油气集输-第四章-矿场集输管路课件.ppt

1、12022-8-4油气集输油气集输中国石油大学储建学院储运工程系中国石油大学储建学院储运工程系油气集输油气集输课程组课程组22022-8-432022-8-4一、气液两相管流的参数和术语一、气液两相管流的参数和术语 二、混输管路的特点和处理方法二、混输管路的特点和处理方法三、两相流基本方程三、两相流基本方程四、两相流压降计算四、两相流压降计算 五、段塞流、清管与磨蚀五、段塞流、清管与磨蚀42022-8-4矿场集输管路的定义与分类矿场集输管路的定义与分类 从油气井到矿场原油库、长距离输油管和输气管首站、从油气井到矿场原油库、长距离输油管和输气管首站、矿场地域内的所有输送工艺流体（原油和天然气）的

2、管路矿场地域内的所有输送工艺流体（原油和天然气）的管路统称为统称为矿场集输管路矿场集输管路。分类：分类：按管路工作的范围和性质分类：出油管、采气管，集油、按管路工作的范围和性质分类：出油管、采气管，集油、集气管，输油、输气管；集气管，输油、输气管；按管路的结构分类：简单管和复杂管；按管路的结构分类：简单管和复杂管；按管路内流动介质的相数分类：单相、两相和多相流管按管路内流动介质的相数分类：单相、两相和多相流管路，在我国路，在我国两相和多相流管路习惯称为混输管路。两相和多相流管路习惯称为混输管路。52022-8-4气液两相管流的参数和术语气液两相管流的参数和术语 流量流量 流速流速 气液相对流速

3、参数气液相对流速参数 气液含率气液含率 两相混合物的密度两相混合物的密度 压降梯度折算系数压降梯度折算系数62022-8-4流量流量 质量流量质量流量 （Kg/sKg/s）体积流量体积流量 （m m3 3/s/s）LgMMMLgQQQ72022-8-4流速流速1 1、气、液相流速、气、液相流速 2 2、气、液相表观流速、气、液相表观流速3 3、气液混合物流速、气液混合物流速 当气、液相流速相同时，即当气、液相流速相同时，即 ，气液混合，气液混合物的流速称为均质流速：物的流速称为均质流速：LgsLsgQQwwwAggggggAMAQwLLLLLLAMAQwAMAQwgggsgAMAQwLLLsL

4、gLww gLHwww82022-8-44 4、气、液相质量流速、气、液相质量流速气相质量流速：气相质量流速：液相质量流速：液相质量流速：混合物质量流速：混合物质量流速：ggggsggMQGwAALLLLsLLMQGwAAgLgLsggsLLMMMGGGwwAA92022-8-4气液相对流速参数气液相对流速参数 滑移速度滑移速度 滑动比滑动比 漂移速度漂移速度sgLwwwgLwswDgHwww102022-8-4含气率和含液率含气率和含液率 质量含气率与质量含液率质量含气率与质量含液率 体积含气率和体积含液率体积含气率和体积含液率 截面含气率和截面含液率截面含气率和截面含液率 ggMGxMG(

5、1)LLMGxMGgQQ(1)LLQRQgggLAAAAA1LLAHA112022-8-4三种含气率之间的关系三种含气率之间的关系 体积含气率与质量含气率之间的关系体积含气率与质量含气率之间的关系 11gLgLx 体积含气率与截面含气率之间的关系体积含气率与截面含气率之间的关系 质量含气率与截面含气率之间的关系质量含气率与截面含气率之间的关系 s11111ggLxvxvx sv比容比容v122022-8-4 ggLsggsggsLLMxMMwww 1 1gLgLsggsgLsggsLLsgLsgLsgLgLsggLsLsgLsgLwwxwwwwwwwwwggsgLgsgsLQQwQQQww体积

6、含气率与质量含气率之间的关系体积含气率与质量含气率之间的关系 132022-8-41 11 1LgLLggggLQQA wA wQQQ1111111 11111LggAgALLgLggLLLggAwA wAAA wwsA wsA w体积含气率与截面含气率之间的关系体积含气率与截面含气率之间的关系 142022-8-4 由此可见，在实际管流中，截面含气率和体积含气由此可见，在实际管流中，截面含气率和体积含气率的关系可分为三种情况：率的关系可分为三种情况：11,11ggLLLLgLggggQAAwAQQAAAwA1,1,1,gLgLgLswwswwsww152022-8-41111gggggggg

