海洋集輸管道嚴(yán)重段塞流控制管理

馬亮（中國(guó)石油天然氣勘探開發(fā)公司，北京　100034）

海洋集輸管道嚴(yán)重段塞流控制管理

馬亮（中國(guó)石油天然氣勘探開發(fā)公司，北京100034）

由于嚴(yán)重段塞流現(xiàn)象給海洋油氣生產(chǎn)造成了極大困擾，本文總結(jié)了生產(chǎn)中常用的控制方法，如節(jié)流法和氣舉法等，并分析了各種控制方法的優(yōu)缺點(diǎn)及適用性。節(jié)流法適用范圍更廣，但容易造成能量損失，降低油田產(chǎn)量；氣舉法能夠提升產(chǎn)量，保護(hù)下游設(shè)備，但需要充足的氣源支持。

嚴(yán)重段塞流；控制；氣舉；節(jié)流

隨著深水油田逐步得到開發(fā)，越來越多的海洋多相流集輸管道投入使用。與鋪設(shè)兩條管路分別運(yùn)送原油和天然氣相比，混輸管道降低了建設(shè)成本和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用［1］。然而，海底集輸管道由于其集輸距離較大，受制于海洋生產(chǎn)環(huán)境存在下傾管～立管或水平管～立管等集輸管型，容易產(chǎn)生嚴(yán)重段塞流。嚴(yán)重段塞流由于其強(qiáng)烈的流速及壓力變化會(huì)增大井口背壓同時(shí)損害下游分離器等設(shè)備，嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)。故了解嚴(yán)重段塞流的特征，開展對(duì)嚴(yán)重段塞流控制的研究是非常必要的。

1　嚴(yán)重段塞流特性

嚴(yán)重段塞流通常發(fā)生在氣液相流速較低情況，由于下傾管處容易形成分層流，氣體被堵在立管底部，只有液體可以進(jìn)入立管形成液塞。其特點(diǎn)是壓力和管道氣液相流速的劇烈變化。典型的嚴(yán)重段塞流呈現(xiàn)嚴(yán)格的周期性變化，一個(gè)周期可分為4個(gè)階段［2］：

階段1：當(dāng)系統(tǒng)中發(fā)生不穩(wěn)定流動(dòng)，氣體被堵在上升管路底部，液體不斷的流入上升管路而上升管路中已有的氣體不斷排出，這樣就有可能在上升管路中形成一個(gè)高度小于分離器高度的液柱。這就會(huì)使上升管路液相流體增多，上升管底部壓力增大，壓縮上升管底部氣體并形成一個(gè)液柱累積區(qū)域，這個(gè)階段就叫做液塞積累階段。

階段2：隨著液柱高度達(dá)到上升管路頂部，氣體仍然被堵在上升管路底部，上升管底部壓力達(dá)到了最大值，在這時(shí)仍然只有液體可以進(jìn)入上升管，這個(gè)階段叫做液塞流出階段。

階段3：隨著氣體不斷流入管道，上升管底部壓力不斷增大并推動(dòng)液柱底部到上升管底部，這時(shí)就進(jìn)入了噴發(fā)階段。

階段4：隨著氣體不斷滲入上升管，管內(nèi)氣相流體逐漸增多，管內(nèi)壓力下降，氣體不斷向上流動(dòng)。當(dāng)氣體達(dá)到上升管頂部時(shí)氣體流道完全暢通，在水平管和下傾管中是分層流，在上升管路中是間歇流/環(huán)狀流，這導(dǎo)致氣體猛烈排出，管路中壓力迅速下降然后又重新回到液塞形成階段。這個(gè)階段叫做氣體快速排出與液塞回落階段。

2　嚴(yán)重段塞流控制研究

在嚴(yán)重段塞流形成機(jī)理和特性研究的基礎(chǔ)上，學(xué)者們又開展了嚴(yán)重段塞流的控制研究?？傮w來說，嚴(yán)重段塞流的控制方法分為三種：一是改變管系或者流程的設(shè)計(jì)，比如改變管徑或加裝段塞捕集器；二是改變生產(chǎn)工況，比如改變?nèi)肟诹魉倩蛘{(diào)整背壓；三是采取氣舉或節(jié)流等措施消除段塞。在現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)中，由于生產(chǎn)流程及工藝都已確定，故操作者只能采取第三種方法消除段塞。

