[发明专利]预测被加压原油所流过管道最大管段长度的方法

摘要

本发明公开了预测被加压原油所流过管道最大管段长度的方法，应用原油保持牛顿流体状态时在管道内流动所产生的回压压强与所流过管道的管段长度一一对应函数关系式，根据给管输原油加压运输的加压装置施加给位于管道内的原油的最大承载压强值，就可确定原油在被加压装置加压而流过管道的最大管段长度。本发明有助于大幅度降低油田地面基础建设投资、伴生气消耗和热能损耗，节约地面建设投资、提高油田现场安全作业系数，以最低原油集输成本有效保障集输作业的安全。

主权项

一种预测被加压原油所流过管道最大管段长度的方法，其步骤特征依次为：A、对待通过管道输送的原油进行采样，以确定呈现牛顿流体状态的原油在不同剪切速率和不同压力条件下的粘度与温度的函数关系式：n＝a+b·t+f·t2，变量n为原油粘度，变量t为原油温度,算出拟合常数a、b、f,并确定呈现非牛顿流体状态的原油在不同剪切速率和不同压力条件下的应力与温度的函数关系式：τ＝a′+b′·t+f′·t2，变量τ为应力,变量t为原油温度，算出拟合常数a′、b′、f′；测定原油从牛顿流体转变为非牛顿流体时的反常温度值TF和凝固时的凝固温度值TN；根据苏霍夫温降公式分别将已获知的TF和测得的位于管道起点初始进油口处的原油温度TQ代入苏霍夫温降公式，使TF替代TL并使TQ替代TR，以计算出与TF对应的原油所流过管道的第一过流管段长度值L1，将已获知的TN代入苏霍夫温降公式，使TN替代TL并使TQ替代TR，以计算出与TN对应的原油所流过管道的总过流管段长度值LZ，分别将已获知的TN和TF代入苏霍夫温降公式，使TN替代TL并使TF替代TR，以计算出第二过流管段长度值L2，或计算总过流管段长度值LZ与第一过流管段长度值L1相减而得到的差值绝对值即为第二过流管段长度值L2＝LZ‑L1，L1为由位于管道之外的加压装置加压且温度为TQ的原油随着其自身仅以牛顿流体状态从管道起点开始经管道连续流动而降温至TF时所流过管道的管段长度值，LZ为由位于管道之外的加压装置加压且温度为TQ的原油随着其自身在管道内连续流动而降温至TN时所流过管道的管段长度值，L2为由位于管道之外的加压装置通过经第一过流管段仅以牛顿流体状态流动的原油加压且温度为TF的原油在第二过流管段内随着其自身仅以非牛顿流体状态从第一过流管段末端流动而降温至TN时所流过管道的管段长度值，变量TL为原油流过的管段长度达到L时的温度‑单位：℃，T0为可获知的位于管道外侧周围介质的温度‑单位：℃，TR为可获知的原油位于管道初始管口时的温度‑单位：℃，K为可获知的总传热系数‑单位：W/(m2·℃)，π为圆周率，Dw为可获知的管道的外直径，变量L为原油流过管道的管段长度，G为可获知的原油质量流量‑单位：Kg/s，C为可获知的原油比热容‑单位：J/Kg·℃，exp为以自然对数e为底的指数函数；B、当原油以牛顿流体经管道被加压输送时，原油保持牛顿流体状态时在管道内流动所产生的回压压强与所流过管道的管段长度一一对应的P‑L函数关系式①为：ΔP1=32uDn2{(a+bT0+fT02)L-1XDw(bΔT1+2fT0ΔT1)[exp(-XDwL)-1]-12XDwfΔT12[exp(-2XDwL)-1]}]]>在P‑L函数关系式①当中，变量ΔP1为原油流过管道的管段长度达到L时所对应产生的回压压强，u为可获知的原油流动速度‑单位：m/s，Dn为可获知的管道内直径‑单位：m，a、b、f为拟合常数，T0为可获知的位于管道周围的介质温度‑单位：℃，变量L为原油流过管道的管段长度‑单位：m，K为可获知的总传热系数‑单位：W/(m2·℃)，π为圆周率，G为可获知的原油质量流量‑单位：Kg/s，C为可获知的原油比热容‑单位：J/(Kg·℃)，Dw为可获知的管道外直径‑单位：m，ΔT1＝TR‑T0，TR为可获知的位于管道起点初始进油管口的原油的温度‑单位：℃，exp为以自然对数e为底的指数函数；当原油以非牛顿流体经管道被加压输送时，原油保持非牛顿流体状态时在管道内流动所产生的回压压强与所流过管道的管段长度一一对应的P‑L函数关系式②为：ΔP2=2Rn{(a′+b′T0+f′T02)L-1XDw(b′ΔT2+2f′T0ΔT2)[exp(-XDwL)-1]-12XDwf′ΔT22[exp(-2XDwL)-1]}]]>在P‑L函数关系式②当中，变量ΔP2为原油流过管道的管段长度达到L时所对应产生的回压压强，Rn为可获知的管道内半径‑单位：m，a′、b′、f′为拟合常数，T0为可获知的位于管道周围的介质温度‑单位：℃，变量L为原油流过管道的管段长度‑单位：m，K为可获知的总传热系数‑单位：W/(m2·℃)，π为圆周率，G为可获知的原油质量流量‑单位：Kg/s，C为可获知的原油比热容‑单位：J/(Kg·℃)，Dw为可获知的管道外直径‑单位：m，ΔT2＝TR‑T0，TR为可获知的位于管道起点初始进油管口的原油的温度‑单位：℃，exp为以自然对数e为底的指数函数；将第一过流管段长度值L1和测得的被加压且位于管道起点初始进油口处的原油温度TQ代入P‑L函数关系式①当中,以使L1替代L并使TQ替代TR，尝试算出被加压且位于第一过流管段内的原油流过管道的管段长度达到L1时而产生的回压压强ΔPx1，比较ΔPx1与施加给位于管道内的原油的最大承载压强值Pmax的大小，若Pmax＜ΔPx1，舍弃已算出的ΔPx1，将Pmax代入P‑L函数关系式①当中以替代ΔP1，最终算出被加压的原油实际流过管道的最长管段长度值Lmax；若Pmax≥ΔPx1，算出ΔPx2＝(Pmax‑ΔPx1)，再将ΔPx2和TF代入P‑L函数关系式②，以使ΔPx2替代ΔP2并使TF替代TR，算出被加压且位于第二过流管段内的原油从第一过流管段末端开始流动而流过管道的管段长度值Lx，Lx≤L2，再最终算出原油实际流过管道的最长管段长度值Lmax＝(L1+Lx)。