专利汇可以提供一种油气水混输管道常温集输半径的计算方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种油气 水 混输管道常温集输半径的计算方法,包括:测量 原油 的物性参数,建立不同物性参数的数学模型;计算常温集输热 力 半径;计算常温集输水力半径;针对油田生产区 块 ,建立热力约束数组,确定热力约束半径;建立水力约束数组,确定水力约束半径,计算得到常温集输半径。本发明可根据原油的相关物性参数、管道的实际运行条件,综合考虑油气水混输管道的热力特性和水力特性,建立油气水混输管道的温降和压降数学模型,确定常温集输半径,更具备科学性和全面性,不同油田不同生产区块都可应用本方法确定常温集输半径,具有较强的适应性,能够为油田地面工程常温集输工作提供参考。,下面是一种油气水混输管道常温集输半径的计算方法专利的具体信息内容。
1.一种油气水混输管道常温集输半径的计算方法,其特征在于,包括:
步骤1)测量原油的物性参数,建立不同物性参数的数学模型;
步骤2)计算常温集输热力半径;
步骤3)计算常温集输水力半径;
步骤4)建立热力约束数组,确定热力约束半径;建立水力约束数组,确定水力约束半径;结合热力约束半径和水力约束半径计算得到常温集输半径。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法包括:
步骤1)针对油田生产区块,测量不同温度下原油的各种物性参数,并运用线性或非线性回归的方法建立原油的物性参数模型;
步骤2)以油气水混输管道为研究对象,利用管道起点温度与终点最低允许进站温度确定输送过程中流体的定性温度,得到此温度下原油以及油水液相的相关物性参数,进一步求得流体至管内壁的传热系数、管外壁至土壤的传热系数以及原油-管道-土壤的总传热系数;同时计算管道绝对平均压力和气相临界参数,在此基础上求得焦耳-汤姆逊效应系数,并通过气相质量比热容、气相质量分数确定油气水混合物的质量比热容,结合油气水混合物质量流量,建立油气水混输管道温降数学模型,通过迭代计算的方法得到常温集输热力半径;
步骤3)根据管道中油水液相和气相的体积流量,确定气液混合物的平均流速,并利用原油的物性参数,得到气液混合物的动力粘度,同时采用循环迭代法计算得到气液混合物的密度和混输管路中的雷诺数、持液率,进而确定混输阻力系数,建立油气水混输管道压降模型,根据管道起点压力与终点最低允许进站压力确定管道最大压降,代入到模型中,即得到常温集输水力半径;
步骤4)建立生产区块的热力约束数组,确定该区块的热力约束半径,根据水力半径建立水力约束数组,确定该区块的水力约束半径,结合热力约束和水力约束条件得到该生产区块的常温集输半径。
3.根据权利要求1-2所述的方法,其特征在于,在步骤1)中,
原油密度-温度关系计算公式为:ρo=ρ20-ξ(T-20)
ρo、ρ20分别为T℃和20℃时的原油密度;ξ为温度系数,ξ=1.825-0.001315ρ20;
对原油粘温曲线进行非线性回归的公式为:
原油呈牛顿流体的性质时:
原油呈非牛顿流体的性质时:
μo为T℃时的原油动力粘度;T为原油温度;A1、A2、B1、B2、C1、C2为系数;
按照析蜡点温度、最大比热容温度将比热容-温度曲线分为三个区进行非线性回归;
当油温大于析蜡点温度时:co=H1T2+E1T+F1;
当油温小于析蜡点温度,大于最大比热容温度时:co=H2T2+E2T+F2;
当油温小于最大比热容温度时:co=H3T2+E3T+F3;
co为T时的原油比热容;T为原油温度;H1、H2、H3、E1、E2、E3、F1、F2、F3为系数;
原油导热系数按下式计算:
λo为油品在油温为T时的导热系数;T为油温;ρ15为油品在15℃时的密度。
4.根据权利要求1-3所述的方法,其特征在于,在步骤2)中,
为管道定性温度;TR为管道起点温度;TL为管道终点最低允许进站温度;
cL=cwσ+co(1-σ)
cL为油水液相的比热容;cw为水的比热容;co为原油的比热容;σ为质量含水率;
qL=qw+qo
GL为油水液相质量流量;qw为水体积流量;σ为质量含水率;qo为原油体积流量;ρo为原油密度;qL为油水液相体积流量;为体积含水率;
ρL为油水液相的密度;
油流至管内壁的传热系数α1,
对于层流流动,
