entered the stage of high water recovery. In order to alleviate the problem of low production capacity，offshore oil gradually into the people’s vision，as the focus of future oil exploration.Offshore oil use more use of submarine pipeline，because the submarine pipeline in a special deep sea environment，easily because the water temperature is low and generate hydrate.In this paper，the influence of seawater temperature on the temperature field of sea mud around the submarine pipeline is analyzed by CFD software to determine the hydrate control measures.

submarine；oil pipeline；hydrate；CFD software；influence

TE88

B

1003-6490（2017）06-0059-01

2017-05-06

孫守蒙（1993—），男，黑龍江肇東人，在讀研究生，主要研究方向為石油與天然氣工程。