7、gLLgLgLggLLggggLLggggLLggLLgLLggLQMAAwwQMQMAAAwwwwxMxMwwx MxMwx MwxMwwwwxvxxxsxvx sv 质量含气率与截面含气率之间的关系质量含气率与截面含气率之间的关系 162022-8-4两相混合物的密度两相混合物的密度1 1、流动密度、流动密度1LLggfgLQQMQQ 11gLgLA LA LA L 2 2、真实密度、真实密度3 3、均质密度、均质密度LgLgLgHxxxxxxxx11111LgHxx1均质比体积均质比体积172022-8-4压降梯度折算系数压降梯度折算系数1 1、全液相折算系数、全液相折算系数 2 2、分

8、液相折算系数、分液相折算系数 3 3、分气相折算系数、分气相折算系数 gdldpdldpg22dpdlLdpdlL20dpdlLdpdlLo4 4、L-ML-M参数参数 0.5LgdpdlXdpdl182022-8-4气液混输管路的特点气液混输管路的特点1 1、流型变化多、流型变化多 根据气液在管路内的分布和结构特征，把气液两相根据气液在管路内的分布和结构特征，把气液两相管路的流动分成若干流型。管路的流动分成若干流型。流型的测定方法大致分为三类：流型的测定方法大致分为三类：目测法：包括肉眼观察和目测法：包括肉眼观察和高速高速摄影摄影测定某一参数的波动量并与流型建立某种联系测定某一参数的波动量并

9、与流型建立某种联系 由辐射射线的吸收量确定气液混合物的密度和流型由辐射射线的吸收量确定气液混合物的密度和流型 192022-8-4埃尔乌斯流型埃尔乌斯流型(a)气泡流气泡流(b)气团流气团流(c)分层流分层流(d)波浪流波浪流(e)冲击流冲击流(f)不完全环状流不完全环状流(g)环状流环状流(h)弥散流弥散流202022-8-4TaitelTaitel和和DuklerDukler流型流型19761976年提出，分为三种基本流型。年提出，分为三种基本流型。212022-8-4垂直管流型垂直管流型(a)-气泡流气泡流 (b)-段塞流段塞流 (c)-乳沫状流乳沫状流 (d)-环状流环状流 22202

10、2-8-4BakerBaker流型图流型图 19541954年提出，第年提出，第一个适用于各种介质一个适用于各种介质的水平管路流型图，的水平管路流型图，分为七种流型。分为七种流型。232022-8-4MandhaneMandhane流型图流型图 1974年提出，分为六种流型。年提出，分为六种流型。242022-8-4Taitel-DuklerTaitel-Dukler流型流型 1976年提出，适合于各种管路倾角，有四个流年提出，适合于各种管路倾角，有四个流型判别准则，分为五种流型。型判别准则，分为五种流型。Taitel-Dukler水平管流型图水平管流型图252022-8-42 2、存在相间能

11、量交换和能量损失、存在相间能量交换和能量损失 在气液两相流动中，由于两相的速度常常不同，使气在气液两相流动中，由于两相的速度常常不同，使气液相间产生能量交换和能量损失。液相间产生能量交换和能量损失。流速较高的气体，常常把一部分液体拖带到气体中，流速较高的气体，常常把一部分液体拖带到气体中，脱离液流主体时要消耗能量；被气流吹成液滴或颗粒更小脱离液流主体时要消耗能量；被气流吹成液滴或颗粒更小的雾滴要消耗能量；由流速较慢的液流主体进入流速较快的雾滴要消耗能量；由流速较慢的液流主体进入流速较快的气流中的液滴或雾滴获得加速度要消耗能量，这些都存的气流中的液滴或雾滴获得加速度要消耗能量，这些都存在能量交换

12、。在能量交换。262022-8-43 3、存在相间传质、存在相间传质 油气混输管路中，随着管线的延长，压力逐渐降低，油气混输管路中，随着管线的延长，压力逐渐降低，气体不断析出，气体的质量流量增加，密度增加；而液体气体不断析出，气体的质量流量增加，密度增加；而液体的质量流量减少，密度增加。的质量流量减少，密度增加。注蒸汽管路中，起点压力约在注蒸汽管路中，起点压力约在150150170170大气压，温度大气压，温度为为300300，质量含气率约，质量含气率约7070。随着压力的降低，散热量。随着压力的降低，散热量增加，质量含气率下降。增加，质量含气率下降。272022-8-44 4、流动不稳定、流