λy为原油导热系数;υy为原油运动粘度;cy为原油比热容;βy为原油体积膨胀系数;g为重力加速度;Rey为雷诺数;ρy为原油密度;D1为管道内径; 为管道定性温度;Tbi为管壁定性温度;t0为管道所处环境温度;
对于紊流流动,
当流态处于过渡区时,
管外壁至土壤的传热系数α2按下式计算:
λt为土壤导热系数;ht为管中心埋深;Dw为与土壤接触的管外径,即钢管的外防腐层或保温层所形成的外径;
α1为油流至管内壁的传热系数;α2为管外壁至土壤的传热系数;D为计算直径;Di、D(i+1)为钢管及保温层的内径和外径;λi为导热系数;K为原油-管道-土壤的总传热系数。
5.根据权利要求1-4所述的方法,其特征在于,在步骤2)中,利用管道起点压力与终点最低允许进站压力按下式确定平均压力:
ppj1为气相平均压力;pQ为起点压力;pZ为终点最低允许进站压力;
式中,ppj2为气相平均绝对压力;
按下式计算气相的临界压力和临界温度:
式中,pc为气相的临界压力;Tc为气相的临界温度;n为天然气组分数;yi为i组分摩尔分数;pci和Tci为纯i组分的临界压力和临界温度;
通过下式求得对比压力和对比温度:
式中,pr、Tr为对比压力和对比温度;pc、ppj2为气体的临界压力和绝对平均压力;Tc、 为气体的临界温度和管道定性温度。
6.根据权利要求1-5所述的方法,其特征在于,在步骤2)中,按下式计算气相平均相对分子质量:
Mg=∑Miyi
式中,yi为i组分摩尔分数;Mi为i组分的相对分子质量;
按下式计算气相定压摩尔热容:
式中,cp为气相定压摩尔热容; 为管道定性温度;Mg为气相平均相对分子质量;ppj1为平均压力;
焦耳-汤姆逊效应系数按下式计算:
-2.04
f(pr,Tr)=2.343Tr -0.071pr+0.0568
式中,Djt为焦耳-汤姆逊效应系数;cp为定压摩尔热容;pc临界压力;Tc视临界温度;pr和Tr为对比压力和对比温度;
气相质量比热容:
cg为气相质量比热容;cp为定压摩尔热容;Mg为气相平均相对分子质量;
Gg=ρgqg
x为气相质量分数;Gg为气相质量流量;ρg为气相密度;qg为气相体积流量;GL为油水液相质量流量;
cm=cgx+cL(1-x)
cm为油气水混合物的比热容;x为气相质量分数;cg为气相质量比热容;cL为油水液相的比热容;
Gm=GL+Gg
Gm为油气水混合物质量流量;GL为油水液相质量流量;Gg为气相质量流量。
7.根据权利要求1-6所述的方法,其特征在于,在步骤2)中,假设LT的初始值为0.1,建立油气水混输管道轴向温降模型如下:
LT为管道起点至沿线任意点的长度;tL为管道距离起点LT米处的油流温度;t0为管外环境温度;TR为管道起点温度,e为自然对数底数;K为总传热系数;Djt为焦耳-汤姆逊效应系数;cg为气相质量比热容;D为计算直径;pQ为起点压力;pZ为终点最低允许进站压力;
求得管长为LT时管道的终点温度tL,判断该温度值与管道终点允许最低温度的相对误差是否小于5%;如果小于5%,则此时的LT即为热力约束下的集输半径;如果不小于5%,则采取迭代计算的方法,以0.1为步长对LT进行累加,分别计算不同LT下的tL,直至该温度值与管道终点允许最低温度的相对误差小于5%,则此时的LT即为热力约束下的集输半径。
8.根据权利要求1-7所述的方法,其特征在于,在步骤3)中,
qm=qL+qg
qm为气液混合物的体积流量;qL为油水液相的体积流量;qg为气相的体积流量;
气液混合物的平均流速可按下式计算:
vm为气液混合物的平均流速;qm为气液混合物的体积流量;D1为管道内径;
RL=qL/qm
μm=μLRL+μg(1-RL)
μL、μg为油水液相、气相的动力粘度; 为体积含水率;μo为原油的动力粘度;μw为水的动力粘度;RL为体积含液率;qL为油水液相的体积流量;qm为气液混合物的体积流量。
9.根据权利要求1-8所述的方法,其特征在于,在步骤3)中,采用试算法来确定持液率HL,步骤包括:
首先,假设持液率HL的值计算气液混合物的平均密度:
ρm为气液混合物的平均密度;ρL、ρg为油水液相、气相的密度;RL为体积含液率;HL为截面含液率;
计算混输雷诺数 Rem为混输雷诺数;D1为管道内径;
然后,根据不同混输雷诺数Rem下的关系式计算HL:β=lgRL+3,
RL为体积含液率;
