集输管网课程设计

东北石油大学课程设计

课程

题目

院系

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学生姓名

学生学号

指导教师

2013年3月15日

目录

一、课程设计的基本任务

（一）设计的目的意义

油气集输系统是将油田油井生产的油气产物加以收集、处理直至输送到用户的全过程的主体体现。油气集输流程是油气集输处理系统的中心环节，是油、气在油田内部流向的总说明。油气集输流程可分为集油、脱水、稳定和储运四个工艺段，其中集油部分是将分井计量后的油气水混合物汇集送到油气水分离站场，该部分是油田地面生产的投资大户与耗能大户，选择合理的集油工艺流程可为整个油气集输处理系统的节能、低耗和高效益打下坚实的基础。

油气集输集油管网一般包括井口至计量站及计量站至转油站的管线。其工艺设计应解决下列问题：确定输油能力、输送工艺、敷设方式、管线埋深、初步设计与施工图设计。其中确定输油能力是最重要的环节，是指根据要求的输油量及其他已知条件，确定管径。管线的管径直接影响管线的建造费用和经营成本。一般加大管径可使介质输送压力降低而减少动力消耗，对于热输管线来说可增大散热，但从总效应来看，虽使运营费用降低了，但管材消耗增多，建造费用高。因此，合理选择管径，使管线具有经济、合理的输油能力，具有重要的现实意义。

本次课程设计的目的是，通过油气集输集油管网的工艺设计，了解油气集输管线的作用及分类，管线设计的一般问题；掌握油气集输管线工艺设计的方法、热力计算及水力计算；熟悉油气集输管网工艺设计的过程；熟悉油井产量、油品物性、运行参数、管线保温方式等已知条件的确定；利用PIPEPHASE软件，计算出管网设计得出的各段集输管线的管径，并对温降与压降的主要影响因素进行分析。

（二）设计任务

1．基础数据

（1）物性参数

ρ

油=865.4 kg/m3；ρ

气

=0.86 kg/m3；

ρ

水

=1000 kg/m3。

（2）单井参数（见附表）

比容：0.45～0.5 kcal/ kg℃；

油品黏度：7.9cp(50℃)，9.9 cp(20℃)。（3）单井管线

长度：200～500米（自己在井位图中测量并按照比例尺计算出实际长度）；

传热系数：1.38W/ m2℃。

（4）管径系列(mm)

φ48×3.5，φ60×3.5，φ76×4.5，φ89×4.5，φ114×4.5，φ159×6，φ219×6，φ273×7。

（5）环境温度

t0=-8℃

2. 设计任务

大庆油田某区块有40口油井，一个转油站。各油井基础数据见附表，集输管网如图所示。现拟在该区块设计4~5个计量间，请据已知条件完成管网设计。097班设计单管环状掺水流程。

二、油气集输管网的设计方法

（一）油气集输管网的常见流程

油气集输流程是油田地面工程的中心环节。采用什么样的流程，主要取决于各油田地质条件、油井产量、原油的物理性质、自然条件以及国民经济和科学技术的发展水平等。国内外油气集输流程的发展趋势基本是小站计量，大站集中处理，密闭输送，充分利用天然资源。总的有两种流程：高凝、高粘原油的加热输送流程，单管或双管不加热密闭混输流程。

1．单管热输流程

在井场设加热炉提高油井流温度后，沿出油管线流入计量站。被计量油井井流先经加热后进入计量分离器，在分离器内分成气、液两相并在计量后重新汇合。不计量的油井井流在计量站管汇处混合后，经加热并和计量油井井流混合送往下游。

（1）流程优点：

1）井口设水套炉，除用来加热井口原油外，还可用于热油循环清蜡；

2）节省管道投资；

3）计量站设备规模小;对不同类型油品的适用范围广。

（2）流程缺点：

1）停井或作业期间管道易堵塞；

2）加热炉分散，管理难度大；

3）能耗高；

4）对于无气或少气的油井，需敷设供气管道。

2．单管冷输流程

在出油、集油、输油管线中输送油气水混合物、含水原油和出矿原油，以及在集气、输气管线中输送未经处理和出矿天然气时，采用不需加热的连续输送工艺，一般适用于稀油油田开采初期及中期，辽河油田稀油区块应用较多。

（1）流程优点：

1）流程简单，节省投资，施工速度快，投产见效早；

2）计量站流程简单，设备小。

（2）流程缺点：

1）对油品要求条件高；

2）井口回压高。

3．双管掺活性水流程

油气水三相分离器分出的油井采出水在供热站加热、增压后通过单独的管线送至计量站，经计量站阀组分配、输送到各井井口。热水由井口掺入油井出油管线。热水提高井流温度、降低液相粘度的同时也增加了出油管线的出量。从井口到计量站有两条管线，一条是出油管线，一条是热水管线，属双管流程。