13、动不稳定 在气液两相管路中，气液两相各占一部分管路体积，在气液两相管路中，气液两相各占一部分管路体积，当气液输量发生变化时，各相所占管路体积的比例也将发当气液输量发生变化时，各相所占管路体积的比例也将发生变化，这就会引起管路的不稳定工作。生变化，这就会引起管路的不稳定工作。5 5、非牛顿流体和水合物、非牛顿流体和水合物 在油田的多相流管路内，油水混合物为非牛顿流体，在油田的多相流管路内，油水混合物为非牛顿流体，其表观粘度与剪切历史和剪切强度有关。其表观粘度与剪切历史和剪切强度有关。在气田的多相流管路内，在高压、低温的条件下可能在气田的多相流管路内，在高压、低温的条件下可能形成水合物。形成水合物

14、。282022-8-4气液两相管路的处理方法气液两相管路的处理方法 均相流模型均相流模型 分相流模型分相流模型 流型模型流型模型 292022-8-4均相流模型均相流模型 把气液混合物看成一种均匀介质，把气液两相管路看作单把气液混合物看成一种均匀介质，把气液两相管路看作单相管路来处理。假设：相管路来处理。假设：1 1），则，则 ，2 2）气液相间无热量的传递，故流动介质的密度仅是压力的单）气液相间无热量的传递，故流动介质的密度仅是压力的单值函数值函数 Lgww f302022-8-4分相流模型分相流模型 把管路内气液两相的流动看作是气液各自分别的流动把管路内气液两相的流动看作是气液各自分别的流

15、动。假设：。假设：1 1）2 2）气液相间无热量的传递，故流动介质的密度仅是压力的）气液相间无热量的传递，故流动介质的密度仅是压力的单值函数单值函数 Lgww 312022-8-4流型模型流型模型 前提是划分流型，然后根据流型特点，分析流动特性并前提是划分流型，然后根据流型特点，分析流动特性并建立关系式。建立关系式。按便于建立数学模型的原则，某些学者把两相流流型划按便于建立数学模型的原则，某些学者把两相流流型划分为三种：分为三种：（1 1）分离流（分层流、波浪流和环状流）分离流（分层流、波浪流和环状流）（2 2）间歇流（气团流和冲击流）间歇流（气团流和冲击流）（3 3）分散流（气泡流、分散气泡

16、流和弥散流）分散流（气泡流、分散气泡流和弥散流）322022-8-4两相流基本方程两相流基本方程 将气液两相在管路中的三维不稳定流动简化为一维流动将气液两相在管路中的三维不稳定流动简化为一维流动。作如下假设：。作如下假设：在管路横截面上各流动参数相等，只沿流动方向而改变；在管路横截面上各流动参数相等，只沿流动方向而改变；在很短的微元管段上，在很短的微元管段上，、不变，但不变，但 一般不等于一般不等于 。gwgwLwLw332022-8-4均相流模型均相流模型连续性方程连续性方程 根据质量守恒定律：根据质量守恒定律：质量流出率质量流入率质量流出率质量流入率+控制体内质量变化率控制体内质量变化率0

17、 0 0wAwAdlwAAdllt0wAAlt稳定流稳定流动动wA常数常数342022-8-4均相流模型均相流模型动量方程动量方程 根据动量守恒定律：根据动量守恒定律：动量流出率动量流入率控制体内动量变化率作动量流出率动量流入率控制体内动量变化率作用于控制体的合力用于控制体的合力 稳定流动，可简化为稳定流动，可简化为 可写为可写为222sinpA wA wdlA wA w dlAdls dlA gdlltl 211sin0psgA wA wlAA lA t0sin2dldGgAsdldpHdldpdldpdldpdldpagf352022-8-4均相流模型均相流模型能量方程能量方程根据热力学第

18、一定律：控制体吸收的热能控制体内能量根据热力学第一定律：控制体吸收的热能控制体内能量的增加率流体对外界做的机械功的增加率流体对外界做的机械功对管道，流体不对外作功。根据能量守恒定律：控制体内对管道，流体不对外作功。根据能量守恒定律：控制体内能量的增加率能量流出率能量流入率控制体内能量能量的增加率能量流出率能量流入率控制体内能量的变化率的变化率 单位质量流体所具有的能量：单位质量流体所具有的能量：dQAw e dlA e dllt2sin2weuglp362022-8-422sin2 sin2wdQAwudlAw gldlAw pdllllwAudlA gldltt 22sin22wwdQAwu

19、dlAwp dlAudlAw gdlllt20sin2dQdQwdqd ud pgdlAwM稳定流动，单位工质的吸热量：稳定流动，单位工质的吸热量：372022-8-4均相流模型均相流模型能量与动量方程的比较能量与动量方程的比较dFdqdq0pddudqdFpddudq0sin0dFwdwdpgdlsin0dpdFdwwgdldldldldFAs与动量方程相比较：与动量方程相比较：流体与管壁摩擦产生的热量使流体所具有的能量增加了流体与管壁摩擦产生的热量使流体所具有的能量增加了 、温度上升。所以，对单相和均相流体，用动量方程或能量方程温度上升。所以，对单相和均相流体，用动量方程或能量方程确定管路

