首站區域管網混輸液流動形態水力計算

陳爍宇 張春燕 鄭煒博 宋長山 趙伊龍

摘要：濱南采油廠稠油首站是油氣生產運輸的重要環節。區域內某接轉站至首站的外輸壓力持續升高，液量無明顯提升的情況下干壓提升25%。針對以上突出問題，通過單井、計量站、接轉站進出站管輸流程溫壓變化跟蹤分析，摸清此段管線內流體相態、流體流型，從而明確壓力上升原因，保障了濱南采油廠稠油首站區域外輸系統正常、降低區域油氣綜合能耗。

關鍵詞：外輸;壓力異常;流體相態

1稠油—水兩相管流流型

對于油水兩相流動，管道壓降與流型密切相關，為更好的分析壓降變化，首先需要對流型進行判定。根據油和水在管道中的分布情況，流型可大體分為以下幾類： Ew/o分散流、Ew/o&w間歇流、Ew/o&w分層流、Ew/o&w不完全環狀流、Ew/o&w水環流、Ew/o團&w環散流。

2管道參數

對于單56至稠油首站管線，由于含水率非常高（約為90.8%），且沿線地勢較為平坦，油水兩相流動的流型可能是以下流型中的一種：分層流、環狀流、不完全環狀流。

3水環流型壓降計算

（1）水環流型壓降計算模型的建立

在形成水環+Dw/o核流型時，假設入口含水率εw、混合流速Vm、水相粘度μw 、水相密度ρw、油相粘度 μo、油相密度ρo等參數已知。為了便于計算，忽略少量水相進入油相的影響，即將Dw/o核簡單視為純油相，則

水相就地流速Vw為：

油相就地流速Vo為：

油相所占管道截面積AO為：

水環所占管截面積AW為：

水環流型中水環為湍流狀態，內部油核部分為層流狀態，并且水相流速大于油相流速。

對于油-水兩相之間水力摩阻系數的取值，目前對其研究的并不深入。通常的做法是將界面水力摩阻系數等于流速較快相的水力摩阻系數。考慮到水環與Dw/o核之間的滑移，本文取界面水力摩阻系數λi為：

4分層流壓降計算

和水環流型一樣，假設有20%的油相混入水相，并且也有相同體積的水相混入油相。采用Richardson公式計算油中摻入水和水中摻入油后的表觀粘度。油中摻入水后的表觀粘度=3753.80 mPa.s;水中摻入油后的表觀粘度=3.244 mPa.s。

截面持水率約為50%。油相流速約為0.228 m/s，水相流速約為2.238 m/s。單位管道的壓降約為221.34 Pa/m。單56至稠油首站管道總壓降約為1.505 MPa，單56轉接站出口壓力約為1.905 MPa。

5分析討論

綜合以上分析計算可知，當油水兩處流型處于完全環狀流時，起點壓力約在0.65～0.8 MPa之間;處于光滑分層流時，起點壓力約在2.0MPa左右。水環流型壓降約為0.3 MPa，而分層流型壓降約為1.5 MPa。單56轉接站實際出口壓力在1.1～1.5 MPa之間，管道實際壓降在0.6-1.0之間，所以其流型應為不完全環狀流。

若單56至稠油首站管道壓降為0.605 MPa，經粗略估計，截面含水率約為74%。油相流速約為0.43m/s，水相流速約為1.5m/s。

處于不完全環狀流時，油品直接與管道上部接觸。高含水期的稠油在管道內輸送，懸浮在管流上層的油包水乳狀液會發生絮凝并聚集成塊，流動過程中與管壁接觸。分散在連續水相中的油滴在低溫時有聚結成團的傾向，當管流對油塊的切應力小于管壁對油塊的附著力時，集輸管道會發生粘壁現象（或掛壁現象）。

基于以上分析可知，不完全環狀流管段隨著油品粘壁（或掛壁）量的增加，產生界面滑移造成較大壓降。同時，隨著粘壁厚度的增加導致管道有效流通面積減小，管道壓降增大，進而造成起點壓力升高。

6總結

本文通過計算不同流型的壓降與實際參數對比，實現了單56至稠油首站的流型判定，對其引起的壓降變化情況進行了相應分析，通過實際對比，證實了該方法的可靠性。對造成壓降變化原因進行了分析，為其改進方向提供了合理指導。

參考文獻：

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