HYSYS黑油模型在油田流动保障中的运用

鞠朋朋，陈文峰，张 欢，周晓艳，彭 宇

(海洋石油工程股份有限公司，天津 300451)

随着世界经济快速发展，石油、天然气的用量持续攀升，陆上约70%石油和99%天然气依靠管道输送。保证管道运输安全，特别是原油管道的顺利输送，前期设计数据的可靠性非常重要；但在某些项目中由于种种原因，并不能取得原油详细组分数据，只能获得有限的性质参数。为了顺利开展油田前期的方案设计，评估其技术可行性，需要使用黑油模型。黑油模型在计算中的优点：计算过程简单, 不涉及繁琐的状态方程和相态平衡计算；计算速度较快；计算过程绝对收敛。其缺点：没有考虑物质组分随着压力和温度变化的因素；没有考虑管道压力低于凝油气的露点时出现的反凝析现象。黑油只是为了阐述油、气、水三相流体的渗流规律而假设的一系列情况下的模型。

压力梯度：Beggs & Brill 方法的基本方程，计算黑油模型管流压降。

式中：λ为摩阻系数；HL为持液率；p为管线的平均压力；θ为倾角；ν为流体折算速度。

文章以某原油输送管道为例介绍黑油模型在管道计算中的应用。

1 黑油模型的建立

某油田通过单层保温管外输，保温层厚度25.4 mm，热传导率为0.051 W/m·K;管道埋地深度1 m，泥土热传导率为0.865 W/m·K;冬天泥土平均温度为2 ℃；外输管道分为两段，第一段管道原油利用泵加压外输，增压泵功率为150 kW,效率75%，原油进入外输海管的起输压力和温度为275 kPa、43 ℃，标注为原油-1;第一段管道直径为8″，壁厚8.18 mm，管道长度36.74 km，标高不变；原油-2在第一段管道出口混入第二段管道，混入前温度为33 ℃；第二段管道直径为10″，壁厚9.27 mm，长度23.11 km，标高不变。

原油-1性质：标态下密度33.5 API，分子量260，43 ℃时粘度4.296 cP，99 ℃时粘度1.407 cP，流量71 m3/h。

原油-2性质：标态下密度43.8 API，分子量161，33 ℃时粘度1.447 cP，99 ℃时粘度0.596 3 cP，流量28 m3/h。

文章利用PIPESYS建立黑油模型，PIPESYS是由Hyprotech Ltd.开发的内嵌于HYSYS的海管模拟软件。利用HYSYS流体包，选取原油组分和状态方程PR，建立如图1模型。

图1 原油管道PIPESYS模型Fig.1 PIPESYS model of crude oil pipeline

在HYSYS内利用油管理器输入原油性质，进行虚拟组分切割，切割数量为5个；然后建立第一段PIPESYS模型pipe-1，输入起始点的温度、压力和外输管道的路由、环境温度、埋深等参数；增压泵模型在pipe-1里面建立；接着建立第二段PIPESYS模型pipe-2，输入管道和末端的路由、温度等环境参数。至此模型建立完毕，可以进行计算，得到末端的压力和温度为4 896 kPa、10 ℃。

2 模型计算结果

模型收敛计算完毕后，就可以查看各种结果参数；可以以数据表或者图标的形式查看计算结果，也可以直接打印或者外传计算报告。

对于pipe-1常见的计算结果如图2～图5。

从图2、图3可以看出，沿着管道长度方向压力和温度都是降低的，且温度和压力降低的趋势一致。

从图4可以看出，流体速度变化幅度很小，在2.03ft/s～1.99ft/s之间变化；这是由于液体体积基本上不可压缩，温度的变化对体积热胀冷缩量影响也比较小，所以对应的液体速度基本上没有变化。

从图5可以看出，随着管道长度的增加，其引起的摩阻损失也相应变大；压降主要是管线摩擦损失和重力差两者相互作用的结果，管道由于高程没有变化，所以重力差引起的摩阻变化为零，总的压降主要是由管线的摩擦损失。

图3 pipe-1沿程温降Fig.3 Temperature drop along pipe-1

图4 pipe-1沿程流体速度变化Fig.4 The velocity variation of pipe-1

图5 pipe-1压降的变化Fig.5 The change of pipe-1 pressure drop

Pipe-2的计算结果趋势图与pipe-1类似，在此不再赘述。

3 结语

原油基础性质数据不全是项目前期运行过程中经常遇到的问题，为了推进项目的进度，进行前期的技术方案规划，以及为整个油田的开发提供前期的经济技术评价，采用黑油模型进行管道直径等参数的确定有着重要的意义。