海洋集输管道严重段塞流控制管理

马亮（中国石油天然气勘探开发公司，北京　100034）

海洋集输管道严重段塞流控制管理

马亮（中国石油天然气勘探开发公司，北京100034）

由于严重段塞流现象给海洋油气生产造成了极大困扰，本文总结了生产中常用的控制方法，如节流法和气举法等，并分析了各种控制方法的优缺点及适用性。节流法适用范围更广，但容易造成能量损失，降低油田产量；气举法能够提升产量，保护下游设备，但需要充足的气源支持。

严重段塞流；控制；气举；节流

随着深水油田逐步得到开发，越来越多的海洋多相流集输管道投入使用。与铺设两条管路分别运送原油和天然气相比，混输管道降低了建设成本和运行维护费用［1］。然而，海底集输管道由于其集输距离较大，受制于海洋生产环境存在下倾管～立管或水平管～立管等集输管型，容易产生严重段塞流。严重段塞流由于其强烈的流速及压力变化会增大井口背压同时损害下游分离器等设备，严重影响正常生产。故了解严重段塞流的特征，开展对严重段塞流控制的研究是非常必要的。

1　严重段塞流特性

严重段塞流通常发生在气液相流速较低情况，由于下倾管处容易形成分层流，气体被堵在立管底部，只有液体可以进入立管形成液塞。其特点是压力和管道气液相流速的剧烈变化。典型的严重段塞流呈现严格的周期性变化，一个周期可分为4个阶段［2］：

阶段1：当系统中发生不稳定流动，气体被堵在上升管路底部，液体不断的流入上升管路而上升管路中已有的气体不断排出，这样就有可能在上升管路中形成一个高度小于分离器高度的液柱。这就会使上升管路液相流体增多，上升管底部压力增大，压缩上升管底部气体并形成一个液柱累积区域，这个阶段就叫做液塞积累阶段。

阶段2：随着液柱高度达到上升管路顶部，气体仍然被堵在上升管路底部，上升管底部压力达到了最大值，在这时仍然只有液体可以进入上升管，这个阶段叫做液塞流出阶段。

阶段3：随着气体不断流入管道，上升管底部压力不断增大并推动液柱底部到上升管底部，这时就进入了喷发阶段。

阶段4：随着气体不断渗入上升管，管内气相流体逐渐增多，管内压力下降，气体不断向上流动。当气体达到上升管顶部时气体流道完全畅通，在水平管和下倾管中是分层流，在上升管路中是间歇流/环状流，这导致气体猛烈排出，管路中压力迅速下降然后又重新回到液塞形成阶段。这个阶段叫做气体快速排出与液塞回落阶段。

2　严重段塞流控制研究

在严重段塞流形成机理和特性研究的基础上，学者们又开展了严重段塞流的控制研究。总体来说，严重段塞流的控制方法分为三种：一是改变管系或者流程的设计，比如改变管径或加装段塞捕集器；二是改变生产工况，比如改变入口流速或调整背压；三是采取气举或节流等措施消除段塞。在现场生产中，由于生产流程及工艺都已确定，故操作者只能采取第三种方法消除段塞。

2.1节流法

（1）节流阀法

在立管顶部安装节流阀，当管道内流体流速较高时调节阀门，降低分离器入口的液体流速，保护下游设备。目前这种方法因其操作的便宜性在实际生产中得到了广泛的应用，但这种方法会增大井口回压，造成能量损失，降低油田产量，尤其对于深水管线系统产量降低尤为明显。

（2）PⅠD节流控制阀法

在分离器的入口安装节流阀，PⅠD节流控制装置进行反馈控制［3］。根据立管底部压力调节PⅠD阀开度，降低井口回压，控制流体速度，缓解严重段塞流现象。

2.2气举法

（1）立管底部气举法

在立管底部或下倾管尾部通过压缩机直接注气，这是消除严重段塞的一种较好的方法，可以显著减小井口回压，增加油气产量，保护管道及下游设备，缺点是需要大量气体，需要充足的气源［4］。这种方法有一定的局限性，但这是目前应用较多的一种方法。

（2）旁通管注气法

将上游下倾管内的气体通过一条旁通管导入立管中。这种方法不需要额外的气源，通用性较好；不需配备气体容器、压缩机等设施，减少了投资运行费用，但当入口气速较低时并不适用［5］。

（3）管中管注气

将一根细管插入立管中，并通过此管使气体进入立管，这样气体就无法被堵在立管底部，使立管中没有形成严重段塞流的条件［5］。从理论上小径管置入的方法确实能够消除或缓解严重段塞现象。但插入细管后可能导致无法进行清管等操作。

3　结语

严重段塞流现象导致的流速的瞬变和立管底部压力的增大都给实际生产造成了非常大的困难和挑战。目前比较常用的方法主要是节流法和气举法。节流法因为其操作简便且无附加条件，在现场得到了广泛的应用。但因节流法会造成井口回压增大，油田产量降低，在气源比较丰富的地方，人们还是尽量采用立管底部气举法，从而更好地提高产能，保护管道和下游设备。

［1］徐孝轩，宫敬.海底油气管道多相流动中的若干技术［J］.油气储运，2007，26（12）：1～7.

［2］王鑫，郭烈锦等.集输～上升管路系统严重段塞流实验研究［J］.工程热物理报，2005，（5）.

［3］Jansen F E，Shoham O，Taitel Y.The elimination of severe slugging～experiments and modeling［J］.Ⅰnt.J.Multiphase Flow，1996，22（6）：1055～1072.

［4］李晓平.立管严重段塞流控制方法实验研究［J］.中国海上油气，2005，17（6）：416～419.

［5］赵越超等.强烈段塞流消除方法的试验研究进展［J］.管道技术与设备，2004，2：1～7.

马亮（1989-），硕士研究生，现就职于中国石油天然气勘探开发公司，从事油气长输管道管理工作。