基于Fluent的海底输油管道停输温降数值模拟

随着海上油田的大量开发,对海底输油管道停输过程传热问题的研究迫在眉睫。加热输送的原油管道在运行过程中,不可避免地会遭遇油田停电和管线维修等意外,造成停输。这时油管内原油的黏度随油温下降而升高。当油温降到一定值后,会给管道的再启动带来极大的困难,甚至造成凝管事故。为避免凝管事故发生,需要准确预测海底管道管内原油的温降情况及安全停输时间,分析影响停输时间的因素。利用Fluent软件对海底输油管道停输温降进行数值模拟。计算结果表明,保温层厚度和海水温度对停输时间影响非常明显。模拟结果可指导生产实践。     

稠油管道安全停输时间的数值计算

针对稠油低凝点、高黏度的特点,以稠油凝点、泵提供的压力上限、规定的启动时间及管道末端的流量为约束条件,建立了稠油管道安全停输时间的数学模型。给出了其相应数值计算方法,并以辽河油田盘锦线稠油长输管线为例计算其安全停输时间。计算的安全停输时间与实际安全停输时间相对误差不超过10%,可以认为建立的稠油管道安全停输时间数学模型及数值计算方法可行。     

原油长输管道安全输送防护技术实践研究

在原油运输方式中,长输管道是一种运输量大、运输成本低、安全性高的运输方式。目前,我国原油的输送量越来越大,在这种形势背景下,原油长输管道输送中的安全问题也日益突出。在原油长输管道输送过程中,影响输送安全的因素是多方面的,因此,加强对原油长输管道安全输送防护技术的研究非常重要。本文对原油长输管道安全输送的防护技术进行了介绍,并在此基础上对原油长输管道的管理提出了一些意见,希望能够为今后我国原油长输管道安全输送提供一些帮助。     

中缅天然气管道清管临界积液量研究

中缅天然气管道积液导致管输效率低、腐蚀加快、管道节点压力高,目前采取频繁的清管措施,不但影响正常供气,还存在磨损管壁、卡球、憋压等风险,给安全生产带来了极大隐患。为此,根据积液量越多管道节点压力越高的特点,提出通过确定管内压力升高到接近管道设计压力时临界积液量的方法,以此判定管道是否需要清管。首先根据气液两相流理论,采用OLGA多相流仿真软件,将管道沿线分布的温度、压力模拟值与实际运行参数进行对比以校核模型的准确性,然后分析了管道在不同输量下运行,达平衡态时的临界积液量。结果表明:当管道输量为1 000 m~3/d时,管内积液量最大为3 100 m~3;且随着输量的不断增大,管内临界积液量逐渐降低;为减少清管次数可增大输量到3 500 m~3/d。该成果对提高起伏管线输送效率、降低能耗和清管风险具有重要意义。     

油气田长输管道焊接质量控制策略之我见

管线的广泛应用要求管线必须安全运行。本文从多个方面探讨了油气田长输管道焊接的质量控制,提出了一些相应建议,供同行参考。     

原油热输管道的最优运行模型

以降低原油热输管道的运行费用为目的，分析了原油加热管道在在稳态运行过程中运行费用的主要构成．以原油热输过程中的单位热力费用与单位电力费用之和即单位能耗费用作为目标幽数，给出了原油热输管道最优运行的一个新经济模型．该模型全面考虑了原油温度沿管线的真实分布对原油热力特性和流体动力特性的影响以及输率对泵效的影响因素．实例计算表明，该模型对影响因素反映比较全面，准确，收敛速度比较快，数值稳定性比较好并使计算的泵效值始终等于实际运行的泵效值．     

热油管道停输过程中土壤温度变化规律研究

由于热油管道的计划检修和事故抢修都在管线停输情况下进行 ,停输后 ,管内存油油温不断下降 ,存油黏度随油温下降而增大 ,存油黏度上升到一定值后 ,会给管道再启动带来极大的困难 ,甚至会造成凝管事故 .为此 ,为了确保安全经济地输油 ,研究了管路停输后的管内油品及周围土壤温度场的变化规律 ,确定允许停输时间 .根据热油管道停输后油品和管道周围土壤的热力变化工况 ,提出了土壤温度场传热定解问题 ,并通过运用数学分析法 (保角变换、拉普拉斯变换 )对其进行数学求解 ,得出土壤温度场的解析式 .该解析式的计算值比由源汇法及当量环法所得到的解析式的计算值更接近于实际测量值 .编制了相应的软件 ,为更合理地确定在不同季节安全停输时间提供了科学计算依据     

热油管道停输过程中土壤温度变化规律研究

由于热油管道的计划检修和事故抢修都在管线停输情况下进行，停输后，管内存油油温不断下降，存油黏度随油温下降而增大，存油黏度上升到一定值后，会给管道再启动带来极大的困难，甚至会造成凝管事故。为此，为了确保安全经济地输油，研究了管路停输后的管内油品及周围土壤温度场的变化规律，确定允许停输时间。根据热油管道停输后油品和管道周围土壤的热力变化工况，提出了土壤温度场传热定解问题，并通过运用数学分析法（保角变换、拉普拉斯变换）对其进行数学求解，得出土壤温度场的解析式。该解析式的计算值比由源汇法及当量环法所得到的解析式的计算值更接近于实际测量值。编制了相应的软件，为更合理地确定在不同季节安全停输时间提供了科学计算依据。     