20、压降梯度的计算式，各项相对应。确定管路压降梯度的计算式，各项相对应。由热力学第一定律由热力学第一定律管流管流 则则代入稳定流动能量方程代入稳定流动能量方程dF382022-8-4分相流模型分相流模型连续性方程连续性方程 根据质量守恒定律：质量流出率质量流入率根据质量守恒定律：质量流出率质量流入率+控制体内控制体内质量变化率控制体内单位长度上气液相间的质量交换率质量变化率控制体内单位长度上气液相间的质量交换率 气相连续性方程气相连续性方程液相连续性方程液相连续性方程gggmAwAtl 11LLLmAwAtl 392022-8-4将以上两式相加，得混合物连续性方程将以上两式相加，得混合物连续性方程

21、(1)(1)0gLggLLAAwwtl 0)()(lGAtA(1)ggLLMGAwwA稳定流动稳定流动=常数常数402022-8-4分相流模型分相流模型动量方程动量方程气相气相液相液相2sin0ggiigggggmipAssAgAwAwwllt 211sin110LLiiLLLLLmipAssAgAwllAwt 2211sin1110ggLLggLLggLLpssgAwAwlAA lAwAwA t 412022-8-4ggggwGxG 222gggx GwLLggsss01111sin222tGAAxxAGlAgAslpLg2221sin1gLxdpsdxgGdlAdl 矿场集输管路矿场集输管

22、路422022-8-4分相流模型分相流模型能量方程能量方程气相液相2222singggggggggggi ii iiwwdQAwudlAw p dlAudllltAwdlq s dlMdls wdl 22111221sinLLLLLLLLLLLi ii iiwwdQAwudlAw p dlAudllltAwdlq s dlMdls wdl432022-8-4ggwxG11LLwx GHLgxx 1HH/122221221sin22gLgLHgLggLLwwGApdQAG x uxudldlllwwAuAudlGAgdlt 2202211sin22 1sin22gLgLHgLHwwdQdqd x

23、ux ud xxd pgdlAGwwdud xxd pgdl442022-8-4分相流模型分相流模型动量与能量方程的比较动量与能量方程的比较 对比由动量和能量方程推导的压降梯度公式，虽然都对比由动量和能量方程推导的压降梯度公式，虽然都由摩阻、重力和加速度压降梯度三部分组成，但各对应项由摩阻、重力和加速度压降梯度三部分组成，但各对应项并不相同。并不相同。dFpddudqH0ggxGw11LLx Gw 0sin1122232232dlgdpxxdGdFHLg32322221sin21HHHgLxGdpdFdxgdldldl 2221sin1gLxdpsdxgGdlAdl 452022-8-4均相和

24、分相流模型分析均相和分相流模型分析462022-8-4 均相流的压降梯度均相流的压降梯度 单位质量均质流体因摩擦使机械能转变为热能的单位质量均质流体因摩擦使机械能转变为热能的部分，部分，J/kgJ/kg22Hs dlwdFdlAd22fHHdpsdFwdlAdlddF 重力和加速度压降梯度可直接计算求得。由流体力重力和加速度压降梯度可直接计算求得。由流体力学可知，摩阻压降梯度学可知，摩阻压降梯度472022-8-4分相流的压降梯度分相流的压降梯度 动量方程只考虑流体与管壁摩擦所引起的机械能损失动量方程只考虑流体与管壁摩擦所引起的机械能损失；而能量方程的；而能量方程的 内既包括流体与管壁，也包括

25、气液界内既包括流体与管壁，也包括气液界面间摩擦所引起的机械能损失。因而面间摩擦所引起的机械能损失。因而 AsdldpmfdldFdldpHefmfefdldpdldpdF动量方程动量方程能量方程能量方程1 1、摩阻压降、摩阻压降加速压降与摩阻、重力压降相比很小，常常可以忽略。加速压降与摩阻、重力压降相比很小，常常可以忽略。482022-8-4sin1singgdldpLgmgsin1singgdldpLgHegegmgdldpdldp动量方程动量方程能量方程能量方程由于在气液两相管流中，通常由于在气液两相管流中，通常 ，所以，所以 Lgww 2 2、重力压降、重力压降492022-8-4Lg1

