CN102182927A - 消除集输-立管装置段塞流的调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种消除集输-立管装置段塞流的调节装置。所述调节装置包括节流阀、持液率测量仪和压力传感器；所述节流阀设于所述集输-立管装置的立管出口端；所述持液率测量仪设于所述集输-立管装置的立管出口端且近所述节流阀的入口端；所述压力传感器设于所述集输-立管装置的集输管道的入口端。本发明提供的调节装置以容易获得的所述立管出口端的气液间歇流动周期作为所述节流阀的调节依据，克服了目前节流技术使用现实中难以获得的立管底部压力作为其调节依据的缺陷；同时以现场容易获得的管内压力波动的最大值作为防止过度节流的参考，可以避免由于过度节流造成系统压力过高，因此，本发明提供的调节装置非常适用于海洋油田，尤其是深水油田。

Description

消除集输-立管装置段塞流的调节装置

技术领域

本发明涉及一种消除集输-立管装置严重段塞流的调节装置，尤其涉及海洋石油领域中消除海底石油、天然气集输-立管装置中出现的严重段塞流现象的调节装置。

背景技术

立管是海洋石油工业的主要生产元素，它的作用是将海底集输管道中的原油输送至海上平台，由于海洋油田的水深可达几百米甚至几千米，常将其设计为S型结构。为降低成本，在原油的输送工程中常采用石油和天然气混输的方式。当气液流速较低时，海底集输管道内的石油会积聚在立管的底部，阻止天然气进入立管并将其压缩在上游集输管道内。随着气流的增加，立管内的液位不断升高，被压缩天然气的压力不断增大，当其压力足够大时，便进入立管，并推动管内的液塞快速喷出，此即为严重段塞流现象。

严重段塞流对海上平台的安全生产和稳定运行带来了极大的威胁，它不仅会引起系统压力的大幅波动，降低油藏的产能，还会产生很长的液塞，造成分离器分离困难甚至超出分离器的处理能力而溢出；此外，高速喷出的气液还会冲击分离器等设备，引起海管剧烈振动并加剧设备的腐蚀。因此，必须采取一定的措施，消除或抑制严重段塞流现象。

1999年，美国石油工程师协会编号为SPE 56461-MS的会议论文报道了利用上升管出口节流来消除严重段塞流的方法，该方法使用上升管底部的压力信号作为节流阀的调节依据，通过节流使上升管底部压力稳定在设定值。中国专利CN1699823A《消除严重段塞流的阀门节流动态控制方法》(公开日期：2005年11月23日)公布了一种消除严重段塞流的动态节流控制方法，该方法主要以立管底部压力为调节依据，通过调节节流阀的开度，使立管底部压力波动稳定在设定值范围内。然而，在海洋石油中，由于海底条件异常复杂，海管造价非常昂贵，通过在水下海管安装传感器获得管内压力往往是不可行的，因此也限制了这些节流技术的实际应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种消除集输-立管装置严重段塞流的调节装置，所述调节装置既能够消除严重段塞流，又不至使所述集输-立管装置内的压力急剧升高。

本发明提供的消除集输-立管装置严重段塞流的调节装置包括节流阀、持液率测量仪和压力传感器；所述节流阀设于所述集输-立管装置的立管出口端；所述持液率测量仪设于所述集输-立管装置的立管出口端且近所述节流阀的入口端；所述压力传感器设于所述集输-立管装置的集输管道的入口端；所述集输-立管装置包括水平管和立管。

