1、海上油气海上油气集输集输2第三章第三章 油气集输管路油气集输管路3 3.1.1 原油管路原油管路3.2 3.2 输气管路输气管路3.3 3.3 油气混输管路油气混输管路3 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
2、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。第三章第三章 油气集输管路油气集输管路43.13.1 原油管路原油管路一、等温一、等温输油管输油管道道 管道内原油与周围介质的温差很小，热交换可以忽略不计管道内原油与周围介质的温差很小，热交换可以忽略不计和沿线温降很小的输油管道，称为和沿线温降很小的输油管道，称为等温原油输送管道等温原油输送管道。管路管路输油过程中压力能的消耗主要包括两部分：输油过程中压力能的消耗主要包括两部分：（1
3、 1）用于克服）用于克服地形高差地形高差所需的能量；对某一管路所需的能量；对某一管路，不，不随随输量变化的固定值；输量变化的固定值；（2 2）克服原油沿管路流动过程中的摩擦和撞击阻力所消）克服原油沿管路流动过程中的摩擦和撞击阻力所消耗的能量，通常称为耗的能量，通常称为摩阻损失摩阻损失。随。随流速及原油物理性质等流速及原油物理性质等因素而变化。因素而变化。53.13.1 原油管路原油管路（1 1）摩阻损失的计算）摩阻损失的计算原油管路的摩阻损失包括两部分，即原油通过直管段所产生的原油管路的摩阻损失包括两部分，即原油通过直管段所产生的沿程摩阻损失和通过各种阀件、管件所产生的局部摩阻损失。沿程摩阻损
4、失和通过各种阀件、管件所产生的局部摩阻损失。1 1）沿程摩阻损失的计算）沿程摩阻损失的计算 gVdLHl22,eRf63.13.1 原油管路原油管路我国长距离输油管道设计，通常取e=0.1mm，国外对大直径焊接钢管多取e=0.0457mm。73.13.1 原油管路原油管路各各流态区水力摩阻系数流态区水力摩阻系数 meRA管路的沿程摩阻损失的计算综合为流量管路的沿程摩阻损失的计算综合为流量压降计算式压降计算式 gAmm24883.13.1 原油管路原油管路93.13.1 原油管路原油管路2 2）局部摩阻损失计算）局部摩阻损失计算 由于油流经管路中的弯头、三通、阀门、过滤器、管径扩由于油流经管路中
5、的弯头、三通、阀门、过滤器、管径扩大或缩小等处所引起的能量损失大或缩小等处所引起的能量损失 gVH22局部摩阻系数随管件类型、尺寸、油流的流态以及油品粘局部摩阻系数随管件类型、尺寸、油流的流态以及油品粘度等的不同而变化。实际计算时，对管路中所有的局部损度等的不同而变化。实际计算时，对管路中所有的局部损失，可以用管路直线段当量长度来替代失，可以用管路直线段当量长度来替代 gVdLH22根据求得的当量长度，加在管路直线段的计算长度内，再根据求得的当量长度，加在管路直线段的计算长度内，再按沿程摩阻公式计算，即得整个管路的摩阻损失。按沿程摩阻公式计算，即得整个管路的摩阻损失。gVdLLH22103.1
6、3.1 原油管路原油管路二、热二、热油管油管路路热油输送管道在输送过程中的能耗有热油输送管道在输送过程中的能耗有热能损失热能损失和和压力能损失压力能损失两部两部分分。两两部分部分损失相互影响：管道损失相互影响：管道的摩阻与油流粘度有关，而油流的粘的摩阻与油流粘度有关，而油流的粘度又随油流本身的温度度又随油流本身的温度变化（油变化（油流温度既取决于预先加热的温度流温度既取决于预先加热的温度，也取决于油流在输送过程中的散热，也取决于油流在输送过程中的散热温降）。温降）。对对热油管道来说，热油管道来说，热能损失热能损失起着主导作用。起着主导作用。热油管道工艺计算的实质：解决对输送油流的加热与沿线散热
7、的热油管道工艺计算的实质：解决对输送油流的加热与沿线散热的平衡问题。平衡问题。113.13.1 原油管路原油管路对原油加热的目的：对原油加热的目的：（1 1）保证油流温度在输送过程中总是处于比凝固点高的温）保证油流温度在输送过程中总是处于比凝固点高的温度，以防止原油在管路内度，以防止原油在管路内凝固；凝固；（2 2）降低油流在输送过程中的粘度，以减少管路的摩阻损）降低油流在输送过程中的粘度，以减少管路的摩阻损失和便于输送。失和便于输送。123.13.1 原油管路原油管路（1 1）热油管路的轴向温降）热油管路的轴向温降热热油管路轴向温降可油管路轴向温降可按苏霍夫温降公式计算：按苏霍夫温降公式计算