26、Lgf1Refdw0.320.50.0056Refwddldp22502022-8-4压降计算压降计算 Dukler II 法法0ln1sRcL4320ln00843.0ln094.0 ln444.0ln478.0281.1LLLLRRRRs22mdpwdld2211LLmLgLLRRHH0c32.00Re5.00056.0 C为系数，是体积含液率为系数，是体积含液率RL的函数，可以查图，其回归关系式为的函数，可以查图，其回归关系式为 cmwdReLg1截面含液率截面含液率HL与体积含气率和雷诺数之间的关系见图。与体积含气率和雷诺数之间的关系见图。512022-8-4关系曲线LHReLR522

27、022-8-4关系曲线LRC532022-8-4计算步骤计算步骤1.1.计算计算 ，假设，假设H HL L，2.2.求两相混合物密度求两相混合物密度 3.3.求雷诺数求雷诺数 4.4.查图得查图得5.5.如果如果 ,用用 计算计算ReRe和和 ，否则以，否则以 回回到第到第2 2步步6.6.由由R RL L查图得查图得c c，然后求，然后求 和压降梯度和压降梯度LLRH mmwdRe%5LLLHHHLHLHmLLHHwRL,542022-8-4适用范围适用范围 截面含液率为截面含液率为0.010.011.01.0，体积含液率为，体积含液率为0.0010.0011.01.0；管径不大于管径不大于

28、 英寸（英寸（139.7mm139.7mm）；）；两相雷诺数为两相雷诺数为 6006002 2 10105 5。215552022-8-4压降计算压降计算 L-M法法假设：假设：把两相管路看成为两条单相管路，一条输送液体，把两相管路看成为两条单相管路，一条输送液体，一条输送气体；一条输送气体；相间无相互作用。相间无相互作用。,gLgLA d MMMdpQQQdlggggggdldpQMdA,)(,LLLLLLdldpQMdA,)(,562022-8-4L-ML-M公式的推导公式的推导Lgdpdpdpdldldl22LLLLLwdpdld 22gggggwddldp（1 1）（2 2）（3 3）

29、假想输液管的压降梯度：假想输液管的压降梯度：假想输气管的压降梯度：假想输气管的压降梯度：572022-8-4222212 1LLLLxMdpdldA22222ggggdpx MdldA（4 4）（5 5）LLLLLLAMxAMAQw111ggggggAxMAMAQw582022-8-42222122LsLLLLLxMwdpdlddA222222ggsggggwdpx MdlddA（6 6）（7 7）两相管路中只有液体和气体单独流动时的压降梯度：两相管路中只有液体和气体单独流动时的压降梯度：LLLLsLAMxAMAQw1ggggsgAxMAMAQw592022-8-4由式（由式（1 1）、（）、

30、（4 4）、（）、（6 6）、（）、（8 8）得：）得：5221nL252ng（8 8）（9 9）（1010）（1111）2211LLLLddggLLdldpdldpdldpdldp22或602022-8-4洛洛马参数马参数 222LgLggLdldpdldpdldpdldpdldpdldpX612022-8-4将（将（1010）、（）、（1111）式代入）式代入L LM M参数的定义式得：参数的定义式得：nnXX54252111或将式（将式（1212）代入（）代入（1010）、（）、（1111）后得：）后得：255412nnXL255412nnXg（1212）（1313）（1414）6220

31、22-8-4X X与与 、的关系的关系2g2L632022-8-4 混输管路的压降由下面任一式求出：混输管路的压降由下面任一式求出：2LLdpdpdldlggdldpdldp2642022-8-4L-ML-M公式的推导思路公式的推导思路求取混输管路的压降，可利用公式：求取混输管路的压降，可利用公式：2LLdpdpdldlggdldpdldp2或或由于单相管路的压降好求，因此只需要求分液相折算系由于单相管路的压降好求，因此只需要求分液相折算系数或分气相折算系数数或分气相折算系数分液相折算系数或分气相折算系数与分液相折算系数或分气相折算系数与L-M参数有关，只参数有关，只需求需求L-M参数参数L-

32、M参数可由右式求得参数可由右式求得2dpdlLdpdlgX652022-8-4奇斯霍姆建立的关系式奇斯霍姆建立的关系式22112ggLLdpwwdld 222121LLgxdpMxdldA（1515）（1616）（1717）（1818）ggggggQMxMwAAA LLLLLLAMxAMAQw111662022-8-4 假设：假设：，根据分液相折算系数的定义，根据分液相折算系数的定义,由式、由式、（6 6）、（）、（1818）得：）得：L222222222121121 11LLgLLLLLgxMxdpdAdldpMxdldAxx （1919）672022-8-4L-ML-M参数在参数在 的假定

