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２０一■论文广场 石油和化工设备 ２０１２年第１５卷
海底混输管道简单管网流动保障动态分析
王彦瑞‘，王东’，周建 ，王磊 ，赵轶 ，荆文明
（１．海洋石油工程股份有限公司，天津３００４５１）
（２．中法渤海地质服务有限公司，天津３∞４５１）
［摘要］以国外某油田开发工程海底混输管道管网为例，利用０ＬＧＡ ６．２瞬态模拟软件，对管道沿程流体流型、管网出口液流
量的变化、段塞形成以及出口气液流速变化情况等进行流动保障分析研究，指导下游段塞流捕集器、转输泵等产品的设计，
为整个项目提供啦术支持。
［关键词］流动保障：海底管道；多相流；数值模拟；段塞
流动保障的含义是“在各种环境条件下，在
整个油田开发期内，将石油经济地开采出来并输
送至处理设施”。该理论最早于１９９２年Ｄｅｅｐｓｔａｒ
合作组织（由多个石油生产及服务公司组成）提
出，其背景是墨西哥湾深海油田在生产中遇到严
峻的技术挑战【１】。本文以国外某油田为例，研究海
底混输管道简单管网的流动保障问题。
ｌ项目概况
本项目涉及三条海底混输管道，三条管道组
成一个支状管网，一条管线将Ａ油田的流体，经由
水下三通（ＴＩＥ．ＩＮ）输送至中心平台Ｃ平台上进行
处理，另一条管线将Ｂ油田的流体输送至水下三通
（ＴＩＥ．ＩＮ）处，与来ｆｌＡ油田流体混合后一同输送
到Ｃ平台上进行处理。
２基础数据
管道参数及流体参数如表１所示，流体的组分
参数如表２所示。
表１管道及流体参数
Ａ至ＴＩＥ－ＩＮ Ｂ至ＴＩＥ－ＩＮ ＴＩＥ－ＩＮ至Ｃ
管线长度（ｋｍ） ７．２ ６．５ ０．１
管径（ｉｎ） １４ １４ ２０
绝对粗糙度（ｍ） ０．０００２ ０．０００２ ０．０００２
质量流量（ｋｇ／ｈ） ４６０９３５ ５５３５４８ １０１４４８３
出口压力（ｋＰａＡ） ８０００
进口温度（℃） ６２．３ ６０．９
表２流体的组分参数
Ｈ２０ ０．９９８００４ ０．９９７９９４ ０．９９７９９８
Ｍｅｔｈａｎｅ ０．０００５７９ ０．０００５７０ ０．０００５７４
Ｅｔｈａｎｅ ０．００００１５ ０．００００１５ ０．００００１５
Ｐｒｏｐａｎｅ ０．０００００１ ０．０００００１ ０．０００００１
ＮＢＰ［０］２４４ ０．０００１４８ ０．０００１５１ ０．０００１５０
ＮＢＰ［Ｏ］３５３ ０．０００３０６ ０．０００３１０ ０．０００３０８
ＮＢＰ［０］５１４’ ０．０００５２５ ０．０００５３３ ０．０００５２９
ＮＢＰ［０］６１１‘ ０．０００３３７ ０．０００３４２ ０．０００３４０
ＮＡＰ Ｅ０］７４１’ ０．００００８１ ０．００００８２ ０．００００８２
其中：
Ｎａｍｅ ＭＷ Ｌｉｑ Ｄｅｎｓｉｔｙ［ｋｇ／ｍ ］
ＮＢＰ［０］２４４＊ １８３ ８４９．５
ＮＢＰ［０］３５３＊ ２７７ ９０３．８
ＮＢＰ［０］５１４． ４６５ ９７８．５
ＮＢＰ［０］６１１，ｌｃ ５８６ ｌＯ１５．９
ＮＢＰ［０］７４１． ７５８ １Ｏ６１．３
３动态模拟结果及分析
因静态模拟没有时间变化的概念，不足以反
映管道真实状态，因此本文根据已知的基础条件
建立一个由三条海管组成的支状管网模型，使用
国际主流的管道动态模拟软件ＯＬＧＡ进行模拟。模
拟时间为１０ｈ。通过对流型、入口压力、出口气／液
流速、出口段塞量和出口液流量的计算分析，指
导下游段塞流捕集器、转输泵等产品的设计。
３．１流型分析
作者简介：王彦瑞（１９８１一）。男，黑龙江人，本科，学士，
工程师。现从事海洋石油平台及海底管道的工艺设计工作。
第６期 王彦瑞等海底混输管道简单管网流动保障动态分析 一２ —
