一种气液分离器与节流阀联合消除严重段塞流的系统

1.本实用新型属于石油工程多相流动控制技术领域，具体涉及一种气液分离器与节流阀联合消除严重段塞流的系统。


背景技术：

2.深海油气资源极为丰富，而目前对深海油气资源的开发面临着前所未有的难题和巨大挑战。深海油气开发以其集输管线距离长、管线结构复杂、油气集输环境温度变化剧烈为主要特点。由于集输-立管系统的特殊组成结构，在气液流量相对较低时经常会在管道中产生一种压力压差大幅度周期性变化、气液交替流出立管的不稳定流动现象，称为严重段塞流。当严重段塞流发生时，管线中经常会存在数倍于立管高度的长液塞，由此产生分离器断流和溢流、压力压差剧烈波动引起管线振动、油田减产等不利影响。因此研究长距离、复杂管线结构条件下的严重段塞流流动特性与其在线监控技术，是保障深海油气开发系统安全稳定生产的重要手段，并为我国深海油气资源开发过程提供强有力的技术保障。
3.立管顶部节流是一种常用的消除严重段塞流现象的方法。该方法通过在立管顶部安装节流阀门，根据实际流动情况适当减小节流阀门开度来控制流动过程，从而达到消除严重段塞流现象的目的。该方法操作简便，成本较低，因此是目前使用较为广泛的一种控制方法。不过节流法会造成背压升高，从而带来油田减产等不利影响。
4.自动控制法是指采用工业现场应用最为广泛的pid调节器，通过给定合适的输入参数和控制参数，当测量出实际参数与设定参数发生偏差时，向相应的控制系统输出特定的校正参数来实现控制严重段塞流的过程。该方法适用性强，操作简便，控制效果稳定，技术难点在于控制器参数的整定过程有时候较为复杂。中国实用新型专利第200510042681.9号，实用新型名称为：消除严重段塞流的阀门节流动态控制方法(公开日期：2005年11月23日)公布了一种消除严重段塞流的动态节流控制方法，该方法通过调节立管顶部节流阀的开度，使立管底部压力稳定在期望范围之内。中国实用新型专利第201110216748.1号，实用新型名称为：消除集输-立管系统严重段塞流的实时节流装置及方法(公开日期：2012年4月1日)公布了一种消除集输-立管系统严重段塞流的实时节流装置及方法，该方法以井口平台的下岸压力和fpso的上岸压力作为节流阀阀门的调节依据，通过pid方法来抑制和消除严重段塞流。
5.目前对于严重段塞流的控制消除过程大多采用单一方法：采用立管顶部节流或者稳定气液分离器压力。对两种甚至多种设备联合控制消除严重段塞流的研究较少，忽视了控制设备之间可能存在的协同作用。现在采用的自动控制过程，需要首先用肉眼观察压力信号，确定发生严重段塞流以后才可以进行控制，而严重段塞流一般具有很长的周期，会导致控制开始的时刻明显滞后于严重段塞流产生的时刻，造成控制不及时，最终影响生产效率，甚至会影响到管线安全。


