长距离海底管道清管技术研究

结合清管器在海底管道中运行时受力情况,分析影响清管器运动的因素主要有清管器前端的杂质累积量、管内壁对清管器的摩擦力、清管器前后压差、清管器类型与重量.将影响因素分为清管动力与清管阻力两部分,结合东方13-2气田群项目直径610 mm、 长195 km管道的清管作业实践,进一步具体阐述了在实际作业中保障清管顺利进行的各项...     

苏里格气田集输管线清管过程瞬态模拟

对清管过程中的两相流流体特征的研究有助于管线及上下游设备的设计及操作。为此,采用稳态Barua模型与具有较好组分追踪功能的TACITE编码瞬态模型对苏里格气田集气管线清管操作中两相流瞬时流动规律进行了研究,重点分析了通球过程中流型、液体流量、压力、清管速率及天然气水合物堵塞等工况的变化规律。结果表明：由于清管过程中地形起伏较大,流体出现了多种流型,液体流量与压力沿程波动较大;清管器速度在上升管段和下降管段的凹凸结合处由于前后压差的明显变化会发生较大的改变。通过对管道总持液量变化的分析,获取了清管后各阀组管线恢复稳态的时间。采用瞬态分析方法对清管器运行中温度变化研究的结论表明：各阀组在清管过程中没有天然气水合物的形成。进一步验证了清管节流理论的正确性。     

基于有限元法的大落差管段清管冲击分析

“川气东送”管道全长约2 200 km,沿线地形地貌复杂,多处形成大落差起伏,最大坡度达60°,给管道清管作业带来一定的困难和风险。为此,针对大落差管段建立了清管动力学有限元模型,在给定清管器进入管道时的初始运行速度、管道内压等作业参数的条件下,采用ABAQUS有限元分析软件分析了橡胶清管球在大落差管段清管时的运行规律以及清管器通过时管道的振动情况,研究了清管器冲击时的管道应力变化与清管器速度及管道内压的变化关系,评估了大落差管段清管时的安全性。结果表明：①橡胶清管器清管作业时,管道内部的输送压力对大落差管段的冲击载荷影响明显,管道最大应力会随着管道内压的增大而增大;②清管器的速度对冲击应力的影响不大,基本呈增长趋势,变化范围在7 MPa之内;③清管器通过时管道发生明显振动,通过后管道恢复原状;④为保证清管器顺利通过大落差管段,增大了清管器两端压差,此时清管器速度表现为增长趋势。     

水平管路清管过程流动参数变化规律模拟研究

混输管路清管技术的研究对混输管道的运行管理具有非常重要的意义。在分析清管器清管物理模型的基础上 ,建立清管器的特征参数计算模型、动态数学模型和数值计算方法 ,并进行数值模拟 ,计算出测压点压力随时间变化的数据 ,并把它们与试验数据进行比较 ,得到清管过程中压力的变化规律。通过数学模拟 ,可以计算清管过程中管道的压力分布状况 ,利用压力分布状况就可跟踪清管球在管道内的运行情况     

压力波法跟踪泡沫清管器

泡沫清管器通过结蜡原油管道内的蜡层突起时产生压力波,传递至上、下游采压点形成时间差,据此对泡沫清管器在管道内的实际位置进行跟踪.结合非洲乍得原油管道的实际清管过程,将计算模型与实际结果比较,满足要求.采用压力波法跟踪泡沫清管器解决不带跟踪器的泡沫清管器进行跟踪的问题,有助于管线安全清管作业及制定合理的清管输油方案,适用于结蜡较多的具有压力采集系统的原油管道,随着压力采集点的增多,跟踪准确度越高.     

直板清管器过环焊缝过程的动力学仿真

利用清管器或者内检测器等设备对管道进行清管和检测是管道运营维护必不可少的流程。由于管道内环境的特殊性,使清管器的动力学问题变得极为复杂。管道内环焊缝对密封皮碗的激励会引起清管器运移行为的改变,这种非稳态的运动对管道清管器的结构产生破坏。针对该问题,对直板型清管器在油气管道受限空间中过环焊缝瞬态运移过程建立了动力学理论模型,并在动力学仿真软件中进行了仿真,结果表明清管器过焊缝会引起清管器速度与位移的振动,尤其在x方向的振动更为剧烈。该理论模型对分析清管器在管道内的运移行为有一定的指导作用。     

水平管路清管过程流动参数变化规律模拟研究

混输管路清管技术的研究对混输管道的运行管理具有非常重要的意义.在分析清管器清管物理模型的基础上,建立清管器的特征参数计算模型、动态数学模型和数值计算方法,并进行数模拟,计算出测压点压力随时间变化的数据,并把它们与试验数据进行比较,得到清管过程中压力的变化规律.通过数学模拟,可以计算清管过程中管道的压力分布状况,利用压力分布状况就可跟踪清管球在管道内的运行情况.     

