一种多起伏管段临界携液流速的计算方法技术

本发明专利技术涉及一种多起伏管段临界携液流速的计算方法，主要包括以下步骤：首先根据集输管道设计参数、运行参数及管道纵断面数据，确定该管道设计管径、运行压力、井口温度、摩尔含水率，统计管道最大倾角、上倾总次数及起伏总高度等基本数据，计算最大倾角起伏管段对应的临界携液流速，以起伏次数8次为界，以不同的实际临界携液流速计算公式对临界携液流速进行修正。本发明专利技术的有益之处在于，考虑了地面集输管道多起伏特征，确定了不同起伏情况下临界携液流速的计算方法，适用范围广，经现场数据验证，准确度较好，可为多起伏地形条件的集输管道积液预测提供理论依据。道积液预测提供理论依据。道积液预测提供理论依据。

A calculation method of critical liquid carrying velocity in multi fluctuation pipe section

【技术实现步骤摘要】
一种多起伏管段临界携液流速的计算方法


[0001]本专利技术涉及天然气管道积液
，具体涉及一种适用于多起伏地面集输管道临界携液流速的计算方法。

技术介绍

[0002]延安气田地处陕北黄土高原，地形复杂，管线起伏多且高程较大，地面集输工艺采用湿气输送方式。在气井生产过程中，部分游离水从井筒携带至地面集输管线，地面集输管线的输送形态为气液两相流，在多起伏地形条件下极易造成管内液相向低点聚集，严重时引发段塞流，导致管线压降大，井口紧急切断阀频繁起跳、管线低点腐蚀等突出问题。
[0003]目前有关气液两相流携液特性的研究主要集中在直井、水平井等气井开采方面，多基于液滴模型和液膜模型假设基础上修正得到。而对于地面集输管线的天然气携液规律研究较少，通常从侧面对管线积液问题进行研究，主要包括流型预测、持液率和压降计算。李国豪基于分层流最小截面剪切应力准则，建立了湿气管道积液临界气速的计算模型；王报春通过搭建空气
‑
水两相流起伏环道，采用超声多普勒流速仪(UDV)测量临界携液流速；邢鹏采用CFD软件模拟多相流在起伏管段中的流动状态，确定临界携液流速、临界持液率和临界单位压降；陈建磊分析起伏湿气管道临界携液流速的影响因素，在WALLIS液泛经验公式的基础上，建立了地面集输管线临界携液气速计算模型。但以上模型均未考虑地形起伏变化的影响。
[0004]因此，开展多起伏地形条件下的地面集输管道临界携液流速的确定，对气田地面集输系统积液防治和长周期安全稳定运行具有非常重要的意义。

