特高含水期油气水管道安全混输界限确定及水力热力计算方法研究

我国大多数油田所产原油属于石蜡基原油,为了保证原油正常集输,早期油气集输系统普遍采用以油田气为燃料的加热输送工艺,即采取向油井产出的油气水混合物内掺高温水或热水伴热等技术措施,提高油气水的温度,使油井产出的油气得以安全有效地收集和输送。我国各油田每集输1t原油平均耗气15～35m3,大庆每集输1t原油平均耗气27m3,油田年耗气达13×108m3,集油能耗已占地面工程总能耗的78%,能耗巨大。随着油田开发的深入,目前我国东部陆上油田大部分已进入开发后期,绝大多数油井综合含水已超过85%,部分油井已达到95%,由于水的比热几乎是原油的2 倍,含水率越高,集输原油加热能耗越大。随着油井综合含水的上升,油田面临着水、电、气等所用能源紧缺的局面,严重地影响着油田的开发生产,因此,节能降耗已成为油田至关重要的亟待解决的问题。 对油井实施不加热集油是国内外矿场油气集输系统节能降耗的主要措施之一。从二十世纪七十年代开始,我国胜利、中原、辽河、长庆、扶余、华北、江苏、河南、大庆等油田相继开展了油气水混输不加热输送工艺的试验研究。迄今,已成功研究了自然不加热集输、化学辅助、通球辅助、掺常温水辅助等若干不加热集输工艺技术,并在生产中应用。但不加热输送的基础理论和影响因素研究仍不完善,不加热集输界限确定及水力热力计算方法缺乏系统的试验及理论研究。尤其是油田进入特高含水采油期后(综合含水超过85%),油井的总产液量不断上升,井口出油温度升高,油气水的流动状态及水力热力特性发生了变化,急需重新确定油气水混输管道不加热集输界限,研究相应的水力热力计算方法,开发不加热集输辅助运行管理软件,为油田实施和推广不加热集油提供技术支持,进一步提高油田整体经济效益和油气资源综合利用水平。 本文从试验及理论两个方面,对特高含水期不加热集输的技术界限及水力热力计算方法进行研究,并开发不加热集输辅助运行管理软件。本文的研究内容是一个涉及油气集输、工程热力学、传热学、多相流体力学、试验技术及计算机技术等多门学科和领域的复杂多相流问题。围绕这一问题,本文主要开展了以下几方面工作: 1、研究了特高含水采油期油气水不加热集输界限及水力热力试验方法,研制了两套利用油田实际油气水三相流体进行流型及管输特性试验研究的装置,分别安装在大庆油田两个不同的采油区块。这两套试验装置与油井、集油管道及计量间的现有设施配合,实现了对集油管道油气水三相混合物液量、气量、含水率、流型、压力、温度及油水流动状态的测试。这种试验方法更能反映油田特高含水生产实际,使研究成果易于在油田推广应用。 2、试验研究了大庆油田特高含水集油管道中油气水流型及油水状态。研究结果表明,特高含水采油期油气水的流动均为冲击流,油水两相属于均相流、分层流或水为连续相的乳状-悬浮液。给出了