海洋油气开发中多相流技术.pdfVIP

46卷增刊 中 国 造 船 V01．46 Special 2005年11月 SH咿B1『ⅡDⅣGOFC卸时A Nov．2005 文章编号：1 14．08 000．4882(2005)S一03 海洋油气开发中的多相流技术 吴应湘1，李清平2，郑之初1，李东晖1，钟兴福1，高福平1 (1。中国科学院力学研究所，北京100080；2．中海石油研究中心，北京100027) 摘要 系统阐述了海洋油气开发中经常遇到的多相流动问题，如确定油藏量和油藏的分布与变化规律的多相渗 流问题，油井中产液的变质量多相流问题，油井和立管的竖直与倾斜管多相流问题，油气水在管线中的水力 与热力规律问题，输送管道系统提升泵和增压泵的性能、分离器的效率，混相流量的计量等问题。 文中还介绍了中国科学院力学研究所在油气水多相增压、多相计量、多相分离、稠油除砂、倾斜井多 相流态等方面的研究工作。重点阐述了集离心、膨胀、重力分离原理为一体的新型油气水高效分离器的性能 和特点，以及用Y射线硬场层析成像方式来实现油气水混相流量测量方案。 关 键 词：海洋石油；油气开发；多相流 1 引 言 油气开发中经常遇到多相流动问题，如油藏量的确定，油藏的分布规律和变化规律，油井中产液 的流动状态，油气水在管线中的输送规律，提升泵和增压泵的性能，分离器的效率，混相流量的计量 等。 多相流技术于上世纪50年代走进石油工业。早期的研究人员根据实验室试验中获取的气、液相体 积流量，各相的物性参数，管径和管道倾斜度，管道进出口压力等绘出一组无量纲的经验流态分布图。 在均匀混合液体质量和动量守恒方程的基础上，推导出稳态压降方程，依靠单相流动方程求解摩阻损 失，使得混合雷诺数得到广泛运用【lJ。同时，有的技术人员还采用经验放大系数的方法，计算由于存 在第二相而增加的摩阻损失。80年代初，计算压降的经验公式与计算机的结合，戏剧性地给石油工程 技术人员一种实用工具，开发出从管道一端到另一端压降的数值迭代技术，出现了通过简单内流性能 关系而连接油井和油层段的工艺流程。遗憾的是，工程人员很快就认识到这种方法具有很多问题。经 验流态分布图很不细致，以前较多采用流量(或表观流速)确定的流态分界点，与其它参数特别是管道 的倾斜度有很大关系。各个流态的经验液体存积公式同样存在不足，均匀混合流模型过于简化。如果 不建立实际的多相流模型，无论是通过实验室还是现场试验测试得到的数据，其精度都不能得到提高 121。 过去的二十年中，管道的多相流研究取得了巨大进展。研究人员认识到进一步探讨管道多相流问 题需要试验与理论的密切结合，需要先进的仪器设备及测量技术和计算机技术。采用先进的测量技术 和计算机数据分析技术又保证了大量高精度的采集数据并加深了对多相流中复杂的动力学机理的认 识，并因此改善了描述实际多相流现象的力学模型。在预示倾斜管中流动分界点的研究工作的推动下， 稳态流动的力学模型得到了重大改进，这为各个多相流动流态模型的改进开辟了一条道路，使得各种 流动模型可通过统一的标准流态分界点而连接在一起，且这些模型比前人的经验公式更加准确。 收稿日期：2005．08．10 46卷增刊 吴应湘等：海洋油气开发中的多相流技术 315 然而，双流动转捩准则和精确描述多相流动的稳态力学模型尽管能够分析复杂的非定常流动，但 常遇到模拟发散或整理出的数值结果与实际情况相差较大等问题。且由于多相流流态转捩和力学模型 的复杂性，运用和掌握它们需要专门的训练，即需要具有专业背景知识(熟悉各种假设、简化和模型 推导过程，了解各种限制条件，掌握各种模型结果产生的影响)的专业人员来进行这项专门研究和计 算13】o 另外，随着水下生产系统的提出，长距离多相混输成为需要迫切解决的问题。这是因为井口回压 将随着管道长度的增加而增加，油井