热油管道再启动工程解法及关键问题研究

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热含蜡原油管道停输后,油品温度下降,原油流动性恶化,管道再启动困难。为获取适用于现场实际管道再启动的工程解法,本文采用数值计算、室内及现场实验结合的方法,对管道停输温降、管道临界启动流量恢复规律、管道启动置换过程中土壤温度场恢复对启动流量的影响开展深入研究。简化埋地热油管道停输温降计算模型,管内原油采用均一化处理,忽略径向油温差异。引入滞流点将原油温降过程分为纯自然对流换热和纯导热过程,采用CVM数值解法对简化模型进行求解。设计制作无线土壤温度采集仪,测试现场实际管道稳态运行期间、不同大气温度条件下土壤温度场,验证简化传热模型计算的土壤温度;采用李才等人管道停输实验中原油温降数据对简化模型计算的原油温度进行验证。从工程应用角度而言,对于埋地保温管道,简化传热模型在油温计算略显保守但安全的前提下,为管道一维再启动模型的建立奠定基础,对于获取管道再启动问题的工程解法意义重大。对现有原油流变模型进行归纳总结,分别为表征材料应力松弛特性的类Jeffreys模型,屈服蠕变特性的类Kelvin模型,以及纯粘性模型。开展室内环道恒压力启动实验,验证了管道临界启动过程流量恢复阶段原油可视为不可压缩流体;建立圆管内二维非稳态流动模型与一维流动模型,采用数值解法分别计算恒压力边界条件下不同粘弹性、管径及启动压力条件下无量纲流量。研究表明,对于临界启动工况,无量纲流量越趋向于1,因此径向速度差异对启动流量的影响可以忽略。基于三种原油流变模型,建立管道一维不可压缩再启动模型,开展管道再启动流量恢复数值模拟,探究流变模型对管道临界启动流量计算的影响机理,并对流量差异进行深入分析。建立埋地热油管道再启动冷热油置换流动模型,充分考虑置换阶段原油与低温土壤之间换热的影响。研究发现,管道长时间停输后,全线油温较低。当管道再启动,末端凝油开始屈服流动后,强化管内原油散热,油品粘度上升,输送阻力增大。在最大启动能力下,流量长期处于较低水平,最终启动失败。因此,管道再启动流量恢复阶段原油与低温环境换热可能导致管道流动恶化,引发二次“凝管”事故。
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