8、：CWdLKTTTTOEOBlnWCdLKOBOEeTTTTT TB B管路入口温度；管路入口温度；T TE E管路出口温度；管路出口温度；ToTo周围介质温度；周围介质温度；K K总传热系数；总传热系数；d d管线内径；管线内径；L L管线长度；管线长度；WW油流重量流量；油流重量流量；C C油流重量热容油流重量热容133.13.1 原油管路原油管路（1 1）热油管路的轴向温降）热油管路的轴向温降热油管的温降曲线热油管的温降曲线 u热热油输送油输送管路沿线管路沿线各处的温度梯度各处的温度梯度是不同的是不同的。u管路管路起点油温高，油流与周围介质起点油温高，油流与周围介质的温差大，温降就快的温
9、差大，温降就快。u终点终点前的管段上，由于油温低，温前的管段上，由于油温低，温降就慢得多降就慢得多。u加热加热温度愈高，散热愈多，温降就温度愈高，散热愈多，温降就快。因此，过多地提高管路起点油快。因此，过多地提高管路起点油温，以图提高管路终点油温，往往温，以图提高管路终点油温，往往是收效不大。是收效不大。143.13.1 原油管路原油管路不同输量下的沿线温降不同输量下的沿线温降 在大输量下热油管路在大输量下热油管路沿线的沿线的温度分布要比温度分布要比小输量时平缓得多。小输量时平缓得多。随着输量的减少，终随着输量的减少，终点油温将急剧下降。点油温将急剧下降。153.13.1 原油管路原油管路（1
10、 1）热油管路的轴向温降）热油管路的轴向温降热油管的温降曲线热油管的温降曲线 作用：作用：u确定管路中间加热站位置确定管路中间加热站位置和加热温度；和加热温度；u判断管路内油流的流态；判断管路内油流的流态；u计算热油管道的压降。计算热油管道的压降。163.13.1 原油管路原油管路温降公式在热油管道设计和管理中的应用：温降公式在热油管道设计和管理中的应用：当当K K、WW、d d、ToTo以及以及T TB B、T TE E一定时，确定加热站的间距一定时，确定加热站的间距L LC C；在加热站间距在加热站间距L LC C已定的情况下，当已定的情况下，当K K、WW、d d、ToTo一定时，确一定
11、时，确定为保持要求的终点温度定为保持要求的终点温度T TE E所必须的加热站出口温度所必须的加热站出口温度T TB B ；当当K K、d d以及以及ToTo一定时，在加热站间距一定时，在加热站间距L LC C 、加热站最高出口、加热站最高出口温度温度T TBmaxBmax和允许的最低终点温度和允许的最低终点温度T TEminEmin（即下一站进站温度）已（即下一站进站温度）已定的情况下，确定热油管路的允许最小输送量定的情况下，确定热油管路的允许最小输送量WWminmin。运行时反算实际的总传热系数运行时反算实际的总传热系数K K，以判断管路的散热及结蜡，以判断管路的散热及结蜡情况。情况。173
12、.13.1 原油管路原油管路总传热系数可按管内、外对流传热和管壁上传导传热的过程来计算：总传热系数可按管内、外对流传热和管壁上传导传热的过程来计算：nniiinniiirrrrrrrrrrrrK1ln111ln1111111nniiirrrrR1ln1121111RDK1183.13.1 原油管路原油管路K K值的变化规律：值的变化规律：管径越大则管径越大则K K值越小。值越小。管线埋深处的土壤含水量越大，管线埋深处的土壤含水量越大，K K值就越大；在相同条件值就越大；在相同条件下，管线处于地下水中与地下水以上相比较，下，管线处于地下水中与地下水以上相比较，K K值约增加值约增加30%50%3
13、0%50%管线埋置深度越深，管线埋置深度越深，K K值就越小；但一般埋深大于管径值就越小；但一般埋深大于管径3434倍时，对倍时，对K K值的影响明显减小值的影响明显减小。气候条件，冻土的导热系数比不冻土要大气候条件，冻土的导热系数比不冻土要大10%50%10%50%，故一，故一般般K K值在冬季要比夏季大。值在冬季要比夏季大。管内结蜡会使管内结蜡会使K K值变小。值变小。K K值与沿线土壤成分、相对密度、孔隙度等有关。值与沿线土壤成分、相对密度、孔隙度等有关。193.13.1 原油管路原油管路（2 2）热油管路的摩阻计算）热油管路的摩阻计算一般一般把热油管路分为若干段，按等温输油管线摩阻计算