技术实现要素：

6.为了解决上述问题，本实用新型提供了一种气液分离器与节流阀联合消除严重段塞流的系统，能够通过调节节流阀开度和高压气液分离器压力完成严重段塞流的控制消除，可以在消除集输-立管系统严重段塞流的同时，有效减小系统压力，提高油气产量，增强控制的实时性。
7.本实用新型是通过以下技术方案来实现：
8.本实用新型公开了一种集输立管两相流型在线识别方法，包括压差传感器、工控机、第一压力传感器、节流阀、第二压力传感器、排气口控制阀和排液口控制阀；
9.压差传感器和第一压力传感器设在立管顶部，节流阀设在立管出口端，第二压力传感器设在高压气液分离器的入口处，排气口控制阀设在高压气液分离器顶部的排气口处，排液口控制阀设在高压气液分离器底部的的排液口处；压差传感器、第一压力传感器、节流阀、第二压力传感器、排气口控制阀和排液口控制阀均分别与工控机连接。
10.优选地，节流阀与高压气液分离器均通过连接法兰串联在管路中。
11.优选地，节流阀内径与所在管路的内径相等。
12.优选地，节流阀的单次动作幅度为2％～10％。
13.优选地，节流阀的开度范围为开度设定值的
±
15％。
14.优选地，工控机内置有pid控制器，pid控制器与节流阀连接。
15.优选地，压差传感器、第一压力传感器、节流阀、第二压力传感器、排气口控制阀和排液口控制阀通过屏蔽电缆与工控机通信连接。
16.优选地，工控机通过稳压电源供电。
17.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：
18.本实用新型公开的气液分离器与节流阀联合消除严重段塞流的系统，通过压差传感器采集立管顶部的局部压差信号，第一压力传感器采集立管顶部的压力信号，第二压力传感器采集高压气液分离器入口的压力信号，经工控机处理后，通过控制节流阀的开度，调节立管顶部的压力；同时通过控制排气口控制阀和排液口控制阀的开度，调节高压气液分离器的压力，当系统内出现严重段塞流时及时进行消除。其中分离器负责稳定系统压力，节流阀负责控制严重段塞流。相较于单独采用节流或者分离器压力的控制方法，可以在消除集输-立管系统严重段塞流的同时，有效减小系统压力，提高油气产量，增强控制的实时性。
19.进一步地，节流阀通过连接法兰串联在管路中，且节流阀内径与所在管路的内径相等，确保阀门全开时不影响多相流体流动状态。
20.进一步地，节流阀的单次动作幅度为2％～10％，开度范围为开度设定值的
±
15％，避免阀门动作频率过于频繁，动作幅度过大。
21.进一步地，工控机内置有pid控制器，pid控制器与节流阀连接，自动化程度高。
附图说明
22.图1为本实用新型的系统整体结构示意图。
23.图中，1为压差传感器，2为工控机，3为第一压力传感器，4为节流阀，5为第二压力传感器，6为高压气液分离器，7为排气口控制阀，8为排液口控制阀。
具体实施方式
24.下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述，其内容是对本实用新型的解释而不是限定：
25.如图1，本实用新型的气液分离器与节流阀联合消除严重段塞流的系统，包括压差传感器1、工控机2、第一压力传感器3、节流阀4、第二压力传感器5、排气口控制阀7和排液口控制阀8。
26.压差传感器1和第一压力传感器3设在立管顶部，节流阀4设在立管出口端，第二压力传感器5设在高压气液分离器6的入口处，排气口控制阀7设在高压气液分离器6顶部的排气口处，排液口控制阀8设在高压气液分离器6底部的的排液口处；压差传感器1、第一压力传感器3、节流阀4、第二压力传感器5、排气口控制阀7和排液口控制阀8均分别与工控机2连接。
27.在本实用新型的一个较优的实施例中，节流阀4通过连接法兰串联在管路中，且节流阀4内径与所在管路的内径相等。
28.在本实用新型的一个较优的实施例中，节流阀4的单次动作幅度为2％～10％。同时节流阀4的开度范围为开度设定值的
±
15％。
29.在本实用新型的一个较优的实施例中，工控机2内置有pid控制器，pid控制器与节流阀4连接。
30.在本实用新型的一个较优的实施例中，压差传感器1、第一压力传感器3、节流阀4、第二压力传感器5、排气口控制阀7和排液口控制阀8通过屏蔽电缆与工控机2通信连接。
31.在本实用新型的一个较优的实施例中，工控机2通过稳压电源供电
32.采用上述气液分离器与节流阀联合消除严重段塞流的系统进行严重段塞流消除的方法，包括：
33.压差传感器1采集立管顶部的局部压差信号，第一压力传感器3采集立管顶部的压力信号，第二压力传感器5采集高压气液分离器6入口的压力信号，上述信号均传输至工控机2，工控机2内预设有不同流型对应的信号参数值，根据采集到的信号参数对集输-立管系统内的流型进行识别，当流型为严重段塞流时，通过控制节流阀4的开度，调节立管顶部的压力；同时通过控制排气口控制阀7和排液口控制阀8的开度，调节高压气液分离器6的压力，实现严重段塞流的消除。
34.上述采用气液分离器与节流阀联合消除严重段塞流的系统进行严重段塞流消除的方法，可以有效提高控制的自动化程度，同时降低系统压力，提高油气产量。
35.下面以一个具体实施例来对本实用新型进行进一步地解释说明：
36.本实施例的系统，其硬件部分主要包括立管顶部的压差传感器1、工控机2、第一压力传感器3、节流阀4、第二压力传感器5和高压气液分离器6；其中压差传感器1位于立管顶部，工控机2位于实验系统的控制台中，通过屏蔽电缆与上述装置实现信号传递过程，压力传感器包括位于立管顶部的第一压力传感器3和高压气液分离器入口处的第二压力传感器5，节流阀4与高压气液分离器6均通过法兰串联接入集输-立管系统中。节流阀4一般设于集输-立管系统的立管出口端，内径与集输-立管系统内径相同，阀门全开时不影响多相流体流动状态。高压气液分离器6一般位于集输-立管系统末端，包括一个气液进口端和两个出口端，其中排气口控制阀7位于高压气液分离器6顶部，控制气相的流出过程，稳定系统压
力，排液口控制阀8位于高压气液分离器6底部，控制液相的排出过程，调节液位高度。
37.以上所述，仅为本实用新型实施方式中的部分，本实用新型中虽然使用了部分术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了方便的描述和解释本实用新型的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。以上所述仅以实施例来进一步说明本实用新型的内容，以便于更容易理解，但不代表本实用新型的实施方式仅限于此，任何依本实用新型所做的技术延伸或再创造，均受本实用新型的保护。