天然气长输管道清管技术

清管作业是天然气长输管道投产前或运行中的一项重要工作,可保证管道的正常运行和输气效率。文章从清管器的种类、性能、跟踪和定位方法、清管工艺、清管效果评价指标以及清管过程中常出现的故障和处理方法等方面对清管技术进行了全面的论述,针对目前清管作业中存在的问题,如清管器结构单一、清管效果不太理想、清管器的减振效果差、偏磨严重、跟踪仪器脱落、清管器损坏甚至骨架断裂等进行了较详细的探讨,并提出了改进建议。     

中缅天然气管道大落差管段清管过程仿真研究

为掌握中缅天然气管道大落差管段清管器的运行规律,以龙陵输气站至弥渡输气站间总长度为250 km、最大相对高差为1 654 m的管段为研究对象,采用SPT OLGA软件建立了管道的清管过程仿真模型。分析了不同输量下清管器的运行速度。结果表明,清管器最大速度与平均速度之间的最大相对偏差可达36.84%;当管道输量超过3 000万m~3/d时,清管器的平均速度会超过5 m/s,超过了标准中推荐的最大清管速度。     

国内外油气管道清管技术现状

清管是新建管道投产和管道运行中的重要工作。国内管道清管存在清管效果不理想,未制订专门、统一的标准规范等问题。分别从清管器类型、清管器选型原则、清管质量控制、清管周期、清管器速度控制和预测、清管器跟踪定位、清管器卡阻以及清管作业安全区域等方面,阐述了国内外管道清管技术新进展,特别指出应用凝胶-机械式清管器,研发适用于长距离站间距的高可靠性清管器,基于旁通阀调速机理的清管器实施控制技术等。还介绍了俄罗斯管道清管标准的先进性,包括新建管道清管质量控制措施,在役原油管道基于输送能力下降到一定程度时的紧急清管方法,聘用专业化清管器跟踪定位服务商,以及划定清管作业安全区域等。借鉴国外清管技术的先进性,对于提高我国管道清管技术水平以及制订清管标准规范具有重要意义。     

海底长距离湿气管线清管流动规律及方案优化

针对长距离湿气管线清管时出现的清管器速度过快、管线出口液体峰值过高、提高输量造成能耗增加等问题,基于OLGA软件建立长距离湿气管线清管模型,研究不同输量对水力清管管线入口压力、积液量的影响,研究不同输量下清管器作业时管线入口压力、清管器速度、管线出口累积液量变化规律。研究结果表明：在水力清管时,输量提升越多管线内积液量越低,但超过一定范围输量提升对积液量影响不明显;在清管器清管时,输量越大,管线入口压力振荡越小,清管器平均速度越高,管线出口瞬时液量峰值也越小。针对某气田进行清管瞬态模拟,结果表明,水力清管作业时将20万m3输量上调至28万m3、清管器清管作业时将输量下调至42万m3清管效果最佳。     

水平气液混输管路清管操作的数值模拟

混输管路清管技术的研究对混输管线的运行管理具有非常重要的意义,在分析清管物理模型的基础上,建立了清管器前段塞流动的特征参数计算模型、动态数学模型以及相应的数值计算方法,并进行了数值模拟.利用拉格朗日法跟踪清管球和段塞运行情况,计算得到了测压点的压力随时间的变化,并与实验数据进行了比较,得到了清管过程中压力变化规律.利用数学模拟方法可以计算清管过程中管线的压力分布,利用压力分布可以跟踪清管球在管线内的运行状况,这为混输管路的运行管理提供了理论依据.     

Pigging simulation for horizontal gas-condensate pipelines with low-liquid loading

Liquid condensation in natural gas transmission pipelines commonly occurs due to the thermodynamic and hydrodynamic imperatives. Condensation subjects the gas pipeline to two phase transport, which dramatically affects their delivery ability and operational modality and the associated peripheral facilities. It is therefore imperative for the pigging simulation in gas-condensate flowlines to be taken into consideration in their design. Periodic pigging helps keep the pipeline free of liquid, reducing the overall pressure drop, and thereby increasing the pipeline flow efficiency. A new simplified pigging model has been developed for predicting the pigging operation in gas-condensate horizontal pipelines with low liquid-loading, which couples the phase behavior model with the hydro-thermodynamic model. The comparison of the calculating results with those of the two-phase transient computational code OLGA (with a dynamic, one-dimensional, extended two-fluid model), indicates the new pigging model has a good precision and high speed in calculation. The model also contains the capability of pig-tracking and slug-length-increasing model, which can be suitable for engineering design.     