当Rem=1时,RL和HL关系曲线的数学表达式为:
lg HL=1.98975289+0.4192759β-0.3517347β2+0.0627002β3+0.00611271β4-0.001097β5-2
当Rem=100时,RL和HL关系曲线的数学表达式为:
lg HL=1.53077259+0.4562775β-0.3097665β2+0.0718006β3+0.01101236β4-0.003875β5-2
当Rem=500时,RL和HL关系曲线的数学表达式为:
lg HL=1.15927438+0.5157858β-0.0104859β2-0.1975919β3+0.10033697β4-
0.01400916β5-2
当Rem=1000时,RL和HL关系曲线的数学表达式为:
2 3 4
lg HL=0.86228039+0.7941742β-0.0414958β-0.3076484β+0.16093553β-0.0230459β5-2
当Rem=2500时,RL和HL关系曲线的数学表达式为:
lg HL=0.61121528+0.8219817β+0.2450638β2-0.591696β3+0.26550666β4-0.03627456β5-2
当Rem=5000时,RL和HL关系曲线的数学表达式为:
lg HL=0.37037426+1.1458724β-0.1024697β2-0.3317119β3+0.17193205β4-
0.02410223β5-2
当Rem=10000时,RL和HL关系曲线的数学表达式为:
lg HL=0.21324017+0.9846183β+0.4538199β2-0.7934965β3+0.32817872β4-
0.04284162β5-2
当Rem=25000时,RL和HL关系曲线的数学表达式为:
2 3 4
lg HL=-0.040313231+0.94664475β+0.7145845β-0.9824665β+0.3845391β-
0.048779381β5-2
当Rem=50000时,RL和HL关系曲线的数学表达式为:
lg HL=-0.22287976+0.8475579β+0.7621021β2-0.9112905β3+0.3433659β4-
5
0.042773693β-2
当Rem=100000时,RL和HL关系曲线的数学表达式为:
lg HL=-0.3672887+0.437131β+1.266505β2-1.157105β3+0.4060284β4-0.04932038β5-
2
当Rem=200000时,RL和HL关系曲线的数学表达式为:
lg HL=-1.272218+2.227224β-0.86396β2+0.092496β3+0.067676β4-0.0149087β5-2当油气水混输管路的雷诺数Rem的值不是上述的任何一个雷诺数时,则从上述的雷诺数中选取两个雷诺数Rem1和Rem2,用插值法求持液率,按下式计算HL:
式中,HL1为当雷诺数等于Rem1时计算求得的持液率,HL2为当雷诺数等于Rem2时计算求得的持液率;[Rem1,Rem2]为上述所有雷诺数所能组成的区间中满足Rem1
混输阻力系数计算公式为:
S=1.281-0.478(-lnRL)+0.444(-lnRL)2-0.094(-lnRL)3+0.00843(-lnRL)4φ为混输阻力系数与油水液相阻力系数的比值,
建立油气水混输管道压降模型如下:
Δp为油气水混输管道压降;λm为混输阻力系数;ρm为气液混合物的平均密度;vm为气液混合物平均流速;L为管道长度;D1为管道内径;
水力约束下的集输半径为:
10.根据权利要求1-9所述的方法,其特征在于,在步骤4)中,
LT=min(LT1,LT2,LT3,…,LTk)
LP=min(LP1,LP2,LP3,…,LPk)
L=min(LT,LP)
式中,LT为热力约束条件下该区块的集输半径;LT1,LT2,LT3,…,LTk分别为编号1~k管道的热力约束下集输半径;LP为水力约束条件下该区块的常温集输半径;LP1,LP2,LP3,…,LPn分别为编号1~k管道的水力约束下集输半径;L为该区块的常温集输半径。
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