带有凝油层的原油管道停输再启动研究

摘要

在原油管道运行过程中不可避免的存在停输过程,正确分析原油停输再启动过程,保证再启动过程的顺利进行,对管道的安全运行和节能降耗具有很高的工程实用价值。
　　 本文针对原油管道运行过程中,由于某些原因停输一段时间之后管道内原油未全部凝结,而是在部分管壁形成一定厚度凝油层时的再启动情况。停输以后,管道沿线温度不同,同时,文中还将管道内原油截面径向分层,不同半径处温度也不同,对于反常点温度以下的原油考虑其触变性,对于凝油层部分,将其分段并径向分层,认为如果某处压力所产生的剪切应力大于此处的屈服值,则这部分凝油层剥落。文中还将原油的压缩性、压力波传递等问题考虑在内。
　　 管道的停输再启动过程是一个复杂的热力和水力相耦合的过程,同时管内油流又与管外土壤传热,本文利用相关知识推导守恒方程,建立数学模型,然后利用有限元法和有限差分法、特征线法来求解模型方程,由于计算量较大,需要利用计算机编制计算程序。对于触变性原油,文中推导出与剪切速率、剪切时间、剪切温度有关的触变性模型方程,进而推导计算管道截面流量。文中利用一条管道的实际数据模拟停输再启动过程,其中,用原油具体的实验数据回归出触变性方程,再启动过程中得到的主要结论如下:
　　 ①计入启动充装过程,压力波速比忽略油品降温收缩时略小。
　　 ②管道内原油温度变化情况分为:当热油头未到达时,温度稍有下降;当热油头到达处,温度急剧升高;热油头过后温度缓慢升高,逐渐趋于稳定。土壤温度场的变化为:对于管道起点,当热量未传到时,温度会稍有下降,热量传到后,温度升高,然后逐渐稳定;对于管道末端,在热油头到达以后温度才会开始缓慢回升。
　　 ③管道总压力随再启动时间先下降,然后升高,最后逐渐下降趋于平衡。
　　 ④壁面剪切应力在极短的时间里衰减很快,然后再随温度缓慢变化。
　　 ⑤凝油层厚度随再启动的进行基本在不断减小,
　　 ⑥对比原油以不同温度、不同流量进入管道再启动的情况,流量对管道压力和油温的影响较大。
　　 ⑦与不考虑反常点温度以下原油的触变性相比较,考虑触变性时,再启动过程中原油温度稍微偏低,但压力减小很多,随再启动时间的增加,两种情况下求得的管道压力基本趋于一致。