33、条件下可表示成：的假定条件下可表示成：222222221212LgLLgLggMxdpdldAxXdpM xxdldA则（则（1919）可写成：）可写成：（2020）Lg11122XL682022-8-4由滑动比的定义可以推出由滑动比的定义可以推出 则：则：（2121）gLxxs11121111ggLLxssXx 22211111LcXXX 692022-8-4同理可以推导出同理可以推导出221XcXg11221gLgLcss（2222）其中其中 对于对于C 值值,奇斯霍姆根据气、液分别在两相管路中奇斯霍姆根据气、液分别在两相管路中单独流动时的流态给出了推荐值。单独流动时的流态给出了推荐值。7

34、02022-8-4L-ML-M法求水平气液两相管流压降梯度的计算步骤法求水平气液两相管流压降梯度的计算步骤1 1）判断气、液单独在两相管路中流动时的流态，确定）判断气、液单独在两相管路中流动时的流态，确定C C 值值2 2）计算单相管路的压降梯度，确定）计算单相管路的压降梯度，确定X X3 3）根据奇斯霍姆建立的关系式计算）根据奇斯霍姆建立的关系式计算4 4）根据分气相折算系数或分液相折算系数的定义式计算）根据分气相折算系数或分液相折算系数的定义式计算两相管流的压降梯度两相管流的压降梯度22Lg或dldp712022-8-4压降计算压降计算B-BB-B法法 根据均相流模型能量方程，根据均相流模

35、型能量方程，起伏两相管流的压降梯度起伏两相管流的压降梯度 dwgdzdldwdldldp2222 可见，管路总压降梯度为单位管长动能变化和位能变可见，管路总压降梯度为单位管长动能变化和位能变化以及摩阻损失之和。化以及摩阻损失之和。722022-8-4B-B法压降梯度公式法压降梯度公式-动能变化项动能变化项dlwdwdwdl221gLLgMMdwddlA dl其中其中ggLLMdldMdld211gggggggdldMdldMAMdldAdldw732022-8-4zRTpMgdldAMdldwggg2dldTTdldzzdldMMdldppAMdldTzRTpMdldzRTzpMdldMzRT

36、pdldpzRTMAMzRTpMdldAMdldwgggggg1111 2222742022-8-4分析上式括号内各项的大小可知分析上式括号内各项的大小可知 1gsggMwdwdpdpdlAp dlp dl 则动量变化项：则动量变化项：dldppdldTTdldzzdldMM1111sgwwdwdpwdlpdl 752022-8-4真实密度：真实密度：1gL 以截面含液率取代截面含气率，则动能变化项为：以截面含液率取代截面含气率，则动能变化项为：dldppwwHHdldwwsggLLL1762022-8-4B-B法压降梯度公式法压降梯度公式-位能变化项位能变化项 对于倾角为对于倾角为 、长、长

37、 为的管段，其爬坡的垂直高度为：为的管段，其爬坡的垂直高度为：dldldzsin 故位能变化项为：故位能变化项为：sin1sinLLLggdzgHHgdl772022-8-4B-B法压降梯度公式法压降梯度公式-摩阻损失项摩阻损失项 在计算摩阻损失时，贝在计算摩阻损失时，贝-布采用了气液混合物的流动密度布采用了气液混合物的流动密度 23222fwwMwMdAdd782022-8-4B-B法压降梯度公式法压降梯度公式PwwHHdwMgLLLsggLlLgHHdLdp11sin13 该式考虑了管路起伏对压降的影响，把下坡段的能量回收该式考虑了管路起伏对压降的影响，把下坡段的能量回收考虑在了计算公式中

38、。既适合水平管，又适合倾斜管，同时还考虑在了计算公式中。既适合水平管，又适合倾斜管，同时还适合单气相管路和单液相管路。适合单气相管路和单液相管路。792022-8-4截面含液率实验结论截面含液率实验结论管段倾角大于管段倾角大于3 3时时，实验中未发现分层，实验中未发现分层流型；流型；下坡段观察到的流型下坡段观察到的流型几乎都是分层流；几乎都是分层流；管路上倾时，有一最管路上倾时，有一最大的截面含液率；管大的截面含液率；管路下倾时，有一最小路下倾时，有一最小的截面含液率。的截面含液率。802022-8-4截面含液率的求解方法截面含液率的求解方法 0LLHH cbLLFraRH0 ILSLTLBH

