強烈段塞流消除與控制技術(shù)研究.pdf

1、在當前海洋油氣集輸系統(tǒng)中,油氣混合物需通過一段下傾管-立管輸送至中心處理平臺,在較低的氣液流速下,該管段中極易出現(xiàn)強烈段塞流。這種流型給集輸系統(tǒng)的設(shè)計和生產(chǎn)帶來許多問題。本文研究了強烈段塞流的流動特征、控制策略及消除方法。
　　 針對不同壓力波動形式來區(qū)分不同的強烈段塞流流型。過渡流型強烈段塞流沒有液塞流出階段,液塞到達立管頂部就直接產(chǎn)生噴發(fā),而典型強烈段塞流滿足強烈段塞流噴發(fā)的四個階段。強烈段塞流壓力波動幅度與循環(huán)中的最小壓力

2、值密切相關(guān),二者是此消彼長的關(guān)系。強烈段塞流液塞噴發(fā)階段速度可以達到入口流速的23-35倍之間。強烈段塞流噴發(fā)過程中,立管中部測壓點壓力波動曲線在噴發(fā)時刻產(chǎn)生突然的急劇上升,然后迅速下降。壓力突然增高尖端的形成必須具備兩個條件,一是氣體累積空間足夠大；二是測壓點在液體進入立管達到很高的噴發(fā)速度前,液塞尾部仍然沒有通過測壓點。
　　 建立了分離器液體閥門開度隨強烈段塞流液塞噴發(fā)而變化的定量的關(guān)系描述。指出分離器所需體積與閥門流通性

3、質(zhì)及調(diào)節(jié)有很大關(guān)系,選擇合理的閥門可以有效的減小分離器的體積,并給出了閥門選擇模型。給出了一個利用傳統(tǒng)的控制策略進行氣液分離器液位和壓力控制的動態(tài)模型。該動態(tài)模型對于氣液分離器在段塞流條件下的運行尤為重要。同時對動態(tài)模型的系統(tǒng)穩(wěn)定性詳細進行了分析。分析表明系統(tǒng)的穩(wěn)定性可以通過合理的控制器和控制閥的設(shè)計來實現(xiàn)。對于任意流速條件下的氣相出口控制閥都可以完成氣液分離器壓力的控制。基于提出的線性控制系統(tǒng)模型,實現(xiàn)了一個簡單的控制系統(tǒng)設(shè)計,并且利

4、用合適的軟件對系統(tǒng)的瞬變響應(yīng)進行了模擬。最終給出了利用專用模擬器設(shè)計的氣液分離器控制系統(tǒng)實施的設(shè)計框架。
　　 提出自控泵吸消除強烈段塞流的方法。這種方法能完全消除低氣液速度下的強烈段塞流,能使強烈段塞流發(fā)生的氣液范圍減小。泵吸法不僅可以減小壓力的波動,而且可以降低較小氣液速度下管路系統(tǒng)的壓力,使得井口的背壓下降,從而提高采收率,在盡量短的時間內(nèi)采出盡量多的油氣,提高了效率,降低了開采成本。泵的自吸效果越好消除的效率越高。提出現(xiàn)