2.1節(jié)流法

（1）節(jié)流閥法

在立管頂部安裝節(jié)流閥，當(dāng)管道內(nèi)流體流速較高時(shí)調(diào)節(jié)閥門，降低分離器入口的液體流速，保護(hù)下游設(shè)備。目前這種方法因其操作的便宜性在實(shí)際生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，但這種方法會(huì)增大井口回壓，造成能量損失，降低油田產(chǎn)量，尤其對(duì)于深水管線系統(tǒng)產(chǎn)量降低尤為明顯。

（2）PⅠD節(jié)流控制閥法

在分離器的入口安裝節(jié)流閥，PⅠD節(jié)流控制裝置進(jìn)行反饋控制［3］。根據(jù)立管底部壓力調(diào)節(jié)PⅠD閥開度，降低井口回壓，控制流體速度，緩解嚴(yán)重段塞流現(xiàn)象。

2.2氣舉法

（1）立管底部氣舉法

在立管底部或下傾管尾部通過壓縮機(jī)直接注氣，這是消除嚴(yán)重段塞的一種較好的方法，可以顯著減小井口回壓，增加油氣產(chǎn)量，保護(hù)管道及下游設(shè)備，缺點(diǎn)是需要大量氣體，需要充足的氣源［4］。這種方法有一定的局限性，但這是目前應(yīng)用較多的一種方法。

（2）旁通管注氣法

將上游下傾管內(nèi)的氣體通過一條旁通管導(dǎo)入立管中。這種方法不需要額外的氣源，通用性較好；不需配備氣體容器、壓縮機(jī)等設(shè)施，減少了投資運(yùn)行費(fèi)用，但當(dāng)入口氣速較低時(shí)并不適用［5］。

（3）管中管注氣

將一根細(xì)管插入立管中，并通過此管使氣體進(jìn)入立管，這樣氣體就無法被堵在立管底部，使立管中沒有形成嚴(yán)重段塞流的條件［5］。從理論上小徑管置入的方法確實(shí)能夠消除或緩解嚴(yán)重段塞現(xiàn)象。但插入細(xì)管后可能導(dǎo)致無法進(jìn)行清管等操作。

3　結(jié)語(yǔ)

嚴(yán)重段塞流現(xiàn)象導(dǎo)致的流速的瞬變和立管底部壓力的增大都給實(shí)際生產(chǎn)造成了非常大的困難和挑戰(zhàn)。目前比較常用的方法主要是節(jié)流法和氣舉法。節(jié)流法因?yàn)槠洳僮骱?jiǎn)便且無附加條件，在現(xiàn)場(chǎng)得到了廣泛的應(yīng)用。但因節(jié)流法會(huì)造成井口回壓增大，油田產(chǎn)量降低，在氣源比較豐富的地方，人們還是盡量采用立管底部氣舉法，從而更好地提高產(chǎn)能，保護(hù)管道和下游設(shè)備。

［1］徐孝軒，宮敬.海底油氣管道多相流動(dòng)中的若干技術(shù)［J］.油氣儲(chǔ)運(yùn)，2007，26（12）：1～7.

［2］王鑫，郭烈錦等.集輸～上升管路系統(tǒng)嚴(yán)重段塞流實(shí)驗(yàn)研究［J］.工程熱物理報(bào)，2005，（5）.

［3］Jansen F E，Shoham O，Taitel Y.The elimination of severe slugging～experiments and modeling［J］.Ⅰnt.J.Multiphase Flow，1996，22（6）：1055～1072.

［4］李曉平.立管嚴(yán)重段塞流控制方法實(shí)驗(yàn)研究［J］.中國(guó)海上油氣，2005，17（6）：416～419.

［5］趙越超等.強(qiáng)烈段塞流消除方法的試驗(yàn)研究進(jìn)展［J］.管道技術(shù)與設(shè)備，2004，2：1～7.

馬亮（1989-），碩士研究生，現(xiàn)就職于中國(guó)石油天然氣勘探開發(fā)公司，從事油氣長(zhǎng)輸管道管理工作。