39、AHH0002wFrgd8.1sin318.1sin13CgfLWeLLFrNdRRCln125.0gWNLsLLW系数系数a,b,c取决于流型取决于流型过度流过度流812022-8-4两相水力摩阻系数的求解方法两相水力摩阻系数的求解方法ne0/42ln01853.0ln8725.0ln182.30523.0lnmmmmn LLHRm 822022-8-4压降计算压降计算 M-B法法 流型只分为气泡流、分层流、冲击流和环状流四种流型只分为气泡流、分层流、冲击流和环状流四种 液相表观流速准数：液相表观流速准数：气相气相表观流速表观流速准数：准数：液相性质准数：液相性质准数：14LLwsLNwg1

40、4LgwsgNwg143LLLgN 832022-8-4M-B流型分界流型分界 ，气泡流段塞流间转型相关式气泡流段塞流间转型相关式 0210exp lg0.9400.074sin8.55sin3.695LwbsgwLNNN ，段塞流环状流间转型相关式段塞流环状流间转型相关式 var0.32910exp 1.401 2.6940.521gwsmLLwNNN ，气泡流段塞流转型相关式气泡流段塞流转型相关式020.431 1.132sin3.00310exp1.133 lgsin0.429 lgsinLgwBsLwLwNNNN ，分层流边界相关式分层流边界相关式0220.321 0.0174.267

41、sin2.97210exp0.033 lg3.925singwLLwsTgwNNNN842022-8-4070 852022-8-4M-BM-B实验结论实验结论l 时，时，为环状流，为环状流，时为弥散流时为弥散流 ，不管倾角是多少，实验中没有观察到分层流现象。，不管倾角是多少，实验中没有观察到分层流现象。当当 时为气泡流，否则是冲击流时为气泡流，否则是冲击流 管路下倾时常遇到分层流或气泡流管路下倾时常遇到分层流或气泡流 不管管路倾角如何，液相粘度对流型的转变都有较大不管管路倾角如何，液相粘度对流型的转变都有较大的影响的影响 下倾管，在下倾管，在0 03030度范围内下倾角越大分层流范围越大度范

42、围内下倾角越大分层流范围越大，超过，超过3030度下倾角越大分层流范围越小度下倾角越大分层流范围越小vargwsmgwNN%1LR0LwLwBsNN862022-8-4持液率相关式持液率相关式65242321sinsinexpCLwCgwLLNNNCCCCHC1C6系数，根据倾角和流型可查。系数，根据倾角和流型可查。872022-8-4M-BM-B相关式相关式高程压降高程压降加速压降加速压降摩阻压降摩阻压降气泡流和段塞流气泡流和段塞流分层流分层流环状流环状流 按均相流计算并修正按均相流计算并修正sinlgphpdpwwpsgadlwpHHf22singgLLgwLgwgAAsdsdldpA88

43、2022-8-4管路起伏对两相管流的影响管路起伏对两相管流的影响对流型的影响对流型的影响 上坡段举升气液混合物所消耗的能量在下坡段不能完全上坡段举升气液混合物所消耗的能量在下坡段不能完全回收，有能量的损失回收，有能量的损失 上坡能量消耗上坡能量消耗下坡能量回收下坡能量回收下坡，由于重力和浮力的作用下坡，由于重力和浮力的作用又又 ，使得下坡回收的能量不能完全补偿上坡，使得下坡回收的能量不能完全补偿上坡的能量消耗，带来能量的损失的能量消耗，带来能量的损失LLgHgZ LLgHgZ ,LLHHLg892022-8-4弗莱尼根的结论弗莱尼根的结论管路下坡段回收的能量比上坡段举升流体所消耗的能管路下坡段

44、回收的能量比上坡段举升流体所消耗的能量小得多，可以忽略量小得多，可以忽略 上坡段由高差所消耗的压能与两相管路的气相表观流上坡段由高差所消耗的压能与两相管路的气相表观流速呈反比，表观流速趋于零时，高程附加压力损失最大速呈反比，表观流速趋于零时，高程附加压力损失最大 由爬坡所引起的高程附加压力损失与线路爬坡高度之由爬坡所引起的高程附加压力损失与线路爬坡高度之总和成正比，和管路爬坡的倾角、起终点高差无关总和成正比，和管路爬坡的倾角、起终点高差无关 902022-8-4弗莱尼根关系式弗莱尼根关系式heLPFgZ006.10785.111sgewF起伏管路的总压降起伏管路的总压降=水平管路压降水平管路压