高含硫气液混输管道在清管工况下的瞬态流动规律及优化设计

针对目前对高含硫气液混输管道清管工况瞬态流动规律认识不足,导致管道设计压力与终端段塞流捕集器尺寸不好确定的问题,以某高含硫气田为例,采用数值模拟方法,研究了清管过程中管道起点压力、管道终端排液量等参数的变化规律,分析了管内气相流速与原料气气液比对清管工况的影响,进而提出了高含硫气液混输管道设计压力与终端段塞流捕集器尺寸的优化确定方法:①当管内气相流速介于2~6m/s时,清管中管道起点压力超压现象不明显,清管时宜将管内气相流速控制在此范围内;②当管内气相流速或气液比减小时,清管中管道起点压力峰值和终端排液量均将增大,但不同管道的增大幅度并不一致,管道越长、高程差越大,其增加幅度越大;③在设计阶段,应根据管道运行后期可能会遇到的低管内气相流速与低气液比工况参数来确定管道合理的设计压力与段塞流捕集器尺寸。该成果可为高含硫气液混输管道的优化设计与清管操作提供依据。     

湿天然气输送管道积液发展过程影响因素分析

针对湿天然气输送管道运行过程中存在的积液问题,基于OLGA软件的清管工艺瞬态仿真方法,建立了积液在湿天然气管道中的发展过程预测模型,对积液发展过程及其影响因素进行分析。研究表明:受环境温度、运行压力、介质组成以及管道流速等的影响,湿天然气管道中的液相从凝结析出到发生沉积直至积液量达到稳定的时间往往会持续数天到数月不等;在其他运行条件不变的情况下,湿天然气管道中的积液量随着环境温度的降低、运行压力的增大以及含水量的增加而增加,管道积液发展持续的时间会随着环境温度的降低、含水量的减少以及管道流速的减小而延长。其中,含水量和管道流速是影响湿天然气管道积液量以及积液发展持续时间的关键参数。     

Mathematical modeling and simulation of pigging operation in gas and liquid pipelines

The pigging operation is a common practice in the petroleum and gas industry. Pigging flow lines is employed for many reasons including cleaning deposits such as wax layers, the removal of liquids and condensate, the separation of products pumped one after the other in the same pipeline, measurement, and control and flow line inspection. In this paper, the mathematical modeling of the transient motion of a pig through liquid and gas pipelines is presented. For this purpose, the fluid flow equations were combined with a linear momentum equation for the pig. The nonlinear equations are solved under an unsteady state condition by the method of characteristics (MOC) with a regular rectangular grid through the pipeline under appropriate initial and boundary conditions. From this simulation, the pig position, optimum flow rate in upstream flow and the time that the pig reaches the end of the pipeline are obtained. Comparison of the simulation results with the field data of liquid flow through the pipeline from KG to AG located in Iran show that the derived mathematical models are effective for the prediction of position and pig velocity under the given operational conditions of a pipeline. Similar results are also obtained for gas flow through the pipeline from Nar-1 to Nar-2 located in Iran, in comparison with the field data.     

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混输管路清管操作实验和理论的研究对混输管线的设计及生产管理具有重要意义。为研究混输管路清管工况下的变化规律，建立了长380米、管径80毫米的混输清管实验管道，利用水和空气为试验介质，得到了混输管路清管过程清管器运行时间和运行速度变化规律，并得到了通过清管球压降的计算关系武。针对水平管路，建立了清管模拟的数学模型，编制了计算软件，用于预测混输管路清管过程中清管时间、清管球运行速度等。软件计算结果与实验数据的吻合较好。     

海底管道清管用新型水下发球装置研究

针对传统海底管道清管成本高和停输问题,设计了一种适合单海管清管的发球装置。该装置通过水下发出清管器,经过需要清洗的海底管道和立管,回到平台上的收球筒中。发球装置主要由快开盲板、发球单元以及连接单元3部份组成,其驱动液是来自采油树的甲醇。介绍了发球装置清管工艺流程以及每一部分的工作流程,并通过有限元法,对发球装置的关键零部件进行了强度校核。该装置可以解决单海管清管问题,对于完成海底管道清管作业,推动国内水下清管技术的发展,有一定的指导作用。