大翻越管道油气混输波动压力特性及其控制研究

来源 :西南石油大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tanjuan1980
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管道运输具有输送费用低、通过能力大、安全系数高等固有特性,在油气输送方面占据重要地位。大翻越管道是指管道与水平面倾角大于30°的管道,与常规管道相比,其持气率、气相滑脱速度与压力波速等参数均随着流体的运移发生明显变化,加之油气相界面间相互作用、气相漂移及黏度物性差异等因素的影响,使大翻越管道油气混输的研究难度更大。大翻越管道油气混输波动压力的计算与混输流体的运移规律、混输密度、压力波速密切相关,其研究除了准确定义边界条件外混输流体的持气率、压力变化及压力波速等参数也是关键。因此深入研究油气混输过程中流体运移规律、压力波速、波动压力特性,有助于为后续管道设计及油气混输研究奠定理论基础。首先建立多相流动模型、多相压力波速模型及多相波动压力水力学体系,针对模型研制相应的计算模块,得到多相流动参数(压力、温度、持气率等),获得管道中变化的波速,在多相流动参数及压力波速参数获取的基础上,最后开展多相波动压力求解,并借助实验手段验证模型正确性,提出相应波动压力控制手段,主要工作及研究结果如下:(1)多相运移规律研究:建立大翻越管道油气混输运移模型,分析大翻越管道油气混输过程中的气体溶解度特性、管道持气率、管道出口压力等参数对运移规律影响。(2)压力波速研究:在求解混输压力、持气率的基础上,通过对双流体模型求解过程的改进,提出了考虑虚拟质量力的两相压力波速模型,从而建立油气混输压力波速模型,并分析混输量、混输管道出口压力等参数对压力波速的影响。(3)波动压力研究:考虑管道中油气两相流的弹性、管道泊松比、管道内压力波速的变化等因素的影响,提出了油气混输波动压力模型,并借助有限差分等数学方法,建立多相波动压力模型,得到了阀门动作引发阀门本体以及沿程管道波动压力的变化规律。(4)计算软件编制:基于前面建立的油气混输运移模型、压力波速模型以及油气混输波动压力模型,研发了《大翻越管道油气混输流动规律及波动压力分析系统》软件。该软件可实现大翻越管道油气混输溶解度特性分析、混气量和油水混合比对持气率的影响分析、压力与温度等对压力波速的影响分析,以及油气混输、混气量、阀门关闭时间等因素对油气混输波动压力的影响分析。(5)实验验证:在西南石油大学三期多相流实验场,开展了油气混输波动压力的相关实验研究,揭示了阀门调节过程中油气混输流动的真实规律。研究表明,多相波动压力同油相波动压力相比,气相的混入量对波动压力影响较显著,这不仅与气相对管壁的摩阻有关,更与气体对波动压力传输过程中的能量耗散有关;在混输过程中,阀门动作产生的波动压力不可忽略,在第一个周期内,最大波动压力出现在阀门处。(6)控制方法研究:从控制波动压力的角度,提出三种控制波动压力的新方法,分别为建立限压条件下阀门动作路径模型、通过双阀门串联降低波动压力和采用设计的一种双连体装置减小波动压力。
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