技术实现思路
<br/>[0005]本专利技术旨在针对上述问题，提出一种考虑形起伏变化的管道临界携液流速的计算方法。
[0006]本专利技术的技术方案在于：一种多起伏管段临界携液流速的计算方法，包括以下步骤：根据集输管道的起伏管段总起伏次数进行划分，以8次为界；分别采用不同的实际临界携液流速计算公式；若起伏管段总起伏次数n≥8，实际临界携液流速计算公式为：式中：v
cr
为实际临界携液流速，m/s；V
θmax
为起伏管段最大倾角θ
max
对应的临界携液流速，m/s；θ
max
为起伏管段最大倾角，
°
；H为起伏管段起伏总高程，km；n为起伏管段上倾总次数，次；
若起伏管段总起伏次数n＜8，实际临界携液流速计算公式为：
[0007]其中，所述起伏管段最大倾角θ
max
对应的临界携液流速的计算过程为：式中：ρ
l
为湿天然气中液相密度，kg/m3；ρ
g
为湿天然气中气相密度，kg/m3；D为集输管道管径，mm；w为集输管道所输送湿天然气的摩尔含水率，％。
[0008]其中，所述起伏管段总起伏次数n为依据集输管道沿线地形数据，统计集输管道沿线所有起伏管段上倾的总次数。
[0009]其中，所述起伏管段起伏总高程H的计算过程为：式中：
i
为起伏管段上倾次数，次；h
i
为第i段起伏管段对应的起伏高程，m；依据集输管道沿线地形数据，统计集输管道沿线所有起伏管段上倾次数，计算所有起伏管段对应的起伏高程，并进行求和计算。
[0010]其中，所述起伏管段最大倾角θ
max
的计算过程为：式中：l
i
为第i段起伏管段对应的管线长度，m。
[0011]其中，所述湿天然气中气相密度ρ
g
的计算过程为：式中：m为天然气的质量，kg；V为天然气体积流量，m3/s；P为运行压力，MPa；M为天然气的摩尔质量，kg/m3；R为气体常数，取值8.314KJ/(mol
·
K)；T为天然气温度，K；t为天然气温度，℃；其中：
式中：M
i
为天然气中各组分的摩尔质量，kg/m3；x
i
为天然气中各组分的摩尔含量，％。
[0012]其中，所述集输管道所输送湿天然气的摩尔含水率w的计算过程为：其中，其中，式中：N
gas
为气井产出天然气的摩尔含量，无量纲；N
water
为气井产出水的摩尔含量，无量纲；m
h20
为气井产出水的质量流量，kg/s；M
h20
为水的摩尔质量，kg/mol；V
g
为标况下天然气体积流量，m3/s；V
m
为气井产出天然气的摩尔体积，m3/mol。
[0013]本专利技术的技术效果在于：本专利技术的有益之处在于，考虑了地面集输管道多起伏特征，确定了不同起伏情况下临界携液流速的计算方法，适用范围广，经现场数据验证，准确度较好，可为多起伏地形条件的集输管道积液预测提供理论依据。
附图说明
[0014]图1为多起伏管段临界携液流速计算流程示意图。
[0015]图2为某集输管道沿线纵断面图。
[0016]图3为多起伏管段临界携液流速模型评价示意图。
具体实施方式
[0017]一种多起伏管段临界携液流速的计算方法，延安气田某井区集输管道为例，包括以下步骤：
[0018]步骤1：搜集该井区天然气气质组分数据见表1，集输管道运行压力P为5.6MPa，天然气温度t为20℃，按照式(6)计算天然气运行工况下的密度(气相密度ρ
g
)为34.47kg/m3，天然气含水量为0.6m3/万方，折合摩尔含水率w为7.27％，产出液密度(液相密度ρ
l
)为900kg/m3。表1天然气组分
[0019]步骤2：搜集该集输管道设计管径、壁厚及管线沿程纵断面数据，集输管道沿线纵断面图见图2，确定以下基本设计参数：(1)集输管道管径D为80mm；
(2)根据各起伏管段对应的高程h
i
和管线长度l
i
计算对应的倾角θ，依据公式(5)确定该起伏管段最大倾角θ
max
为22.5
°
；(3)根据各起伏管段对应的高程h
i
和管线长度l
i
，统计集输管道沿线所有起伏管段起伏总高程和上倾总次数分别为682.06m，15次。
[0020]步骤3：采用式(3)计算该起伏管段最大倾角θ
max 22.5
°
对应的临界携液流速v
θmax
为4.53m/s。
[0021]步骤4：因该起伏管段总起伏次数为15＞8次，选择采用式(1)对上述计算出的最大倾角条件下的临界携液流速进行修正，修正后的实际临界携液流速v
cr
为4.23m/s。
[0022]步骤5：计算集输管道天然气实际流速，当天然气实际流速≥实际临界携液流速v
cr
时，预测该集输管道不存在积液问题；当天然气实际流速&lt;v
cr
时，预测集输管道积液情况严重。
[0023]以延安气田某井区7条集本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多起伏管段临界携液流速的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：根据集输管道的起伏管段总起伏次数进行划分，以8次为界；分别采用不同的实际临界携液流速计算公式；若起伏管段总起伏次数n≥8，实际临界携液流速计算公式为：式中：v
cr
为实际临界携液流速，m/s；V
θmax
为起伏管段最大倾角θ
max
对应的临界携液流速，m/s；θ
max
为起伏管段最大倾角，
°
；H为起伏管段起伏总高程，km；n为起伏管段上倾总次数，次；若起伏管段总起伏次数n＜8，实际临界携液流速计算公式为：2.根据权利要求1所述多起伏管段临界携液流速的计算方法，其特征在于，所述起伏管段最大倾角θ
max
对应的临界携液流速的计算过程为：式中：ρ
l
为湿天然气中液相密度，kg/m3；ρ
g
为湿天然气中气相密度，kg/m3；D为集输管道管径，mm；w为集输管道所输送湿天然气的摩尔含水率，％。3.根据权利要求2所述多起伏管段临界携液流速的计算方法，其特征在于，所述起伏管段总起伏次数n为依据集输管道沿线地形数据，统计集输管道沿线所有起伏管段上倾的总次数。4.根据权利要求3所述多起伏管段临界携液流速的计算方法，其特征在于，所述起伏管段起伏总高程H的计算过程为：式中：i为起伏管段上倾次数，次；h<...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁裕如，何鹏，胡耀强，艾昕宇，易冬蕊，张娟利，张攀，韩建红，张成斌，刘婷婷，杨朝锋，鲍文，
申请(专利权)人：陕西延长石油集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：