14、方把热油管路分为若干段，按等温输油管线摩阻计算方法来计算其摩阻法来计算其摩阻。按温降公式求按温降公式求出各段油流的起点温度和终端温度。出各段油流的起点温度和终端温度。求出各段的平均温度。求出各段的平均温度。由实测的温粘曲线查出平均温度时的油流粘度。由实测的温粘曲线查出平均温度时的油流粘度。按照等温按照等温输油管线的公式，计算各段的摩阻损失。输油管线的公式，计算各段的摩阻损失。热油管路总的摩阻损失，等于各段摩阻损失之和。热油管路总的摩阻损失，等于各段摩阻损失之和。203.23.2 输气管路输气管路假设：假设：气体在管内作稳定流动，即气体的重量流量在管道内任气体在管内作稳定流动，即气体的重量流量在
15、管道内任一截面上为一常数；一截面上为一常数；气体在管内作等温流动，即沿线气温保持不变；气体在管内作等温流动，即沿线气温保持不变；水力摩阻系数为一常数。水力摩阻系数为一常数。工程工程上常用的输气管线体积流量公式：上常用的输气管线体积流量公式：ZTLppdQ22213858.493一、气体一、气体管线输管线输气量气量213.23.2 输气管路输气管路确定管径、起点和终点压力的计算公式：确定管径、起点和终点压力的计算公式：163222183210772.9ppZTLQd3162622110105.4dZTLQpp3162621210105.4dZTLQpp一、气体一、气体管线输管线输气量气量223.
16、23.2 输气管路输气管路二、输二、输气管线的压力计算气管线的压力计算输气管内的气流随着压力下降、体积和流速不断增大，促输气管内的气流随着压力下降、体积和流速不断增大，促进了能量的消耗进了能量的消耗，其，其压降曲线为一抛物线压降曲线为一抛物线 。输气管中压力变化曲线输气管中压力变化曲线 LXppppx222121某点处压力：某点处压力：停输时平均压力：停输时平均压力：222122132pppppcp233.23.2 输气管路输气管路应用：可应用：可及时发现输气管的工况是否正常。例如管线发生及时发现输气管的工况是否正常。例如管线发生局部堵塞时，如流量不变，则出站起点压力增高；在堵塞局部堵塞时，如
17、流量不变，则出站起点压力增高；在堵塞点之后，压力很快降落。点之后，压力很快降落。由输由输气管平均气管平均压力和平均温度压力和平均温度可确定可确定输气管的储气能力：输气管的储气能力：cpcpZTpVV0284243.23.2 输气管路输气管路三、输三、输气管线的温度计算气管线的温度计算输气管内沿管长任一点的温度，可按苏霍夫公式计算：输气管内沿管长任一点的温度，可按苏霍夫公式计算：axxeTTTT010当管长为当管长为L L时，管段的平均温度按下式计算：时，管段的平均温度按下式计算：aLcpeaLTTTT1010输气管线终点温度为：输气管线终点温度为：aLeTTTT01026106.62pCQKD
18、a253.33.3 油气混输管路油气混输管路u 用一条管路输送一口或多口油井所产的原油及其伴生气用一条管路输送一口或多口油井所产的原油及其伴生气的管路称为油气混输管路，或称两相流（油气）和多相的管路称为油气混输管路，或称两相流（油气）和多相流（油气水或油气水固）管路。流（油气水或油气水固）管路。u 原油矿场集输系统中，原油及伴生气的沿管流动，主要原油矿场集输系统中，原油及伴生气的沿管流动，主要属于气液两相流动，由于油井产物中常含有水和砂子，属于气液两相流动，由于油井产物中常含有水和砂子，因此，还应包括液因此，还应包括液液（油、水）、液液（油、水）、液固（油、水和固（油、水和砂）流动和液气砂）流
19、动和液气液（油、气、水）等复杂的多相流液（油、气、水）等复杂的多相流动。动。263.33.3 油气混输管路油气混输管路 “相相”通常指某一系统中具有相同物理、化学性质的通常指某一系统中具有相同物理、化学性质的均匀物质部分，各相间具有明显可分的界面。均匀物质部分，各相间具有明显可分的界面。一、相的定义及两相流动的分类一、相的定义及两相流动的分类 气气固两相流固两相流 气气液两相流液两相流 液液固两相流固两相流 液液液两相流液两相流 27二、气二、气液两相管流的参数和术语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