油气长输管道综合评价模型设计与实现

现有的管道安全评价模型普遍采用专家打分法等主观性方法,但在确定权重时,受主观意识影响较为严重,存在评价结果与现场实际吻合度不高、评价结果不够全面等缺点。笔者针对油气长输管道安全评价实施现状及评价需求,在对油气长输管道安全评价目标和特点分析基础上,确定了油气长输管道的主要评价指标,应用模糊数学方法建立了油气长输管道综合评价模型,并对评价模型的关键技术进行分析,其中综合运用变异系数法、层次分析法进行量化分析准则层权重,通过建立优先关系矩阵和模糊一致矩阵的方法确定指标层权重。通过算例验证了所推出模型的可行性和准确性。     

长输油气管线风险概率分析软件研究

目前有关管道风险分析软件仅处于半定量化水平,且实用水平普遍较低.应用系统风险可靠性分析的基本原理,以油田长输管线为分析对象,确定管线服役过程中的失效事件为顶事件,应用故障树分析法(FTA)建立故障树,并对其进行定性和定量分析,得出故障树的全部最小割集和顶事件的发生概率.对各基本事件的结构重要度、概率重要度和关键重要度进行了计算.重点介绍了长输油气管线风险概率分析软件的总体结构、功能及其实现过程.最后给出了应用实例.     

塔河凝析油防蜡剂的研制及防蜡效果评价

高含蜡原油加防蜡剂是改善原油低温流动性能和防止原油在管输过程中结蜡的主要方式之一.塔河油田凝析油析蜡点较高,在冬季地温较低时管道内有大量蜡结晶析出,给管道的安全运行带来隐患.根据塔河凝析油的基本物性,研制了高分子防蜡剂SMAE18,考察了该防蜡剂的最佳加剂条件,并对其在不同条件下的防蜡效果进行了室内实验评价.实验结果表明:该防蜡剂对塔河凝析油具有较好的防蜡效果,但异常降温和短时间的高速剪切作用使其防蜡效果严重降低.加剂塔河凝析油的析蜡点从23℃降为18℃,黏度也下降了30.1%,说明SMAE18防蜡剂也有效地改变了塔河凝析油的低温流动性能.     

考虑启动压力梯度的断块油藏CO2/N2复合气体吞吐注采参数优化

冀东油田高12断块油藏砂体规模小、渗透率较低、难以建立有效驱替关系,注入压力高,注水困难,水驱开发效果较差,但油藏温度和压力较高,适宜通过注气来提高油藏采收率。低渗油藏普遍存在启动压力梯度,对实际油藏开发造成影响,针对高12断块油藏,建立高12断块注气开发的三维地质模型,在室内启动压力梯度实验的基础上,得到启动压力梯度与渗透率的公式,在数值模拟软件考虑启动压力梯度与渗透率的变化关系。但长期注入CO2导致的管线腐蚀问题日益突出,N2作为良好的增能气体,将二者结合形成复合气体进行吞吐,可缓解对管线的损害。利用数值模拟方法,进行了衰竭阶段单井产量、段塞比、转注时机、注入量、焖井时间、注气阶段采油速度优化。最终得到该区块最优吞吐注采参数：衰竭阶段单井产量为15m3/d;段塞比为7：3;转注时机为衰竭阶段的日产油速度降为4m3/d时;注入量为60 000 m3;焖井时间为15天;注气阶段采油速度为25m3/d,为高12断块油藏提高采收率提供了方法技术借鉴。     

低气液比凝析气井井筒压力计算方法研究

凝析气井在生产过程中,随着产气量、产油量、产水量的变化,井筒中不同位置处的压力也随之变化,当压力降低到露点压力以下时,会出现反凝析现象。在考虑井筒温度变化的基础上,综合利用Hagedorn-Brown方法,提出了低气液比凝析气井井筒压力预测方法;该方法主要拟合反凝析液量与压力的关系,求得不同压力下反凝析液量,将反凝析量对井筒压力的影响考虑在内,可准确预测不同生产时期低气液比凝析气井井筒中不同位置处的压力,能更好地指导低气液比凝析气井的生产。     

油层内非线性渗流分布区域确定方法

 针对非线性渗流对应的压力梯度范围以及油层内的分布区域进行了研究.依据实验确定最小启动压力梯度,结合最小启动压力梯度、最大启动压力梯度与喉道半径的关系,提出了先计算极限剪切应力,然后再计算最大启动压力梯度的方法.通过回归分析得到非线性渗流对应的压力梯度范围,该压力梯度范围与注采井间压力梯度剖面相耦合,即可得到油层中非线性渗流分布区域,两个井组的实例分析表明,非线性渗流分布区域与油井动态吻合,从而证明该方法可行.根据注采井间压力梯度分布计算公式,提出了新的极限注采井距确定方法,对开发方案中注采井距的确定具有重要意义.     

