油氣集輸過程中壓降模型與變化規律

孫萍萍

摘 要：本文研究了高含水期油氣集輸過程中流型以及壓降變化。通過實驗測得數據修正，并對油氣集輸管道的流型計算結果與實測流型進行了比較。同時根據實驗數據利用最小二乘法對分氣相折算系數經驗公式進行了擬合修正，對擬合后公式計算井口壓降結果與擬合前井口壓降計算結果、實測壓降以及模型計算結果進行了比較。研究證明，修正后的流行圖以及沖擊流壓降模型計算結果與實測數據相吻合，誤差較小，適合采油單位工程應用。

關鍵詞：高含水期；油氣集輸；流型計算；壓降

1 引言

近年來由于產出液中含水率增高，輸送管道中伴有油氣水多相流動的狀況。隨著管路中流動狀況的改變，多相流流動機理呈復雜多變，目前國內外對該機理的研究尚未形成定論，尤其沒有適合工程應用上的水利計算模型。油田輸送管網的投資在總投資中所占比例有三成之多，而運行過程中的能耗占到生產總能耗的四成，因此，研究油氣集輸過程中管路中流體流動規律，預測油氣集輸管路中流體的流型以及壓降變化規律，對管線設計以及改造具有重要的現實意義。本文以某聯合站實測數據為依據，探索了高含水期油氣集輸管道流型和壓降的變化規律。

2裝置

為了研究高含水期油氣水在管內的流動特性，給出適合工程實際的試驗裝置工藝流程，并在采油現場對所用試驗裝置進行了安裝調試。該套試驗裝置全部利用實際油氣水介質進行試驗。試驗管道為現有埋地井口到計量站間的集油管道，除流型及流態測試外，其余部分全部利用計量站現有設施。油氣水混合物經集油管線到達計量站，從計量站分別進入試驗裝置，測試產液量、產氣量、壓力、溫度、流型，對典型的流型拍攝，研究油氣水混輸的流型。

3 流型研究

3.1 流型選擇

Baker提出的水平管流型分界圖。它以大量試驗和觀察為基礎，認為流型不僅和氣液流量有關，還和氣液物性有關。眾多研究表明，水平管三相流流體本身物性會對流型的變化產生影響，該種情形下，選擇廣泛使用的Baker流行圖進行流型驗證更與實際情況相符合。對現場采集的數據進行了驗證。

3.2 模型修正

實驗發現，當對高含水期油氣水三相流進行流型預測時，預測結果與實際流型相比存在較大誤差。針對管道中流體粘度較小的特點，應用實驗現場所得的實測數據對Baker流型圖的橫縱坐標進行了擬合修正。利用擬合修正后集輸管路中流體的流型重新進行了計算，結果表明管路中流體流型均為沖擊流，與實測數據完全吻合。證明，經擬合修正后的Baker模型適用于采油廠高含水期油氣水三相流流型的預測。

4 壓降研究

4.1 模型修正

流型區分氣相折算系數的經驗公式。 （公式4-1）；

（公式4-2） （公式4-3） ； （公式4-4）式中： -分氣相折算系數； -假設混輸管路中只有氣體流動時的壓降，Pa； -單相氣體的水力摩擦系數；X-質量含氣率； -氣體質量流量，kg/s； G-混輸管路的質量流量，kg/s； D-管道內徑，m；A-混輸管路的截面積，m2； -氣體密度，kg/m3。

4.2實測數據分析與模型驗證

實驗過程為了保證數據采集的準確性，采用間隔量油、測氣的取樣方式對某聯合站的集油管道進行了系列測定。采用修正后的壓降計算模型對井口壓力進行了計算，通過對比實驗測得數據與擬合所得結果進行了比較，未經修正的Baker模型不適用于高含水期壓降計算，而修正后的Baker模型計算機結果與實測數據基本吻合。在多個實驗數據的基礎上，對洛-馬公式中分氣相折算系數的求法提出了修正。給出了沖擊流和分散氣泡流的壓降計算方法。實驗管徑范圍為13～150mm，以空氣.水為介質，因此有一定的局限性。本研究中也同時使用模型對測試各段的井口壓力進行了計算，對比結果顯示，誤差均大于修正后的Baker模型。因此，本研究結合某聯合站實測數據對Baker模型的擬合修正，適合采油廠采油后期高含水油氣集輸的預測計算，適合工程應用。

4.3 誤差分析

表1 壓降模型計算結果與實測數據誤差對比分析表

集油管道 相 對 誤 差

Baker模型 修正后Baker模型 Mandhane模型

486 18.34% 9.53% 17.54%

584 10.34% 5.77% 19.16%

329 14.67% 13.12% 42.35%

418 10.15% 7.49% 39.09%

623 13.14% 3.85% 17.84%

165 17.31% 8.65% 20.13%

5 結 論

（1）對某聯合站集油管道中高含水期油氣水三相混輸管道的壓降及相關參數進行了現場測試。根據測試數據，對Baker流行圖以沖擊流壓降模型進行了修正。（2）對現場測得數據，采用修正后流行圖進行了流型計算，所得流型與現場測得流型相吻合，結果證明修正后的流行圖適合采油廠高含水期油氣水三相混輸管道流型判別。

參考文獻：

[1]張修剛，牛冬梅，蘇新軍等.水平管內油水兩相流動摩擦壓降的試驗研究[J].油氣儲運，2003，22（2）：47～50.