上述的调节装置中，所述集输-立管装置可为集输-柔性立管装置或集输-垂直立管装置。

上述的调节装置中，所述集输-柔性立管装置中的柔性立管可为缓S型柔性立管、陡S型柔性立管或悬链型柔性立管。

上述的调节装置中，所述节流阀可为球阀或截止阀。

上述的调节装置中，所述持液率测量仪可为射线密度计，用于实时测量所述立管出口端的持液率，以变获得所述立管出口端的气液流动周期。

上述的调节装置中，所述压力传感器用来用于实时监测所述集输管道的入口端的压力。

使用上述调节装置时，以测量得到的所述立管出口端的气液间歇流动周期为依据，逐渐减小所述节流阀的开度，同时以每个所述流动周期内所述集输管道的入口端的压力波动的最大值作为过度节流的参考。当所述立管的出口端气液间歇流动周期骤然减小而所述集输管道的入口端的压力尚未急剧升高时，说明集输-立管装置内的流型已由危险的严重段塞流转变为安全的段塞流。在该节流状态下，流型发生转变，严重段塞流被消除，且没有出现由于节流而导致所述集输-立管装置内的压力过高的现象。

本发明提供的调节装置以容易获得的所述立管出口端的气液间歇流动周期作为所述节流阀的调节依据，克服了目前节流技术使用现实中难以获得的立管底部压力作为其调节依据的缺陷；同时以现场容易获得的管内压力波动的最大值作为防止过度节流的参考，可以避免由于过度节流造成系统压力过高，因此，本发明提供的调节装置非常适用于海洋油田，尤其是深水油田。

附图说明

图1为本发明实施例1的集输-S型柔性立管装置和其调节装置的结构示意图。

图中各标记如下：1压力传感器、2海底集输管道、3S型柔性立管、4射线密度计、5截止阀、6气液分离器。

图2为本发明实施例1的集输-S型柔性立管装置，未节流时在严重段塞流流型下，一个周期内的四个阶段，分别为：图2a-积液阶段、图2b-排液阶段、图2c-气泡进入上升管、图2d-气液喷发和液体回落，可见严重段塞流有很强的周期性，立管出口的气液相是间歇流出的。

图3为本发明实施例1中的节流实验过程中，S型柔性立管3出口气液间歇流动周期和海底集输管道2入口最大压力增幅与截止阀5开度的关系。图中横坐标为截止阀5开度，纵坐标分别为S型柔性立管3出口气液流动周期(左)和海底集输管道2入口最大压力的增幅(右)，在最佳截止阀5开度区间，气液间歇流动周期大为减小，而海底集输管道2入口压力还没有明显升高。

图4为本发明实施例1中的节流实验过程中，未节流时在严重段塞流流型下海底集输管道2入口压力曲线。图中横坐标是时间，纵坐标是管道入口压力，可见严重段塞流会引起管内压力出现大幅的、周期性的波动。

图5为本发明实施例1中的节流实验过程中，未节流时在严重段塞流流型下立管出口持液率曲线及其概率密度函数(PDF)分布，由于在严重段塞流流型下立管出口处气液是间歇性产出的，PDF分布呈持液率分别为0和1的双峰状。

图6为本发明实施例1中的节流实验过程中，在截止阀5的节流作用下，流型转变后段塞流流型下的海底集输管道2入口压力曲线。图中横坐标是时间，纵坐标是管道入口压力，可见平均压力虽有所上升，但压力的波动幅度大为降低。

图7为本发明实施例1中的节流实验过程中，在截止阀5的节流作用下，流型转变后在段塞流流型下立管出口持液率曲线及其概率密度函数(PDF)分布，在此流型下，出口持液率的PDF分布呈持液率为1的单峰状。

图8为本发明实施例1中的节流实验过程中，节流过程中截止阀5开度对液塞长度的影响，未节流时，在严重段塞流流型下，液塞长度极长，可达数倍于立管长度；在出口阀门节流的作用下，当流型发生转变后，液塞长度被大为减小。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明，但本发明并不局限于以下实施例。