20、 压降梯度折算系数压降梯度折算系数3.33.3 油气混输管路油气混输管路281 1、质量流量和体积流量、质量流量和体积流量质量流量（Kg/s）：单位时间内流过管路横截面的流体质量 LgMMM3.33.3 油气混输管路油气混输管路式中 M混输管路的质量流量，kg/s；Ml液相的质量流量，kg/s；Mg气相的质量流量，kg/s。29体积体积流量流量 （m m3 3/s/s）：单位时间内流过管路横截面的）：单位时间内流过管路横截面的流体体积流体体积 LgQQQ3.33.3 油气混输管路油气混输管路式中式中 Q Q混输管路的体积流量，混输管路的体积流量，m m3 3/s/s；Q Ql l液相的体积流量
21、，液相的体积流量，m m3 3/s/s；Q Qg g一气相的体积流量，一气相的体积流量，m m3 3/s/s。302 2、流速、流速1 1）气）气、液相、液相流速流速若在混输管路内，气液相所占的流通面积分别为若在混输管路内，气液相所占的流通面积分别为A Ag g、A AL L，管路截面积管路截面积A=A=A Ag g+A+AL L ggggggAMAQwLLLLLLAMAQw3.33.3 油气混输管路油气混输管路上述速度实质上是气液相在各自所占流通面积上局部上述速度实质上是气液相在各自所占流通面积上局部速度的平均值。速度的平均值。312 2、流速、流速2 2）气）气、液相、液相表观流速表观流速
22、两相混合物中任一相单独流过管道全部流通两相混合物中任一相单独流过管道全部流通截面截面A A时的时的流速。流速。气相、液相的表观速度必小于气液相的真实速度。气相、液相的表观速度必小于气液相的真实速度。AQwgsgAQwLsL3.33.3 油气混输管路油气混输管路323 3、气、气液混合物液混合物流速流速两相混合物总体积流量与流通截面积之比。两相混合物总体积流量与流通截面积之比。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：LgsLsgQQwwwAgLww gLHwww3.33.3 油气混输管路油气混输管路334 4、气、液相、气
23、、液相质量流速质量流速气液相质量流量与管路流通截面之比气液相质量流量与管路流通截面之比气相质量流速：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：ggggsggMQGwAALLLLsLLMQGwAAgLgLsggsLLMMMGGGwwAA3.33.3 油气混输管路油气混输管路345、气、气液相对流速参数液相对流速参数 滑移速度：气相速度与液相速度之差滑移速度：气相速度与液相速度之差 滑动滑动比：气相速度与液相速度之比比：气相速度与液相速度之比 漂移速度：气相速度与均质流速之差漂移速度：气相速度与均质流速之差sgLwwwgLwswDgHwww3.33.3 油气混输管路
24、油气混输管路356、含气率、含气率和含液率和含液率质量质量含气率：气相质量流量与混合物质量流量之比。在含气率：气相质量流量与混合物质量流量之比。在水水蒸汽系统内质量含气率也称为干度，或称空泡份额或蒸汽系统内质量含气率也称为干度，或称空泡份额或空泡率空泡率质量质量含液率含液率ggMGxMG(1)LLMGxMG3.33.3 油气混输管路油气混输管路36体积含气率：管路流通截面上气相体积流量与气液混体积含气率：管路流通截面上气相体积流量与气液混合物总体积流量之比合物总体积流量之比体积体积含液率含液率 gQQ(1)LLQRQ3.33.3 油气混输管路油气混输管路37截面含气率：气相流通面积与管路总流通
25、面积之比，截面含气率：气相流通面积与管路总流通面积之比，有时也指某一短管段内气体所占流道体积的份额有时也指某一短管段内气体所占流道体积的份额截面截面含液率含液率 gggLAAAAA1LLAHA3.33.3 油气混输管路油气混输管路387、三、三种含气率之间的关系种含气率之间的关系质量质量含气率与含气率与体积含气率之间的关系体积含气率之间的关系 11gLgLx截面截面含气率含气率与体积含气率之间的关系与体积含气率之间的关系 截面截面含气率含气率与与质量质量含气率之间的关系含气率之间的关系 s11111ggLxvxvx sv3.33.3 油气混输管路油气混输管路39 ggLsggsggsLLMxM