油田开发多目标产量分配模型及其应用算法研究

利用功能模拟原理（微分模拟方法及神经网络方法）建立的油田开发指标关联关系,研究并建立了油田开发规划的多目标产量分配优化模型。该模型成功地解决了油田的总产量及对应的工作量、成本等其它开发指标最优地分配到各二级开采单位的产量最优分配问题。针对非线性多目标规划问题,采用改进的HookeJeeves算法求解,并将该模型及算法应用于国内某中后期开发油田的开发规划中产生了较好的经济效益。     

基于人工神经网络的原油管道蜡沉积速率模型

从原油输送管道实际出发 ,利用试验室自制的蜡沉积试验环道对大庆原油进行蜡沉积试验 ,研究了多种因素对原油管道蜡沉积规律的影响 .利用人工神经网络的方法模拟各种影响因素与原油管道蜡沉积速率之间的映射关系 ,建立了多因素非线性影响下的蜡沉积速率模型 .该模型结构为4- 7- 1的三层 BP网络模型 ,它考虑了管壁处的剪切应力、管壁处温度梯度、管壁处蜡分子浓度梯度和原油的动力黏度对管道蜡沉积速率的影响 .利用该模型对实际管道蜡沉积速率进行预测的结果表明 ,利用神经网络方法建立的蜡沉积速率模型预测精度高 ,误差在 2 %以内     

高含水期原油低温集输温度界限模型研究

随着油田进入高含水期,原油流动特性发生了较大变化,而传统的集输工艺流程能耗较高,为了降低集输能耗,急需对管道低温集输温度界限进行研究。因此,在华北油田测试区块建立了可视化试验装置,研究实际生产过程中高含水原油低温集输特性和温度界限。研究结果表明,随着集油管线温度的降低,存在3个压降变化的转折点,其中压降增加率突变点和压降峰值点所对应的特征温度可作为低温集输的温度界限,据此拟合得到了满足实际生产需求的黏壁温度回归模型。基于所得模型,针对不同工况下低温集输的温度界限进行了预测,并据此创建了低温集输可行性的图示判断工具。所得结果对高含水期油田实际生产中低温集输的可行性判断及其安全运行管理具有指导意义。     

永冻区埋地管道周围土壤水热力耦合数值计算

基于中俄原油管道永冻区工程建设特点,建立冻土多孔介质水热耦合数学模型。地表环境温度采用周期性边界条件,利用SIMPLER算法进行数值求解,得到埋地热油管道自第一年4月末投产,不同月份土壤温度场、水分场、冰水相变界面移动规律随环境温度周期波动的变化关系,并利用ANSYS软件对土壤水热耦合温度场进行冻胀应力分析。结果表明:在地表温度的周期波动下,较长时间内管道周围土壤温度变化剧烈,且受温差和重力的影响,土壤中水分产生了沿管道中心线自上而下的自然对流,随地表以下不同土层温度的不断变化,自然对流涡旋中心形态及强度变化明显,温度梯度对水分迁移影响较大;随着地表温度的升高,管道上方土体的融沉速率略大于管道融沉速率;伴随着融化圈的不断扩大,管道附近土体受较小应力作用范围大,容易发生不均匀冻胀。     

海底埋地管道启输计算模型的建立

目前的海底埋地输油管道启输计算模型没有具体分析海水本身自然对流换热对管道启输的影响,启输计算模型能否应用于海底埋地输油管道启输计算需要实际投产来验证.因此急需研究海底输油管道预热计算模型满足海上油田开发的需求.对海底埋地输油管道进行了传热分析,建立了海底埋地输油管道三维物理模型,分析了海水本身自然对流换热对管道启输的影响情况.通过处理物理模型将管道启输传热模型简化为一维圆环传热模型,并进行了模拟计算和试验验证.模拟计算和实验研究对比表明:①当海水底流流速小于1.5m/s时,在此区域内海水自然对流换热对海底输油管道传热影响可以忽略不计.②海底输油管道正常矩形散热区域转换为圆环区域后其散热量基本不变,可见海底输油管道转化为一维模型是可行的.③在验证稳定状态沿程温降的过程中,发现各个测温点的绝对误差不超过0.1℃,说明该启输计算方法具有很高的置信度.     

热油管道油温波动随机数值模拟及影响因素敏感性分析

综合采用有限容积法、有限差分法、Monte Carlo算法和POD算法建立埋地热油管道沿线油温的随机数值模拟算法,使用Sobol全局敏感性指标进行敏感性分析,综合评价出站油温、流量、压力、埋深、埋深处自然地温、土壤导热系数、油品黏度和密度的随机波动对管道沿线油温波动的影响。计算结果表明:进站油温模拟结果与现场油温均值偏差在0.1℃以内,标准差的偏差为0.006~0.023℃;出站油温、流量、埋深处地温和油品黏度4个参数的不确定性对四堡进站油温波动的敏感性指标之和为77.44%,河西站的该指标为80.86%,进站温度的随机数值模拟中主要考虑这4个参数的不确定性即可。