專利名稱：消除集輸-立管裝置段塞流的調(diào)節(jié)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種消除集輸-立管裝置嚴(yán)重段塞流的調(diào)節(jié)裝置，尤其涉及海洋石油領(lǐng)域中消除海底石油、天然氣集輸-立管裝置中出現(xiàn)的嚴(yán)重段塞流現(xiàn)象的調(diào)節(jié)裝置。
背景技術(shù)：
立管是海洋石油工業(yè)的主要生產(chǎn)元素，它的作用是將海底集輸管道中的原油輸送至海上平臺，由于海洋油田的水深可達幾百米甚至幾千米，常將其設(shè)計為S型結(jié)構(gòu)。為降低成本，在原油的輸送工程中常采用石油和天然氣混輸?shù)姆绞?。?dāng)氣液流速較低時，海底集輸管道內(nèi)的石油會積聚在立管的底部，阻止天然氣進入立管并將其壓縮在上游集輸管道內(nèi)。 隨著氣流的增加，立管內(nèi)的液位不斷升高，被壓縮天然氣的壓力不斷增大，當(dāng)其壓力足夠大時，便進入立管，并推動管內(nèi)的液塞快速噴出，此即為嚴(yán)重段塞流現(xiàn)象。嚴(yán)重段塞流對海上平臺的安全生產(chǎn)和穩(wěn)定運行帶來了極大的威脅，它不僅會引起系統(tǒng)壓力的大幅波動，降低油藏的產(chǎn)能，還會產(chǎn)生很長的液塞，造成分離器分離困難甚至超出分離器的處理能力而溢出；此外，高速噴出的氣液還會沖擊分離器等設(shè)備，引起海管劇烈振動并加劇設(shè)備的腐蝕。因此，必須采取一定的措施，消除或抑制嚴(yán)重段塞流現(xiàn)象。1999年，美國石油工程師協(xié)會編號為SPE 56461-MS的會議論文報道了利用上升管出口節(jié)流來消除嚴(yán)重段塞流的方法，該方法使用上升管底部的壓力信號作為節(jié)流閥的調(diào)節(jié)依據(jù)，通過節(jié)流使上升管底部壓力穩(wěn)定在設(shè)定值。中國專利CN1699823A《消除嚴(yán)重段塞流的閥門節(jié)流動態(tài)控制方法》(
公開日期2005年11月23日)公布了一種消除嚴(yán)重段塞流的動態(tài)節(jié)流控制方法，該方法主要以立管底部壓力為調(diào)節(jié)依據(jù)，通過調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開度， 使立管底部壓力波動穩(wěn)定在設(shè)定值范圍內(nèi)。然而，在海洋石油中，由于海底條件異常復(fù)雜， 海管造價非常昂貴，通過在水下海管安裝傳感器獲得管內(nèi)壓力往往是不可行的，因此也限制了這些節(jié)流技術(shù)的實際應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種消除集輸_立管裝置嚴(yán)重段塞流的調(diào)節(jié)裝置，所述調(diào)節(jié)裝置既能夠消除嚴(yán)重段塞流，又不至使所述集輸_立管裝置內(nèi)的壓力急劇升高。本發(fā)明提供的消除集輸_立管裝置嚴(yán)重段塞流的調(diào)節(jié)裝置包括節(jié)流閥、持液率測量儀和壓力傳感器；所述節(jié)流閥設(shè)于所述集輸_立管裝置的立管出口端；所述持液率測量儀設(shè)于所述集輸-立管裝置的立管出口端且近所述節(jié)流閥的入口端；所述壓力傳感器設(shè)于所述集輸_立管裝置的集輸管道的入口端；所述集輸_立管裝置包括水平管和立管。上述的調(diào)節(jié)裝置中，所述集輸_立管裝置可為集輸_柔性立管裝置或集輸_垂直立管裝置。上述的調(diào)節(jié)裝置中，所述集輸_柔性立管裝置中的柔性立管可為緩S型柔性立管、 陡S型柔性立管或懸鏈型柔性立管。上述的調(diào)節(jié)裝置中，所述節(jié)流閥可為球閥或截止閥。
