海底输油管道内层泄露污染物多相迁移研究

发布时间：2020-09-14 08:47

　　海底石油资源的开发重点已经由浅海逐渐转向深海,且由于深海环境的极度恶化,双层输油管道在海底石油资源的开采过程中已得到了广泛的应用。然而,由于诸多因素的影响,管道泄漏时有发生,并且造成了严重的环境污染及巨大的经济损失。海底双层输油管道的安全维护已成为石油产业亟待解决的难题,而管道泄漏检测是管道安全维护的必要手段。目前,光纤法、电容法、生物传感器法及特性阻抗法等泄漏检测技术,由于其准确、快速测量等优点在输油管道泄漏检测中具有广泛的应用前景,但是其制造成本已相对阻碍了这些技术的发展。本课题通过海底输油管道内层泄漏污染物的迁移研究,为泄漏检测传感器及光纤的布置提供一些参考性依据及意见,能够在一定程度上解决管道泄漏检测的成本问题。因此,开展海底输油管道内层泄漏污染物多相迁移研究具有重要的应用价值。本文以海底输油管道内层泄漏污染物为研究对象,运用介观模拟及宏观模拟两种方式,对漏污染物的多相迁移进行了研究;且分析了不同影响因素条件下海底输油管道内层泄漏污染物的介观、宏观迁移规律。主要研究内容如下:(1)保温材料多孔结构模型构造。参考实际海底双层输油管道保温材料的孔隙结构特点,利用QSGS方法进行理想保温材料多孔结构模型构造。当分布概率取0.01,生长率取0.01时,所构造不同孔隙率保温材料多孔结构模型较为理想。(2)保温材料多孔结构内油水迁移介观模拟。进行保温材料多孔结构内油水迁移的介观模拟,且分析不同控制参数条件下油水的介观迁移规律。虽然油水的迁移过程受多种因素的影响,但保温材料多孔结构的孔隙率及流体驱动压力是多孔结构内油水迁移的主要影响因素。(3)保温材料多孔结构内油水迁移阻力系数获取。利用以上介观模拟数据,获取不同孔隙率保温材料多孔结构内油水迁移的阻力系数及阻力系数随孔隙率的变化曲线。多孔结构孔隙率越小,油和水所受粘性阻力及惯性阻力皆越大;同时,粘性作用皆大于惯性作用,并且水的粘性作用明显高于油,而油和水的惯性作用基本一致。(4)海底输油管道内层泄漏污染物多相迁移宏观模拟。通过模拟分析不同影响因素对海底输油管道内层泄漏污染物的多相迁移作用规律。泄漏时间、泄漏口位置、输油管道规格、泄漏速度、泄漏孔径、保温材料孔隙率等对海底输油管道内层泄漏污染物的多相迁移有明显作用,但流体密度的作用不是很明显。通过本文研究,获得了海底输油管道内层泄漏污染物的介观、宏观迁移规律以及保温材料多孔结构内油水迁移阻力系数随孔隙率的变化曲线,为泄漏检测技术中传感器及光纤等的布置提供一些参考性依据及意见。
【学位单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TE88
【部分图文】：

输油管道,内部结构

东北石油大学工程硕士专业学位论文第一章绪论1.1 研究背景及意义海洋蕴藏着丰富的石油资源，对海洋石油资源的开发重点转向深海已是必然[1,2]。高效的开发海洋石油资源，对我国的可持续发展有着重要的意义。然而，在开采过程中，管道运输是石油外输中最为主要，也是最为快捷、经济、可靠的方式[3]。为了提高输油管道的使用安全系数，国内外进行了大量的双层输油管道研究。其中，国外对于双层管的研究始于 20 世纪 80 年代，主要研究内容包括管道的表面性及耐腐蚀性。90年代初，我国也开始了双层输油管的研究和开发[4]。目前，双层输油管道内部结构大致可分为内钢管、防腐层、绝热保温层、外套管及内管支撑件等五个部分，如图 1.1 所示；且双层管保温结构在国内外已经得到了广泛的应用，其中，国外在实际生产中已用于 3000 米的水深。我国绥中油田中心平台至绥中路上终端的海底管道亦采用了双层保温管道。

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图 1.2 海底输油管道的泄漏及其危害研究海底双层输油管道内层泄漏污染物多相迁移的问题，有助于解决海底双层输油管道设计施工过程中的实际工程问题、管道泄漏检测及泄漏污染防治等问题；同时，还可以推动污染物在多孔介质中的迁移研究进一步向前发展。总之，进行海底双层输油管道内层泄漏污染物多相迁移研究，对控制石油安全生产[12-15]、管道泄漏检测[16-24]、减少经济损失[25]以及防止环境污染[26]都具有显著的理论和实际意义。1.2 国内外研究现状海底双层输油管道的保温材料为多孔结构，输油管道泄漏污染物在多孔结构中迁移时，污染物是在多孔结构孔隙中运动的，多孔结构固体骨架表面构成了流动的边界。然而多孔结构骨架和孔隙的几何形状是极其复杂的，亦是极其微观的。污染物是固、液、气三相维持动态平衡的宏观表现，在污染物迁移的过程中，伴随着污染物相与相之间以及与多孔结构固体骨架之间的相互作用，其中包括有：污染物的水动力弥散、吸附与解吸作用、化学反应作用等。目前，国内外对于海底双层输油管道泄漏的研究较少，大部分研究只集中在埋地输油管道及海底单层管泄漏等方面，然而，以上研究可为海底双层输油管道泄漏的研究提供理论与技术参考。国内外对于输油管道泄

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际海底双层输油管道保温材料的孔隙结构特点，利用 QSGS 方构模型的构造，且通过不同控制参数条件下的多孔结构模型的为合适的控制参数构造理想保温材料多孔结构模型。温材料多孔结构内油水迁移介观模拟上获取的理想模型，利用 LBM 方法进行保温材料多孔结构内油分析不同控制参数条件下保温材料多孔结构内油水的介观迁移温材料多孔结构内油水迁移的阻力系数拟合上介观模拟数据，通过拟合法获取不同孔隙率保温材料多孔结数及阻力系数随孔隙率的变化曲线。底输油管道内层泄漏物多相迁移宏观模拟上所获取的阻力系数随孔隙率的变化曲线，计算相应孔隙率保系数，以此系数作为海底输油管道内层泄漏污染物多相迁移宏通过模拟分析不同影响因素对海底输油管道内层泄漏污染物多研究技术路线如图 1.3 所示：

【参考文献】