起伏天然气管道持液率预测与清管规律研究

发布时间：2017-08-09 14:05

  本文关键词：起伏天然气管道持液率预测与清管规律研究

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【摘要】：我国天然气资源常常分布于山地和丘陵地带,导致管道走势起伏多变。受重力的影响,井口产出的液烃和水会在管道低洼处聚集,堵塞管道,所以需要定期清管。了解管道的积液分布和积液量是进行清管分析的基础,管道压力变化、液塞体体积和清管时间是清管分析的重要组成部分。为此,本文基于气液两相流理论和数值模拟的相关知识对起伏管道中持液率的计算方法和清管过程进行了研究,并编制了清管过程模拟程序,取得的主要成果如下：(1)气液两相流持液率的计算结果很大程度上与采用的流型判别方法和压降计算方法相关,后者为前者提供必要的计算参数和条件。为此,首先利用6种倾角(-21°、-11°、0°、150、30°、600)、4种管径(14.8mm、25mm、26mm、40mm)中的实验数据对Mukherjee-Brill流型判别法、Barnea流型判别法和Xiao-Brill流型判别法的判别准确率进行了评价,并结合水平、上倾和下倾管道中的流型特点建立了适用于起伏管道的气液两相流流型判别模型：对于水平和下倾管路,采用Mukherjee-Brill流型判别法进行流型判断,对于上倾管路,采用Barnea流型判别法进行流型判断；其次,结合实验数据,对多种持液率相关式在水平、上倾管和下倾管中的计算误差进行了评价,依据评价结果,选择G.H.Abdul-Majeed持液率相关式进行水平管持液率的计算,选择BBE(Beggs-Brill-Eaton)组合模型对上倾管和下倾管持液率进行计算；选用Mukherjee-Brill压降相关式计算管道的压力变化,在原有基础上,对其分层流的压降计算方法进行了改进和优化,根据持液率的不同,采用DCM模型(Double Circle Model)和FLAT模型(Taitel分层流模型)相结合的方式求取分层流界面的几何参数,并结合Ullmann和Brauner 的研究成果对分层流的剪切应力算法进行了改进。最后,依据以上研究成果建立了气液两相流稳态计算模型并给出了相应的求解方法。(2)对McDonald-Baker清管模型和Minami模型进行了简要的分析和评价；依据清管过程中各管段的特点将管道分为两相流再生区、干气区、液塞区和下游两相流区四个区域,针对每个区域建立了封闭的数学模型；着重对液塞体在管道中的运动形态进行了分析,讨论了满管流形态液塞体与分层流形态液塞体间的转换条件,并建立了两种液塞体形态的数学模型。基于以上成果建立了适用于起伏管道的准稳态清管模型。(3)基于(1)、(2)中的研究成果,编制了清管过程模拟程序,程序可对清管过程中管道压力、清管器位置和液塞体含液量随时间的变化情况进行模拟。(4)利用编制的程序对持液率和清管时间随倾角的变化规律进行了分析,发现：当气液相流量和压力不变时,在-30°～30°的倾角范围内,持液率受倾角影响明显,而在其他范围内,倾角变化对持液率的影响较小；相对于下倾管道来说,水平和上倾管道中的持液率更易受到液相流量变化的影响；清管器运行时间的主要影响因素包括管道长度以及管道上倾段的倾角,下倾段的倾角变化对清管时间的影响较小。利用所编程序对-条集气管线的清管过程进行了模拟分析：首先,确定了管道初始状况下的积液量和积液分布状况；接着计算了清管过程中管道入口压力、清管器位置和液塞体含液量随时间的变化情况。通过此实例说明了本文模型可以为管道的设计与维护提供相应的参考依据。
【关键词】：起伏管道 持液率 清管模型 数值模拟
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE973
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 研究目的与意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-16
• 1.2.1 流型判别理论的发展现状10-12
• 1.2.2 持液率计算方法的发展现状12-13
• 1.2.3 压降计算方法的发展现状13-14
• 1.2.4 清管模型发展现状14-15
• 1.2.5 多相流模拟软件的发展现状15-16
• 1.3 本文研究内容与技术路线16-18
• 1.3.1 主要研究内容16-17
• 1.3.2 技术路线17-18
• 第2章 起伏气液管道持液率计算方法评价研究18-52
• 2.1 气液两相流流型判别方法的评价18-31
• 2.1.1 流型的划分方式18-19
• 2.1.2 流型转化的影响因素分析19-22
• 2.1.3 流型判别的数学模型22-25
• 2.1.4 流型判别方法的评价25-31
• 2.2 气液两相流持液率相关式的评价31-40
• 2.2.1 持液率的影响因素分析31-33
• 2.2.2 常用的持液率计算方法33-36
• 2.2.3 持液率相关式的准确度评价36-40
• 2.3 气液两相流压降计算方法的研究40-48
• 2.3.1 压降损失的组成40-41
• 2.3.2 分层流压降计算方法41-47
• 2.3.3 泡状流与弹状流压降计算方法47-48
• 2.3.4 环状流压降计算方法48
• 2.4 关于温度影响的说明48-49
• 2.5 稳态模型的边界条件与计算方法49
• 2.6 稳态模型的计算效果评价49-51
• 2.7 本章小结51-52
• 第3章 起伏管道清管模型研究52-70
• 3.1 清管模型的分析与评价52-54
• 3.1.1 McDonald-Baker模型的分析与评价52-53
• 3.1.2 Minami模型的分析与评价53-54
• 3.2 起伏气液管道清管模型的建立54-67
• 3.2.1 模型概述54-55
• 3.2.2 两相流再生区数学模型55-58
• 3.2.3 干气区数学模型58-60
• 3.2.4 液塞区数学模型60-66
• 3.2.5 下游两相流区数学模型66-67
• 3.3 清管模型的求解流程67-69
• 3.4 本章小结69-70
• 第4章 程序的编制与计算结果分析70-83
• 4.1 软件开发环境简介70
• 4.2 程序结构与功能70-74
• 4.2.1 管道的存储71-72
• 4.2.2 对节点工况的模拟72-73
• 4.2.3 全局变量的设置73
• 4.2.4 清管器属性设置73-74
• 4.3 软件的计算结果分析74-82
• 4.3.1 模型的适用性验证74-75
• 4.3.2 对持液率与清管时间影响因素的研究75-78
• 4.3.3 清管过程模拟分析78-82
• 4.4 本章小结82-83
• 第5章 结论与建议83-85
• 5.1 结论83-84
• 5.2 建议84-85
• 致谢85-86
• 参考文献86-91
• 附录91-105
• 攻读硕士学位期间发表的论女及科研成果105

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 马俊;韦燕兰;;上斜管线两相流型转换条件的研究[J];石油化工应用;2015年12期

2 肖荣鸽;王永红;魏炳乾;陈刚;;低液量水平管气液两相分层流压力梯度和持液率研究[J];西北大学学报(自然科学版);2014年03期

3 李宁;;天然气管道内腐蚀的原理及直接评价[J];腐蚀与防护;2013年04期

4 陈丽群;孙雷;张立强;;天然气中水含量影响因素及脱水工艺探讨[J];油气藏评价与开发;2013年01期

5 杜p樈，

本文编号：645640