上述的調(diào)節(jié)裝置中，所述持液率測量儀可為射線密度計，用于實時測量所述立管出口端的持液率，以變獲得所述立管出口端的氣液流動周期。上述的 調(diào)節(jié)裝置中，所述壓力傳感器用來用于實時監(jiān)測所述集輸管道的入口端的壓力。使用上述調(diào)節(jié)裝置時，以測量得到的所述立管出口端的氣液間歇流動周期為依據(jù)，逐漸減小所述節(jié)流閥的開度，同時以每個所述流動周期內(nèi)所述集輸管道的入口端的壓力波動的最大值作為過度節(jié)流的參考。當(dāng)所述立管的出口端氣液間歇流動周期驟然減小而所述集輸管道的入口端的壓力尚未急劇升高時，說明集輸-立管裝置內(nèi)的流型已由危險的嚴(yán)重段塞流轉(zhuǎn)變?yōu)榘踩亩稳?。在該?jié)流狀態(tài)下，流型發(fā)生轉(zhuǎn)變，嚴(yán)重段塞流被消除，且沒有出現(xiàn)由于節(jié)流而導(dǎo)致所述集輸-立管裝置內(nèi)的壓力過高的現(xiàn)象。本發(fā)明提供的調(diào)節(jié)裝置以容易獲得的所述立管出口端的氣液間歇流動周期作為所述節(jié)流閥的調(diào)節(jié)依據(jù)，克服了目前節(jié)流技術(shù)使用現(xiàn)實中難以獲得的立管底部壓力作為其調(diào)節(jié)依據(jù)的缺陷；同時以現(xiàn)場容易獲得的管內(nèi)壓力波動的最大值作為防止過度節(jié)流的參考，可以避免由于過度節(jié)流造成系統(tǒng)壓力過高，因此，本發(fā)明提供的調(diào)節(jié)裝置非常適用于海洋油田，尤其是深水油田。


圖1為本發(fā)明實施例1的集輸-S型柔性立管裝置和其調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中各標(biāo)記如下1壓力傳感器、2海底集輸管道、3S型柔性立管、4射線密度計、5 截止閥、6氣液分離器。圖2為本發(fā)明實施例1的集輸-S型柔性立管裝置，未節(jié)流時在嚴(yán)重段塞流流型下，一個周期內(nèi)的四個階段，分別為圖2a_積液階段、圖2b_排液階段、圖2c-氣泡進入上升管、圖2d-氣液噴發(fā)和液體回落，可見嚴(yán)重段塞流有很強的周期性，立管出口的氣液相是間歇流出的。圖3為本發(fā)明實施例1中的節(jié)流實驗過程中，S型柔性立管3出口氣液間歇流動周期和海底集輸管道2入口最大壓力增幅與截止閥5開度的關(guān)系。圖中橫坐標(biāo)為截止閥5 開度，縱坐標(biāo)分別為S型柔性立管3出口氣液流動周期(左)和海底集輸管道2入口最大壓力的增幅(右)，在最佳截止閥5開度區(qū)間，氣液間歇流動周期大為減小，而海底集輸管道 2入口壓力還沒有明顯升高。圖4為本發(fā)明實施例1中的節(jié)流實驗過程中，未節(jié)流時在嚴(yán)重段塞流流型下海底集輸管道2入口壓力曲線。圖中橫坐標(biāo)是時間，縱坐標(biāo)是管道入口壓力，可見嚴(yán)重段塞流會引起管內(nèi)壓力出現(xiàn)大幅的、周期性的波動。圖5為本發(fā)明實施例1中的節(jié)流實驗過程中，未節(jié)流時在嚴(yán)重段塞流流型下立管出口持液率曲線及其概率密度函數(shù)(PDF)分布，由于在嚴(yán)重段塞流流型下立管出口處氣液是間歇性產(chǎn)出的，PDF分布呈持液率分別為0和1的雙峰狀。圖6為本發(fā)明實施例1中的節(jié)流實驗過程中，在截止閥5的節(jié)流作用下，流型轉(zhuǎn)變后段塞流流型下的海底集輸管道2入口壓力曲線。