深水流动安全保障技术

　　本书主要介绍了深水流动安全流动保障的实验系统、关键技术、工艺流程和研究进展。全书分为10章，首先对比了国内外流动安全保障技术研究现状，指明了我国今后的发展方向；接着主要介绍了国内外流动安全实验系统建设运行情况，深水多相混输系统流动安全工程设计及相关软件的开发；然后分别介绍了深水流动安全流动保障中的段塞预测技术、蜡沉积预测技术和水合物防控技术，以及流动安全处理设备及工艺，防腐工艺及进展；最后主要介绍了流动安全监测技术，并给出作者对相关技术的展望及建议。通过阅读本书，技术人员可以了解深水流动安全保障中的各类关键防控措施及相应工艺流程，并有助于在工程设计和现场作业中解决实际生产中的问题。

　　丛书主编曾恒一，中国工程院院士，主持设计我国代自升式钻井平台，获首届国家科技进步二等奖；主持设计我国艘新型单点系泊浮式生产储油船，获国家科技进步一等奖；主持我国艘，也是世界的第六代、3000米水深半潜式钻井平台——“海洋石油981”的前期研究与概念设计，获国家科技进步特等奖集体奖。主持国家科技重大专项“海洋深水油气田开发工程技术”项目。获“中国工程设计大师”称号。主编李清平，中国海油资深专家，第四届中国青年科技协会委员，2006年百千万人才工程人选，2011年全国三八红旗手，国务院政府特殊津贴专家。主要从事流动安全保障等领域海洋工程技术的研究工作，获省部级科技进步奖10余项。作为“十一五”“十二五”“十三五”国家科技重大专项“深水流动安全保障技术”的课题组长，其课题研究成果成功应用于中国海油在南海荔湾3-1气田群、流花油田群和陵水深水气田群油气田开发工程项目。

