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(tái)，由于海洋油田的水深可達(dá)幾百米甚至幾千米，常將其設(shè)計(jì)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(shí)，海底集輸管道內(nèi)的石油會(huì)積聚在立管的底部，阻止天然氣進(jìn)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(shí)，便進(jìn)入立管，并推動(dòng)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(duì)海上平臺(tái)的安全生產(chǎn)和穩(wěn)定運(yùn)行帶來了極大的威脅，它不僅會(huì)引起系統(tǒng)壓力的大幅波動(dòng)，降低油藏的產(chǎn)能，還會(huì)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(huì)沖擊分離器等設(shè)備，引起海管劇烈振動(dòng)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(huì)編號(hào)為SPE 56461-MS的會(huì)議論文報(bào)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(hào)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(jià)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(shí)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(cè)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(cè)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(cè)量儀可為射線密度計(jì)，用于實(shí)時(shí)測(cè)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(dòng)周期。上述的 調(diào)節(jié)裝置中，所述壓力傳感器用來用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所述集輸管道的入口端的壓力。使用上述調(diào)節(jié)裝置時(shí)，以測(cè)量得到的所述立管出口端的氣液間歇流動(dòng)周期為依據(jù)，逐漸減小所述節(jié)流閥的開度，同時(shí)以每個(gè)所述流動(dòng)周期內(nèi)所述集輸管道的入口端的壓力波動(dòng)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(dòng)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(shí)，說明集輸-立管裝置內(nèi)的流型已由危險(xiǎn)的嚴(yán)重段塞流轉(zhuǎn)變?yōu)榘踩亩稳鳌Ｔ谠摴?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(dòng)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(shí)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(shí)以現(xiàn)場(chǎng)容易獲得的管內(nèi)壓力波動(dòng)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(shí)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(jì)、5 截止閥、6氣液分離器。圖2為本發(fā)明實(shí)施例1的集輸-S型柔性立管裝置，未節(jié)流時(shí)在嚴(yán)重段塞流流型下，一個(gè)周期內(nèi)的四個(gè)階段，分別為圖2a_積液階段、圖2b_排液階段、圖2c-氣泡進(jìn)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(qiáng)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(shí)施例1中的節(jié)流實(shí)驗(yàn)過程中，S型柔性立管3出口氣液間歇流動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(shí)施例1中的節(jié)流實(shí)驗(yàn)過程中，未節(jié)流時(shí)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(shí)間，縱坐標(biāo)是管道入口壓力，可見嚴(yán)重段塞流會(huì)引起管內(nèi)壓力出現(xiàn)大幅的、周期性的波動(dòng)。圖5為本發(fā)明實(shí)施例1中的節(jié)流實(shí)驗(yàn)過程中，未節(jié)流時(shí)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(shí)施例1中的節(jié)流實(shí)驗(yàn)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(shí)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(dòng)幅度大為降低。圖7為本發(fā)明實(shí)施例1中的節(jié)流實(shí)驗(yàn)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(shí)施例1中的節(jié)流實(shí)驗(yàn)過程中，節(jié)流過程中截止閥5開度對(duì)液塞長度的影響，未節(jié)流時(shí)，在嚴(yán)重段塞流流型下，液塞長度極長，可達(dá)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(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明并不局限于以下實(shí)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(jì)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(jì)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)S型柔性立管 3的出口持液率，并由此計(jì)算S型柔性立管3出口的氣液間歇流動(dòng)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(jì)4還可以為相含率測(cè)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(shí)，首先逐漸減小截止閥5的開度；初期，利用射線密度計(jì)4得出的S型柔性立管3出口氣液間歇流動(dòng)周期和利用壓力傳感器1實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的一個(gè)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(shí)，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(shí)，利用射線密度計(jì)4得出的S型柔性立管3出口氣液間歇流動(dòng)周期驟然減小，而此時(shí)利用壓力傳感器1實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的一個(gè)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(shí)的節(jié)流狀態(tài)既達(dá)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(jìn)一步減小截止閥5的開度，利用射線密度計(jì)4得出的S型柔性立管3出口氣液間歇流動(dòng)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的一個(gè)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(duì)減小S型柔性立管3出口氣液減小流動(dòng)周期無明顯作用，但卻會(huì)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(yùn)行。圖4和圖6分別為上述實(shí)驗(yàn)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的壓力變化。由圖4可知，未節(jié)流時(shí)，嚴(yán)重段塞流會(huì)導(dǎo)致該裝置內(nèi)的壓力出現(xiàn)劇烈的、周期性的波動(dòng)，其波動(dòng)幅度為47. 5%，波動(dòng)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(dòng)，但波動(dòng)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(dòng)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(dòng)周期被大幅降低，氣 液間歇流動(dòng)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(cè)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(cè)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(cè)量儀為射線 S度計(jì)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(cè)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(cè)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(dòng)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(shí)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(shí)以現(xiàn)場(chǎng)容易獲得的管內(nèi)壓力波動(dòng)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(hào)F17D3/01GK102182927SQ20111004978
公開日2011年9月14日 申請(qǐng)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(qǐng)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)