26、Mwww 1 1gLgLsggsgLsggsLLsgLsgLsgLgLsggLsLsgLsgLwwxwwwwwwwwwggsgLgsgsLQQwQQQww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 3.33.3 油气混输管路油气混输管路401111gggggggggLLgLgLggLLggggLLggggLLggLLgLLggLQMAAwwQMQMAAAwwwwxMxMwwx 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 3.33.3 油气混输管路油气混输管路411 11 1LgLLggggLQQA
27、 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 3.33.3 油气混输管路油气混输管路42 由此可见，在实际管流中，截面含气率和体积含气率由此可见，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：的关系可分为三种情况：1,1,1,gLgLgLswwswwsww3.33.3 油气混输管路油气混输管路1 1）均质）均质流动流动2 2）气相流速大于液相流速，气相在管路内占的）气相流速大于液相流速，气相在管路内占的流动面积份额较气相体积含率小，液相所占流流动面积
28、份额较气相体积含率小，液相所占流动面积增多，这种现象称为持液现象动面积增多，这种现象称为持液现象3 3）在重力影响下，下倾管路内才可能发生液体）在重力影响下，下倾管路内才可能发生液体流速大于气体流速流速大于气体流速438、两相、两相混合物的密度混合物的密度1 1）流动密度：单位时间内流过管截面的两相混合物的质量与）流动密度：单位时间内流过管截面的两相混合物的质量与体积之比体积之比1LLggfgLQQMQQ 流动密度常用于计算气液混合物沿管路流动时的摩阻损失。流动密度常用于计算气液混合物沿管路流动时的摩阻损失。3.33.3 油气混输管路油气混输管路448、两相、两相混合物的密度混合物的密度11g
29、LgLA LA LA L 2 2）真实密度：）真实密度：在管道某流通断面上取微小流段，此流段中在管道某流通断面上取微小流段，此流段中气液两相混合物的气液两相混合物的真实密度定义真实密度定义为此微小流段中两相质量与为此微小流段中两相质量与体积之体积之比比3.33.3 油气混输管路油气混输管路当当气、液相间相对速度等于零，流动密度等于真实密度。气、液相间相对速度等于零，流动密度等于真实密度。真真实密度常用来计算气液混合物沿起伏管路运动时的静压损失实密度常用来计算气液混合物沿起伏管路运动时的静压损失（高程变化引起的附加压力损失）。（高程变化引起的附加压力损失）。8、两相、两相混合物的密度混合物的密度
30、3.33.3 油气混输管路油气混输管路均相流动时均相流动时，流动流动密度、均质密度和真实密度均相等。密度、均质密度和真实密度均相等。469、压降、压降梯度折算系数梯度折算系数1 1）全）全液相折算系数液相折算系数 20dpdlLdpdlLo3.33.3 油气混输管路油气混输管路设水平管路内气液两相沿管共流，其质量流量为M，压降梯度为dp/dl。另设在相同的管路中只有液相流动，其质量流量也是M，压降梯度为(dp/dl)10。定义这两种情况下压降梯度的比值为全液相折算系数。479、压降、压降梯度折算系数梯度折算系数2 2）分）分液相折算系数液相折算系数 2dpdlLdpdlL3.33.3 油气混输
31、管路油气混输管路设在气液混输管路内只有液相流动，其质量流量为设在气液混输管路内只有液相流动，其质量流量为 ，压降梯度为，压降梯度为 ，则把混输管路压降梯度，则把混输管路压降梯度d dP P/d/dl l与与 之比定义为分液相折算系数，以之比定义为分液相折算系数，以 表示，即表示，即 (1)lMMxddlPlddlPl2l489、压降、压降梯度折算系数梯度折算系数3)3)分分气相折算系数气相折算系数 gdldpdldpg23.33.3 油气混输管路油气混输管路设在气液混输管路内只有气相流动，其质量流量为设在气液混输管路内只有气相流动，其质量流量为 ，压降梯度为，压降梯度为 ，则把混输管路压降梯度
32、，则把混输管路压降梯度d dP P/d/dl l与与 之比定义为分气相折算系数，以之比定义为分气相折算系数，以 表示，即表示，即gMM xddgPlddgPl2g引入折算系数的目的是把求两相混输管路摩擦压降梯度的问题转化为求折算系数的问题。若能用实验方法求得上述任意一种折算系数，则两相管路的压降梯度可由该折算系数与相应单相管路压降梯度之乘积求得。49三、气三、气液混输管路的特点液混输管路的特点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