45、降+起伏附加压降起伏附加压降912022-8-4段塞流分类段塞流分类水动力段塞流：管内气液表观流速处于流型图段塞流范围水动力段塞流：管内气液表观流速处于流型图段塞流范围内诱发的段塞流。内诱发的段塞流。地形起伏段塞流：由于液相在管路低洼处积聚、局部堵塞地形起伏段塞流：由于液相在管路低洼处积聚、局部堵塞气体通道而诱发的段塞流。常在较低气液流量下发生。气体通道而诱发的段塞流。常在较低气液流量下发生。强烈段塞流：在出油管强烈段塞流：在出油管立管系统中，若出油管为下倾管立管系统中，若出油管为下倾管，管内气液流量很小并呈分层流时，将发生强烈段塞流。，管内气液流量很小并呈分层流时，将发生强烈段塞流。9220

46、22-8-4水动力段塞流诱发机理水动力段塞流诱发机理 波峰处，气体流速增大，局部压力比上、下游的压力波峰处，气体流速增大，局部压力比上、下游的压力低。在压差的作用下，波浪有增高的趋势，而诱发段塞流。低。在压差的作用下，波浪有增高的趋势，而诱发段塞流。932022-8-4地形起伏段塞流诱发机理地形起伏段塞流诱发机理 在下坡管段为分层流。下坡段的液体流向管路低洼在下坡管段为分层流。下坡段的液体流向管路低洼处，低洼处下游上坡段的液体因重力而倒流，使管道低处，低洼处下游上坡段的液体因重力而倒流，使管道低洼处液体积聚。在局部堵塞的管道低洼处，气体流通面洼处液体积聚。在局部堵塞的管道低洼处，气体流通面积减

47、小，气体流速增大，气体带液能力增强，使上坡段积减小，气体流速增大，气体带液能力增强，使上坡段的含液率大幅增加，在上坡段就形成了段塞流。的含液率大幅增加，在上坡段就形成了段塞流。942022-8-4强烈段塞流形成机理强烈段塞流形成机理 强烈段塞流具有周期性，一个强烈段塞流具有周期性，一个周期内有四个过程：周期内有四个过程：立管底部堵塞（分层流，气体流立管底部堵塞（分层流，气体流速小，没有足够的能量带液通过立速小，没有足够的能量带液通过立管）管）立管排液立管排液液塞加速（液柱静压减小，气体液塞加速（液柱静压减小，气体气提作用）气提作用）立管排气立管排气之后，气体流速减小，出油管之后，气体流速减小，

48、出油管压力下降，又开始新一轮循环。压力下降，又开始新一轮循环。出油管压力的周期变化出油管压力的周期变化952022-8-4强烈段塞流的判断准则强烈段塞流的判断准则sLsgLpwwg L 由强烈段塞流形成过程分析，出油管下倾、管内气体流由强烈段塞流形成过程分析，出油管下倾、管内气体流量很小、气液呈分层流动，是产生强烈段塞流的前提。量很小、气液呈分层流动，是产生强烈段塞流的前提。出油管压力出油管压力出油管长度出油管长度出油管倾角出油管倾角962022-8-4强烈段塞流的抑制强烈段塞流的抑制设计：减小立管直径，增加出油管压力和立管内的气液流设计：减小立管直径，增加出油管压力和立管内的气液流速速 增加

49、附加设备：增加附加设备：立管底部注气立管底部注气采用海底气液分离器或海底液塞捕集器采用海底气液分离器或海底液塞捕集器 在海底或平台利用多相泵增压在海底或平台利用多相泵增压 立管顶部节流立管顶部节流 972022-8-4定期清管是提高管路输送效率的有效措施，清管频率与管定期清管是提高管路输送效率的有效措施，清管频率与管路终端设备的处理能力有关。路终端设备的处理能力有关。管路竣工阶段，清除杂质，还可为管内壁涂层。管路竣工阶段，清除杂质，还可为管内壁涂层。天然气管路投产前配合干燥剂进行管路干燥。干燥的方法天然气管路投产前配合干燥剂进行管路干燥。干燥的方法有三种：有三种：用液氮干燥管路（超低温的液氮有

50、很强的吸水能力）用液氮干燥管路（超低温的液氮有很强的吸水能力）用干空气干燥管路（露点低于用干空气干燥管路（露点低于-60-60的干空气）的干空气）用甲醇干燥管路用甲醇干燥管路清管清管982022-8-4英国英国Frigg海底管路投产前干燥示意图海底管路投产前干燥示意图 投放了投放了5 5个清管器。用压缩机在第一个清管器前以及个清管器。用压缩机在第一个清管器前以及第二、第三个清管器间注入常温氮气，目的是减少甲醇与第二、第三个清管器间注入常温氮气，目的是减少甲醇与空气的混合量。第一、第二个清管器间以及第三、第四个空气的混合量。第一、第二个清管器间以及第三、第四个清管器间注入甲醇。清管器间注入甲醇。