（1）流程优点：

1）对集输困难的油井适应性强；

2）投产容易，停产简单，管理方便，生产安全；

3）不设加热炉，能耗低；

4）井口流程简单，易实现油井集中控制和自动化；

5）井口回压低。

（1）流程缺点：

1）各井掺水量不易控制；

2）计量工艺复杂。

4．双管掺稀油流程

油气水三相分离器分出的油井采出热油在供热站加热、增压后通过单独的管线送至计量站，经计量站阀组分配、输送到各井井口。热油由井口掺入油井出油管线。热水提高井流温度、降低液相粘度的同时也增加了出油管线的出量。从井口到计量站有两条管线，一条是出油管线，一条是热油管线，属双管流程。

（1）流程优点：

1）对集输困难的油井适应性强；

2）投产容易，停产简单，管理方便，生产安全；

3）不设加热炉，能耗低；

4）井口流程简单，易实现油井集中控制和自动化；

5）井口回压低。

（2）流程缺点：

1）各井掺水量不易控制；

2）计量工艺复杂。

5．三管伴热流程

这种流程与掺热水流程相似，热水从供热站通过单独的管道，增压后送到计量站，再经阀组分配输送到井口。从井口返回时热水并不掺入集油管线中，回水管道与集油管线保温在一起，一直伴随到计量站进而到接转站，利用两管之间的换热，达到安全集油的目的。

（1）流程优点：

1）对集输困难的油井适应性强；

2）井场简化、集中计量、集中管理，便于实现油井集中管理及自动化；

3）停井和作业方便，不会堵塞管道；

4）比掺液流程计量简单。

（2）流程缺点：

1）投资大；

2）运行费用高；

3）受伴热系统限制，油井集输半径短。

（二）单管流程油气集输管网的设计步骤

1．油气集输系统任务

由油气集输工艺流程中物流流经的装置、设备、管网等构成的流程网络。从井口收集油井产出液（油、气、水），并把它们输送到计量站、接转站、集中处理站进行计量、分离、净化等工作，最后输送到油库用于原油外输。

2. 单管流程油气集输管网的设计步骤

（1）根据油井的数量估算出所需计量间个数。

（2）根据油井分布采取就近和互不交叉原则，在图纸上画出转油站和计量间的大致位置。

（3）适当调整计量间位置，尽量确保管线长度在200至500m之间。

（4）将设计完的管网在PIPEPHASE中建模，适当调整掺水率和管径以确保温度和压力在规定范围内。

三、油气混输管线的工艺计算公式

（一）热力计算公式

1. 舒霍夫公式的推导：

设管路的起、终点油温分别为和。周围i介质的自然温度为（℃），距管路起点1米处油温将为℃，在该处向前长为的管段内原油温度降低了℃。原油的质量流量为(公斤/秒)，比热为[焦耳/(公斤·℃)]。原油与周围介质温差1℃下每秒时间内原油经1平方米管路外表面积向周围介质散失的热量为焦耳，在稳定传热过程中，如不考虑油流的摩擦热，则管段的热平衡关系为：

(3-1)

称为油流至周围介质的总传热系数，设为常数，原油流经长为的管段后温度降为则

(3-2)

ln(3-3)

式中：t1，t2——管线起终点温度，℃；

t0——周围介质的自然温度，℃；

K ——油流至周围介质的总传热系数，W/(m2·℃)；

C ——介质热容，J/kg·℃；

G m——介质质量流量，kg/s；

D ——管道外径，m。

2. 传热系数K的经验值(大庆油田)

（1）埋地沥青绝缘管：3.4W/(m2·℃) 或3kcal/(m2·h·℃)；

（2）埋地泡沫塑料保温管： 1.51～1.86W/(m2·℃) 或1.3～1.6kcal/( m2·h·℃)；

（3）泡沫黄夹克保温：0.9～1.1kcal/( m2·h·℃)；

3. 井口出油温度：

(3-4)

式中：w——含水率；

G——单井产液量，t/d；

A=2.24，B=5.3，C=0.0673，D=23.3。

（二）水力计算公式

(3-5)

(3-6)

式中：p1，p2 ——管线起终点压力，MPa；

△p ——起终点压降，MPa；

P ——管线平均压力，MPa；

η0——气油（液）比，m3/t；

G ——液相质量流量，t/d；

L ——管线长度，km；

d ——管线内径，m。

(3-7)

式中：G m——油气混合物的质量流量，kg/s；

d ——管线内经，m；

L ——管线长度，m。

(3-8)

式中：——气、油质量比，kg/kg；

—— 20o C下空气的密度，kg/m3；

——原油密度，kg/m3。

1. 对于高粘原油的油气混输计算公式：

(3-9)

式中：p1，p2——管线起、终点压力（绝对），Mpa；

μ——气液混合物粘度，Pa·s；

Z ——气体压缩系数；