33、定方法大致分为三类：u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u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与流型建立某种联系 u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 3.33.3 油气混输管路油气混输管路3.33.3 油气混输管路油气混输管路根据根据气液两相的分布情况和结构特征，把两相管路分成若气液两相的分布情况和结构特征，把两相管路分成若干流型干流型。根据根据油气性质、油气比、管径及其他条件的不同，油气性质、油气比、管径及其他条件的不同，埃尔乌埃尔乌斯斯(AlvesAlves)根据根据他本人和其他学者
34、所观察到的气液两相在管他本人和其他学者所观察到的气液两相在管内的运动情况，把两相管路的流型分为分为内的运动情况，把两相管路的流型分为分为气泡流、气团气泡流、气团流、分层流、波浪流、冲击流（段塞流）、不完全环状流流、分层流、波浪流、冲击流（段塞流）、不完全环状流、环状流、弥散流、环状流、弥散流等八种流态。等八种流态。3.33.3 油气混输管路油气混输管路(d)(c)(h)(g)(b)(a)(f)(e)（a）气泡）气泡流流；（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
35、3.33.3 油气混输管路油气混输管路在单相液体流动的水平透明管地加入并逐渐增加气体量，所观察到的流型变化为：1）气泡流（Bubble）：当气液混合物内的含气量不多时，气体以气泡形式浓集于管子上部。气液间的界面张力力图使气泡呈球形。气泡以与液体相等的速度或略低于液体的速度沿管运动。两相管路以气泡流型稳定运行时，一般无明显的压力波动。(d)(c)(h)(g)(b)(a)(f)(e)533.33.3 油气混输管路油气混输管路2）气团流（Pulg）：随着气量的增加，形成较大的气团，在管路上部同液体交替地流动。3）分层流（Stratified）：再增多气体量，气团连成一片成为连续气相。气液间具有较光滑
36、的界面，相速度有较大的差别。以分层流型稳定运行时，管路也无明显的压力波动。(d)(c)(h)(g)(b)(a)(f)(e)(d)(c)(h)(g)(b)(a)(f)(e)543.33.3 油气混输管路油气混输管路4 4）波浪流（波浪流（WavyWavy）：气体量进一步增加，气体流速提高，在：气体量进一步增加，气体流速提高，在气液界面上吹起与行进方向相反的波浪。气液界面上吹起与行进方向相反的波浪。以波浪流型运行的管以波浪流型运行的管路有轻微的压力波动，其波动频率较高。路有轻微的压力波动，其波动频率较高。(d)(c)(h)(g)(b)(a)(f)(e)553.33.3 油气混输管路油气混输管路5
37、5）段塞流（）段塞流（SlugSlug）：又称：又称冲击流冲击流。气体流速更大时，波浪加。气体流速更大时，波浪加剧，其波峰不时高达管顶，形成液塞，阻碍高速气流的剧，其波峰不时高达管顶，形成液塞，阻碍高速气流的通过通过,进而油被气体吹开带走一部分液体。被带走的液体或吹散成雾进而油被气体吹开带走一部分液体。被带走的液体或吹散成雾滴或与气体一起形成泡沫。滴或与气体一起形成泡沫。以冲击流型工作时，其振动和水击以冲击流型工作时，其振动和水击现象最为明显，管路压力有很大波动，但振动频率较小现象最为明显，管路压力有很大波动，但振动频率较小。(d)(c)(h)(g)(b)(a)(f)(e)563.33.3 油
38、气混输管路油气混输管路6 6）不完全环状流（）不完全环状流（Semi-AnnularSemi-Annular）：气量继续提高，要：气量继续提高，要求管路有更大的面积供气体通过。求管路有更大的面积供气体通过。气流将液体的断面压缩气流将液体的断面压缩成新月形，管路顶部的液层很薄而底部的液层较厚，形成成新月形，管路顶部的液层很薄而底部的液层较厚，形成不同心的环状流不同心的环状流。(d)(c)(h)(g)(b)(a)(f)(e)573.33.3 油气混输管路油气混输管路7 7）环状流（）环状流（AnnularAnnular）：随着气流速度的进一步提高，不同：随着气流速度的进一步提高，不同心环状液层变薄