如图1所示，本发明的集输-S型柔性立管装置包括依次连接的水平的海底集输管道2和S型柔性立管3，S型柔性立管3的出口端连接有气液分离器6；本发明的消除集输-S型柔性立管装置严重段塞流的调节装置包括压力传感器1、射线密度计4和截止阀5；压力传感器1设于海底集输管道2的入口端，用于实时监测管道入口的压力，用于防止因截止阀5开度过小导致该装置内的压力急剧升高；截止阀5设于S型柔性立管3的出口端；射线密度计4设于S型柔性立管3的出口端且近截止阀5的入口端，用于实时监测S型柔性立管3的出口持液率，并由此计算S型柔性立管3出口的气液间歇流动周期，用于作为截止阀5调节的依据。

上述消除集输-S型柔性立管装置严重段塞流的调节装置中，S型柔性立管3还可以为悬链型柔性立管或垂直立管；射线密度计4还可以为相含率测量仪；截止阀5还可以为球阀。

使用本发明上述消除集输-S型柔性立管装置严重段塞流的调节装置时，首先逐渐减小截止阀5的开度；初期，利用射线密度计4得出的S型柔性立管3出口气液间歇流动周期和利用压力传感器1实时监测的一个周期内的海底集输管道2入口最大压力都基本不受节流阀5开度的影响，如图3所示，即当截止阀5的开度较大时，S型柔性立管3出口节流无法起到消除严重段塞流的作用；继续减小截止阀5的开度，当截止阀5的开度为27％时，利用射线密度计4得出的S型柔性立管3出口气液间歇流动周期骤然减小，而此时利用压力传感器1实时监测的一个周期内的管道入口最大压力虽有升高但其增长幅度不大，约为4.5％，此时的节流状态既达到了消除严重段塞流的目的，减轻了S型柔性立管3出口气液分离器6的处理量，又不至使管内压力升高太多；进一步减小截止阀5的开度，利用射线密度计4得出的S型柔性立管3出口气液间歇流动周期不再随截止阀5的开度的减小而减小，但由压力传感器1实时监测的一个周期内的海底集输管道2入口最大压力却随截止阀5开度的减小而急剧升高，即管内流型由严重段塞流转变为段塞流后，继续减小截止阀5的开度对减小S型柔性立管3出口气液减小流动周期无明显作用，但却会使该装置内的压力急剧升高，从而不利于该集输-S型柔性立管装置的安全生产和稳定运行。

图4和图6分别为上述实验过程中的未节流状态下和节流作用下流型发生转变后，由海底集输管道2入口压力传感器1实时监测的压力变化。由图4可知，未节流时，严重段塞流会导致该装置内的压力出现剧烈的、周期性的波动，其波动幅度为47.5％，波动周期约为250秒；由图6可知，在节流的作用下，管内流型由严重段塞流转变为段塞流后，该装置内的压力虽有波动，但波动幅度已显著降低，约为13％，S型柔性立管3出口气液减小流动周期降为33秒左右。流型转变后，由于S型柔性立管3出口气液间歇流动周期被大幅降低，气液间歇流动特性不再显著，大大缓解了S型柔性立管3出口气液分离器6的工作压力。

Claims (5)

1.消除集输-立管装置段塞流的调节装置，其特征在于：所述调节装置包括节流阀、持液率测量仪和压力传感器；所述节流阀设于所述集输-立管装置的立管出口端；所述持液率测量仪设于所述集输-立管装置的立管出口端且近所述节流阀的入口端；所述压力传感器设于所述集输-立管装置的集输管道的入口端；所述集输-立管装置包括水平管和立管。

2.根据权利要求1所述的调节装置，其特征在于：所述集输-立管装置为集输-柔性立管装置或集输-垂直立管装置。

3.根据权利要求2所述的调节装置，其特征在于：所述集输-柔性立管装置中的柔性立管为缓S型柔性立管、陡S型柔性立管或悬链型柔性立管。

4.根据权利要求1-3中任一所述的调节装置，其特征在于：所述节流阀为球阀或截止阀。

5.根据权利要求1-4中任一所述的调节装置，其特征在于：所述持液率测量仪为射线密度计。

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