圖中橫坐標(biāo)是時間，縱坐標(biāo)是管道入口壓力，可見平均壓力雖有所上升，但壓力的波動幅度大為降低。圖7為本發(fā)明實施例1中的節(jié)流實驗過程中，在截止閥5的節(jié)流作用下，流型轉(zhuǎn)變后在段塞流流型下立管出口持液率曲線及其概率密度函數(shù)(PDF)分布，在此流型下，出口持液率的PDF分布呈持液率為1的單峰狀。圖8為本發(fā)明實施例1中的節(jié)流實驗過程中，節(jié)流過程中截止閥5開度對液塞長度的影響，未節(jié)流時，在嚴(yán)重段塞流流型下，液塞長度極長，可達數(shù)倍于立管長度；在出口閥門節(jié)流的作用下，當(dāng)流型發(fā)生轉(zhuǎn)變后，液塞長度被大為減小。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細說明，但本發(fā)明并不局限于以下實施例。如圖1所示，本發(fā)明的集輸-S型柔性立管裝置包括依次連接的水平的海底集輸管道2和S型柔性立管3，S型柔性立管3的出口端連接有氣液分離器6 ；本發(fā)明的消除集輸-S 型柔性立管裝置嚴(yán)重段塞流的調(diào)節(jié)裝置包括壓力傳感器1、射線密度計4和截止閥5 ；壓力傳感器1設(shè)于海底集輸管道2的入口端，用于實時監(jiān)測管道入口的壓力，用于防止因截止閥 5開度過小導(dǎo)致該裝置內(nèi)的壓力急劇升高；截止閥5設(shè)于S型柔性立管3的出口端；射線密度計4設(shè)于S型柔性立管3的出口端且近截止閥5的入口端，用于實時監(jiān)測S型柔性立管 3的出口持液率，并由此計算S型柔性立管3出口的氣液間歇流動周期，用于作為截止閥5 調(diào)節(jié)的依據(jù)。上述消除集輸-S型柔性立管裝置嚴(yán)重段塞流的調(diào)節(jié)裝置中，S型柔性立管3還可以為懸鏈型柔性立管或垂直立管；射線密度計4還可以為相含率測量儀；截止閥5還可以為球閥。使用本發(fā)明上述消除集輸-S型柔性立管裝置嚴(yán)重段塞流的調(diào)節(jié)裝置時，首先逐漸減小截止閥5的開度；初期，利用射線密度計4得出的S型柔性立管3出口氣液間歇流動周期和利用壓力傳感器1實時監(jiān)測的一個周期內(nèi)的海底集輸管道2入口最大壓力都基本不受節(jié)流閥5開度的影響，如圖3所示，即當(dāng)截止閥5的開度較大時，S型柔性立管3出口節(jié)流無法起到消除嚴(yán)重段塞流的作用；繼續(xù)減小截止閥5的開度，當(dāng)截止閥5的開度為27% 時，利用射線密度計4得出的S型柔性立管3出口氣液間歇流動周期驟然減小，而此時利用壓力傳感器1實時監(jiān)測的一個周期內(nèi)的管道入口最大壓力雖有升高但其增長幅度不大，約為4. 5%，此時的節(jié)流狀態(tài)既達到了消除嚴(yán)重段塞流的目的，減輕了 S型柔性立管3出口氣液分離器6的處理量，又不至使管內(nèi)壓力升高太多；進一步減小截止閥5的開度，利用射線密度計4得出的S型柔性立管3出口氣液間歇流動周期不再隨截止閥5的開度的減小而減小，但由壓力傳感器1實時監(jiān)測的一個周期內(nèi)的海底集輸管道2入口最大壓力卻隨截止閥 5開度的減小而急劇升高，即管內(nèi)流型由嚴(yán)重段塞流轉(zhuǎn)變?yōu)槎稳骱?，繼續(xù)減小截止閥5的開度對減小S型柔性立管3出口氣液減小流動周期無明顯作用，但卻會使該裝置內(nèi)的壓力急劇升高，從而不利于該集輸-S型柔性立管裝置的安全生產(chǎn)和穩(wěn)定運行。圖4和圖6分別為上述實驗過程中的未節(jié)流狀態(tài)下和節(jié)流作用下流型發(fā)生轉(zhuǎn)變后，由海底集輸管道2入口壓力傳感器1實時監(jiān)測的壓力變化。