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图１三条管线的流型分布
图１中代号为（１）、（２）、（３）的三条线分别代表
了Ａ平台￣ＯＴＩＥ—ＩＮ，Ｂ平台￣ＯＴＩＥ—ＩＮ，ＴＩＥ．ｒＮ￣ＵＣ
平台三条管线的流型分布。从图中可以看出，Ａ平
台至水下三通ＴＩＥ．ＩＮ段和Ｂ平台：ｔ］ＴＩＥ．ＩＮ段海管入
口处的流型为泡状流，而后渐变为海底管道部分
的段塞流，其原因可能是随着管线中气液流动，
压力随之降低，气体流速增大，高速的气体使气
液分界面处产生波浪，并且加剧，与管道上部管
壁接触，形成段塞。水下三通ＴＩＥ．ＩＮ至Ｃ平台间的
管长较短，但平管段有明显的段塞流出现，原因
可能是（１）、（２）两条海管物流在水下三通ＴＩＥ．ＩＮ处
汇流，造成流动的波动产生段塞。
３．２段塞流分析 一般说来，段塞流的形成会引起整个管网系 统压力的变化，因此管道的压力研究十分必要。 一 Ｐ¨１．＿ １Ｉ ｕ・ 竹ｍＭｌ￡Ｐｒ瞧” ＿・…・ 一 Ｐ ｉ３忡嘲＂ 廿一 一’ ●－‘ …－ ＿～‘ ’１ｌＴｆ 呷， ０ＴＩ 一＿ ， …’ ’” ”‘ ‘ 。“ 。’” 一 ｝ ， 图２各段海管的入口压力随时间的变化 １０７０ｋＰａＡ有较大幅度波动，波动范围在２００ｋＰａ 左右。产生波动的原因可能是由于水下三通的汇 流，造成流量的急剧增加，气体流速增大，高速 的气体使气液分界面处产生波浪，并且使液体与 管道上部管壁接触，形成段塞。流动状态不稳 定，致使入口压力不稳定。 ３．３出口气液流速 一∞脚 ‘＇Ｈ－‘， ‘ 仉 Ｐ｜ ‘ｕ岬－ｂＦ－ｒ 图３管网出口气一液流速随时间的变化 从图３可以看出，出口气体和液体流速约为 ２．５ｍ／ｓ，且波动剧烈，气体流速最大波动范围约为 ２５ｍ／ｓ，液体流速最大波动范围约为ｌ５ｍ／ｓ，气液 流速的巨大差异可能形成气液间的滑脱，并最终 在出口形成气液交替的液体段塞。
３．４出口液塞体积
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图４出口液塞体积随时间的变化
从图２可以看出，Ａ平台和Ｂ平台至水下三
通两条混 线的入口 毫基 鲁 ３７ｍ，胭０ ４ 濉 施 １９４０ｋＰ ａＡ和２２００ｋＰａＡｄｘ幅波动，两条管道物流 Ⅱ
混合后ＴＩＥ—ＩＮ至Ｃ平台一段管线的入口压力在 ３．５出口液流量
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２２一一论文广场 石油和化工设备 ２０１２年第１５卷
图５管网出口液流量随时间的变化
从图５可以看出，出口液流量出现有规律的波
动，最大波动幅度约为２ｍ ／ｓ，这也说明在管网出
口处出现段塞。
４结束语
上述分析，对下游段塞流捕集器和液体转输
泵的设计意义重大。在本项目中，由于出口段塞
流的出现，致使各段管线的进口压力出现波动变
化。出口液流量最大波动幅度约为２ｍ ／ｓ，出口气
液流速差距较大，气速波动范围约为液速的１．５
倍，出口液塞最大体积约为３７ｍ 。因此Ｃ平台需设
置相应的设备，如段塞流捕集器，并采取相应的
措施如调节节流阀以减小段塞量，避免段塞的生
成。
两条海底混输管道在汇流前均有段塞流流型
出现。由于海底管道在ＴＩＥ．ＩＮ处的汇流，造成流
量波动以及流体组成的变化，极易在海管内形成
段塞流，并且在管道出口也很可能出现段塞流，
这是海底混输管网的一个特点，在设计过程中应
给予充分的注意。
◆参考文献
［１】侯磊，张劲军．基于流动保障的海底油气管道安全策略与
技术［Ｊ】．中国海上油气，２００４，１６（４）：２８５－２８８．
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