39、，形成心环状液层变薄，形成环环状状流流。气体携带着液滴以较高的速度气体携带着液滴以较高的速度在紧挨管壁的环状液层的中心通过在紧挨管壁的环状液层的中心通过。(d)(c)(h)(g)(b)(a)(f)(e)583.33.3 油气混输管路油气混输管路8 8）弥散流（弥散流（SpraySpray）：当气体的流速更大时，环状液层被气：当气体的流速更大时，环状液层被气体吹散，以液雾的形式随高速气流向前流动体吹散，以液雾的形式随高速气流向前流动。(d)(c)(h)(g)(b)(a)(f)(e)59TaitelTaitel和和DuklerDukler流型流型19761976年提出，分为三种基本流型。年提出，分
40、为三种基本流型。3.33.3 油气混输管路油气混输管路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 3.33.3 油气混输管路油气混输管路BakerBaker流型图流型图19541954年提出，年提出，第一个适用于第一个适用于各种介质的水各种介质的水平管路流型图，平管路流型图，分为七种流型。分为七种流型。3.33.3 油气混输管路油气混输管路MandhaneMandhane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。3.33.3 油气混输管路油气混输管路Taitel-DuklerTaitel-Dukler流
41、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3.33.3 油气混输管路油气混输管路3.33.3 油气混输管路油气混输管路天然气天然气凝析液混输管路中常遇到凝析液混输管路中常遇到分层流型、不完全分层流型、不完全环状流、环状流和弥散流环状流、环状流和弥散流；原油原油天然气混输管路常遇到天然气混输管路常遇到气泡流、气团流、分层气泡流、气团流、分层流、波浪流和冲击流等五种流、波浪流和冲击流等五种。油气混输管路中的流型油气混输管路中的流型2 2、存在相间能量交
42、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，由于在气液两相流动中，由于两相的速度常常不同两相的速度常常不同，使气，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。u流速流速较高的气体，常常把一部分液体拖带到气体中，脱较高的气体，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离液流主体时要消耗能量；u被被气流吹成液滴或颗粒更小的雾滴要消耗能量气流吹成液滴或颗粒更小的雾滴要消耗能量；u由由流速较慢的液流主体进入流速较快的气流中的液滴或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雾滴获得加速度要消耗能量能量3.33.3 油气混输管路油气混
43、输管路3 3、存在相间传质、存在相间传质 在两相或多相管路在两相或多相管路内，随压力温度的变化，以及气液内，随压力温度的变化，以及气液相流速常不相同，相流速常不相同，气液相间常处于不平衡状态气液相间常处于不平衡状态。因而相间。因而相间不断有质量交换，使气液在新条件下达到新的平衡状态。不断有质量交换，使气液在新条件下达到新的平衡状态。管路气液两相的质量流量、组成、密度、粘度等参数沿程管路气液两相的质量流量、组成、密度、粘度等参数沿程不断变化。不断变化。气液两相质量流量的变化影响流型和能耗的变气液两相质量流量的变化影响流型和能耗的变化。化。3.33.3 油气混输管路油气混输管路4 4、流动不稳定、
44、流动不稳定 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化，需要较长时间才能重新达到新的稳定状态，需要较长时间才能重新达到新的稳定状态。在某些流型。在某些流型下，如冲击流型，即使管路起点气液输量保持不变，下，如冲击流型，即使管路起点气液输量保持不变，管路各管路各截面上的压力和气液输量也有激烈波动截面上的压力和气液输量也有激烈波动。因此，两相管路常。因此，两相管路常处于不稳定流动状态。处于不稳定流动状态。3.33.3 油气混输管路油气混输管