第1章绪论1
1.1深水流动安全保障技术研究概况3
1.1.1深水流动安全保障技术研究目标和计划3
1.1.2深水流动安全保障技术研究方向6
1.2国外深水流动安全保障技术研究进展7
1.2.1水合物预测和防控技术研究进展8
1.2.2蜡沉积预测和防控技术研究进展9
1.2.3混输体系段塞预测及控制技术研究进展11
1.2.4深水油气田流动监测技术研究进展12
1.2.5深水多相流动态腐蚀研究进展13
1.2.6水下油气水处理技术研究进展14
1.2.7多相流试验系统研究进展14
1.3我国深水流动安全保障技术研究进展15
1.3.1深水流动安全保障技术攻关目标16
1.3.2本课题主要研究成果17
1.3.3课题研究的作用及研究趋势18
1.3.4今后研究方向20
第2章流动安全实验系统及实验技术21
2.1流动安全实验系统概述23
2.2水合物实验技术25
2.2.1挪威高压轮型环管25
2.2.2NTNU环路26
2.2.3法国IFPlyre环路27
2.2.4中国石油大学（北京）实验环路27
2.2.5法国阿基米德环路27
2.2.6美国埃克森美孚公司环路28
2.2.7中国科学院广州能源研究所水合物环路29
2.2.8美国塔尔萨大学FAL环路30
2.2.9澳大利亚Hytra环路31
2.2.10中国海油中国石油大学（北京）水合物实验环路31
2.2.11中国海油西南石油大学水合物固态流化开采实验环路32
2.2.12各实验环路对比33
2.3蜡沉积环路实验技术34
2.3.1美国塔尔萨大学多相流研究中心气液两相流蜡沉积实验装置34
2.3.2法国IFPlyre蜡沉积实验环路35
2.3.3荷兰壳牌公司多相蜡沉积环路35
2.3.4加拿大卡尔加里大学实验装置35
2.3.5美国俄亥俄大学实验装置36
2.3.6挪威泰勒马克大学蜡沉积实验装置37
2.3.7荷兰代尔夫特理工大学实验装置37
2.3.8挪威生命科学大学蜡沉积实验装置38
2.3.9中国石油大学（北京）蜡沉积实验装置39
2.4段塞流实验技术39
2.4.1美国塔尔萨大学L型立管段塞实验装置40
2.4.2挪威科技大学实验平台40
2.4.3英国克兰菲尔德大学实验平台41
2.4.4阿姆斯特丹壳牌石油研究与技术中心实验平台41
2.4.5中国石油大学实验平台41
2.4.6SINTEF多相流实验平台42
2.4.7中国海油西安交通大学多相流实验平台43
2.4.8多相流实验系统对比44
2.5多相流腐蚀实验技术45
2.5.1美国俄亥俄大学腐蚀测试环路与实验装置46
2.5.2美国塔尔萨大学三相环路49
2.5.3IFE实验环路50
2.5.4美国Cortest公司实验环路50
2.5.5英国南安普顿大学实验环路51
2.5.6挪威科技大学实验环路51
2.5.7中国石油CFL1型动态腐蚀实验环路装置52
2.5.8中国海油北京科技大学气液两相环路实验装置53
2.5.9中国海油研制的多相流动态环路腐蚀评价装置53
2.5.10中国海油研制的深水多相流动态腐蚀评价系统54
第3章深水多相混输系统流动安全工程设计57
3.1设计规范和标准59
3.2流动安全设计所需基础数据60
3.3海底多相流混输管道的流动安全设计技术60
3.3.1流型预测62
3.3.2压降计算62
3.3.3设计目的和设计余量63
3.4常用流动安全设计软件64
3.5自主研制的多相管流模拟分析软件TPCOMP 1.068
3.5.1软件开发背景68
3.5.2软件主要功能69
3.5.3稳态计算模块的改进69
3.5.4瞬态计算模块的改进75
3.6工程应用81
3.6.1荔湾气田群开发82
3.6.2陵水172气田开发82
3.6.3流花深水油田群开发84
第4章多相流动规律及段塞预测和控制技术87
4.1两相及多相流流型研究现状89
4.1.1垂直上升管中流型的研究现状89
4.1.2垂直下降管中的气液两相流流型91
4.1.3水平/微下倾管中的多相流流型93
4.1.4流型转变机理与模型的研究现状94
4.2段塞流理论、模型及预测技术97
4.2.1段塞流成因及其危害98
4.2.2段塞机理研究现状99
4.2.3段塞流理论预测模型研究现状105
4.3段塞流控制技术114
4.3.1段塞流控制技术简介114
4.3.2立管顶部智能节流段塞控制技术119
4.3.3高效紧凑型分离器段塞控制技术122
4.3.4射流清管段塞控制技术124第5章多相蜡沉积规律及预测技术129
5.1蜡沉积机理及其影响因素132
5.1.1蜡沉积机理132
5.1.2蜡沉积的影响因素134
5.2蜡沉积预测模型135
5.2.1单相蜡沉积模型135
5.2.2油水两相蜡沉积模型142
5.2.3油气两相蜡沉积模型147
5.3蜡沉积测试方法153
5.3.1偏光显微镜法154
5.3.2冷指法154
5.3.3差示扫描量热法155
5.3.4黏度法155
5.3.5环路法155
第6章管道内水合物防控技术157
6.1水合物的结构与类型159
6.2天然气体系中水合物堵塞的机理160
6.3水合物生成预测方法163
6.4海底油气混输管道水合物控制164
6.4.1机械控制164
6.4.2热法控制164
6.4.3热力学抑制167
6.4.4低剂量水合物抑制168
6.5海底油气混输管道水合物堵塞解堵169
6.5.1水合物堵塞形成预警169
6.5.2水合物堵塞解堵174
第7章流动安全处理设备及工艺179
7.1水下增压技术181
7.1.1水下增压系统典型工艺流程182
7.1.2水下增压设备的分类及技术特点182
7.2水下分离技术189
7.2.1水下分离器的功能和安装位置189
7.2.2水下分离器的分类190
7.2.3水下分离器的设计标准及分析198
7.2.4水下分离器设计的影响因素203
7.2.5水下分离器的应用工程案例204
7.3水下气液旋流分离器缩尺样机研制207
7.3.1水下气液旋流分离器总体技术要求207
7.3.2水下气液旋流分离器设计参数208
7.3.3水下气液旋流分离器系统组成208
7.3.4工艺方案描述208
7.3.5水下气液旋流分离器结构设计209
7.3.6水下气液旋流分离器控制系统设计212
7.3.7水下气液旋流分离器防腐设计213
7.3.8水下气液旋流分离器缩尺样机的测试215
第8章海底管道多相流腐蚀与控制研究进展219
8.1深水油气管道的主要多相流腐蚀类型221
8.1.1湿气冷凝造成的管道顶部腐蚀221
8.1.2高气相流速下的腐蚀与缓蚀剂有效性224
8.1.3油水两相层流工况下的腐蚀与缓蚀剂有效性228
8.2深水油气管道多相流腐蚀研究方法229
8.2.1多相流管道腐蚀监测方法229
8.2.2实验室多相流腐蚀模拟方法229
8.2.3多相流腐蚀关键参数监测方法230
8.2.4流体力学模拟231
8.3深水海底管道多相流腐蚀规律研究进展232
8.3.1流态的影响232
8.3.2流速及壁面剪切力的影响233
8.3.3油水比或含水率的影响233
8.3.4湿气冷凝的影响235
8.3.5固相颗粒的影响237
8.4海底管道多相流腐蚀工况下的缓蚀剂应用238
8.5国内海底管道多相流腐蚀与控制研究进展240
第9章深水流动安全监测技术241
9.1流动监测技术简介243
9.2流量监测虚拟计量技术245
9.3泄漏监测技术249
9.4堵塞监测技术及系统研发253
9.4.1堵塞监测技术及常见方法253
9.4.2堵塞监测系统研发及测试255
第10章技术展望及建议259
10.1基本认识与应用成效261
10.2问题和挑战264
10.3发展方向思考与建议266
参考文献270