由圖4可知，未節(jié)流時，嚴(yán)重段塞流會導(dǎo)致該裝置內(nèi)的壓力出現(xiàn)劇烈的、周期性的波動，其波動幅度為47. 5%，波動周期約為250秒；由圖6可知，在節(jié)流的作用下，管內(nèi)流型由嚴(yán)重段塞流轉(zhuǎn)變?yōu)槎稳骱?，該裝置內(nèi)的壓力雖有波動，但波動幅度已顯著降低，約為13%，S型柔性立管3出口氣液減小流動周期降為33秒左右。流型轉(zhuǎn)變后，由于S型柔性立管3出口氣液間歇流動周期被大幅降低，氣 液間歇流動特性不再顯著，大大緩解了 S型柔性立管3出口氣液分離器6的工作壓力。
權(quán)利要求
1.消除集輸-立管裝置段塞流的調(diào)節(jié)裝置，其特征在于所述調(diào)節(jié)裝置包括節(jié)流閥、持液率測量儀和壓力傳感器；所述節(jié)流閥設(shè)于所述集輸-立管裝置的立管出口端；所述持液率測量儀設(shè)于所述集輸-立管裝置的立管出口端且近所述節(jié)流閥的入口端；所述壓力傳感器設(shè)于所述集輸-立管裝置的集輸管道的入口端；所述集輸-立管裝置包括水平管和立管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)節(jié)裝置，其特征在于所述集輸_立管裝置為集輸_柔性立管裝置或集輸_垂直立管裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的調(diào)節(jié)裝置，其特征在于所述集輸_柔性立管裝置中的柔性立管為緩S型柔性立管、陡S型柔性立管或懸鏈型柔性立管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一所述的調(diào)節(jié)裝置，其特征在于所述節(jié)流閥為球閥或截止閥。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一所述的調(diào)節(jié)裝置，其特征在于所述持液率測量儀為射線 S度計ο
全文摘要
本發(fā)明公開了一種消除集輸-立管裝置段塞流的調(diào)節(jié)裝置。所述調(diào)節(jié)裝置包括節(jié)流閥、持液率測量儀和壓力傳感器；所述節(jié)流閥設(shè)于所述集輸-立管裝置的立管出口端；所述持液率測量儀設(shè)于所述集輸-立管裝置的立管出口端且近所述節(jié)流閥的入口端；所述壓力傳感器設(shè)于所述集輸-立管裝置的集輸管道的入口端。本發(fā)明提供的調(diào)節(jié)裝置以容易獲得的所述立管出口端的氣液間歇流動周期作為所述節(jié)流閥的調(diào)節(jié)依據(jù)，克服了目前節(jié)流技術(shù)使用現(xiàn)實中難以獲得的立管底部壓力作為其調(diào)節(jié)依據(jù)的缺陷；同時以現(xiàn)場容易獲得的管內(nèi)壓力波動的最大值作為防止過度節(jié)流的參考，可以避免由于過度節(jié)流造成系統(tǒng)壓力過高，因此，本發(fā)明提供的調(diào)節(jié)裝置非常適用于海洋油田，尤其是深水油田。
文檔編號F17D3/01GK102182927SQ20111004978
公開日2011年9月14日 申請日期2011年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月2日
發(fā)明者周曉紅, 姚海元, 張西迎, 李乃良, 李文升, 李清平, 王濤, 程兵, 郭烈錦, 陳森林 申請人:中國海洋石油總公司, 中海石油研究中心, 西安交通大學(xué)