地形起塞效应对沙漠油田集输管线的运行影响研究

【摘要】：彩南及石南油田为新疆油田公司在上世纪末建设的沙漠整装油田，流沙厚度约300米，地形以起伏沙梁为主，沙梁高度在2～50米，油田集输管线依地势而建，埋地管线均翻越多道沙梁至原油集中处理站，在油、气、水混输的情况下，引发两类影响集输管网正常运行的特殊现象，首先表现在起伏沙梁的上坡段，管线底部的内腐蚀穿孔频繁，而在沙梁下坡段及地势平缓段却很少发生类似现象，腐蚀形态多为沟槽形坑蚀，呈线形分布，采用针对常态腐蚀的端点加药防腐措施后，依然没有解决腐蚀问题；其次表现在集输干线气液混输过程中，末端计量站及生产单井回压较高，接近甚至超过低压管线的安全运行压力(1.6MPa)，对系统安全及原油产量均造成不利影响，采取新建复线分流的常规降压措施后，现场验证完全无效，仍未解决管网末端回压高的问题。 此类现象在新疆油田仅发生在沙漠区块，且在建成投产后短期内即造成严重后果。经过调查研究，本文取得的阶段成果为：确定导致起伏地形的集输干线之所以产生上坡段高频腐蚀及复线分流降压无效的原因为“地形起塞效应”产生的作用，“地形起塞”或剧烈起塞是多相流体动力学中的一个新术语，专指造成管路流动阻塞的段塞突然加速流动而形成塞状流这一瞬态流动过程，本文对其特殊腐蚀机理及作用方式有了较明确的认识；同时，地形起塞造成的剧烈断塞流除了在局部特定管段有异态腐蚀表现外，在起伏管路的流型、流态、压降等方面的变化规律也不同于水平管路，基于水平管路混输理论基础，在采取分流降压措施无效的情况下，本文对起伏管路这一特定条件下的剧烈断塞流的问题解决方式也进行了现场初步研究，并成功实施了现场验证。对沙漠油田这类具有典型起伏地形的特殊区块如何进行针对性的设计、管理，无疑会提供巨大帮助。 正是基于这样一种认识，本文希望通过对此类现象的深入研究，能够得到本质机理的理论解释，从而为沙漠起伏地形的管网设计及生产过程中的处理提供指导借鉴，及时采取针对性的有效解决措施，该领域在今后几年中仍将具有极高的研究价值。