45、路685 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，其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。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、低温的条件下可能形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成水合物。两相或多相管路应分段进行水力、热力、相平衡等耦合计算。两相或多相管路应分段进行水力、热力、相平衡等耦合计算。3.33.3 油气混输管路油气混输管路693.33.3 油气混输管路油气混输管路四、混输管路热力计算 石油工业的两相或多相流动，要准确计算管路内气液相的石油工业
46、的两相或多相流动，要准确计算管路内气液相的流动参数，必须与热力学模型结合，确定原油与天然气的热力流动参数，必须与热力学模型结合，确定原油与天然气的热力物性参数和热力学特性。目前用于石油多相流动气液相物性参物性参数和热力学特性。目前用于石油多相流动气液相物性参数计算的热力学模型有数计算的热力学模型有黑油模型和组分模型。黑油模型和组分模型。3.33.3 油气混输管路油气混输管路四、混输管路热力计算 1 1）黑油模型的优、缺点）黑油模型的优、缺点将由多组分烃类组成的复杂油气两相混合物系统简化为由非挥发性组分将由多组分烃类组成的复杂油气两相混合物系统简化为由非挥发性组分（黑油）和挥发性组分（伴生气）所
47、组成的两组分油气系统的简化物理（黑油）和挥发性组分（伴生气）所组成的两组分油气系统的简化物理模型称为黑油模型。模型称为黑油模型。黑油模型黑油模型是按油气相对密度、压力和温度，采用经验关系式来确定油气是按油气相对密度、压力和温度，采用经验关系式来确定油气的体积系数、溶解气油比、油气比热容和密度等物性参数的一种方法。的体积系数、溶解气油比、油气比热容和密度等物性参数的一种方法。模型优点：模型优点：u 计算过程简单，不涉及繁琐的状态方程参数和相态平衡计算。计算过程简单，不涉及繁琐的状态方程参数和相态平衡计算。u 计算速度快、计算过程收敛。计算速度快、计算过程收敛。3.33.3 油气混输管路油气混输管
48、路四、混输管路热力计算 模型缺点模型缺点：黑油模型假设流体只有油和气两种组分，因而黑油模型假设流体只有油和气两种组分，因而不能计算油、不能计算油、气组成沿管长的变化气组成沿管长的变化。模型对流体模型对流体PVTPVT的特性处理比较简单，认为所有的的特性处理比较简单，认为所有的油气物性参油气物性参数仅与油气相对密度、管道压力有关数仅与油气相对密度、管道压力有关，只有少数的模型内包含，只有少数的模型内包含有温度的影响，其相分离计算是通过气油比和溶解度系数得到有温度的影响，其相分离计算是通过气油比和溶解度系数得到的，气液相平衡和相间传质的处理方法十分粗糙，的，气液相平衡和相间传质的处理方法十分粗糙，
49、没有考虑到没有考虑到气体的反凝析现象气体的反凝析现象。3.33.3 油气混输管路油气混输管路四、混输管路热力计算 黑油模型适用于黑油模型适用于管内流体组分不能确切地用摩尔分数表示管内流体组分不能确切地用摩尔分数表示的场合的场合，如原油和伴生气多相流管道的工艺计算。如原油和伴生气多相流管道的工艺计算。3.33.3 油气混输管路油气混输管路四、混输管路热力计算 2）组分模型的优、缺点利用纯物质的性质通过状态方程进行混合物物性计算的模型称为组分模型。组分模型是按流体的组成、压力、温度通过状态方程确定平衡气液相组成和PVT物性参数的处理方法。组分模型可以通过色谱分析得到井流物的组分（如C1、C2C7+
50、、H2S、CO2和N2等），然后利用状态方程、热力学相态平衡方程进行泡点、露点和闪蒸计算，计算出气液相组成、密度、比热容及逸度等热物性参数。3.33.3 油气混输管路油气混输管路四、混输管路热力计算 组分模型优点能够准确地计算出气液相的摩尔组成、质量流量、各种物性参数和管道集液量。在流体输送过程中，由于沿线温度、压力的变化及滑脱现象的存在，各相的组成会相应发生改变，利用组分模型则可以准确地反映这种变化过程，处理与组成有关的复杂问题，如相间质量传递、凝析与反凝析现象等。3.33.3 油气混输管路油气混输管路四、混输管路热力计算 组分模型的缺点只有确切知道流动介质各组分的摩尔组成，才能够采用状态方
