段塞流捕集器
1.段塞流
多相流動中會產(chǎn)生段塞流。 尤其在天然氣的開采過程中， 因為清管、加入新井和井組等，管路隨地形起伏，氣液流動的參數(shù)變化會等等都有可能產(chǎn)生嚴重段塞流。 下圖是典型的因為管道結構（起伏）引起的段塞流。 其表現(xiàn)為突然的大幅流量波動， 壓力波動。給油氣田生產(chǎn)設備正常操作造成影響（通常的分離器按照穩(wěn)定流量和操作條件設計）。 圖1（a）是段塞流的一種產(chǎn)生方式，圖1（b）給出了管道壓力隨段塞流而波動的情況。 圖1(c)是用多相流量計測得的沙特一油田管道的瞬時氣液流量變化， 明顯， 此管道處于段塞流條件下。
圖1， 段塞流產(chǎn)生及影響。 圖左部的（a）圖表示因為管道升高，管道的底部產(chǎn)生積液，液體越積越多， 堵塞管道，氣體無法流通。隨著氣體的壓縮，壓力的增加，直至到達臨界，推動液體高速運動。 圖右邊的（b）表示了管道壓力隨著時間的變化。從積液到吹通，壓力從0.2bar左右增加到1.2bar左右。
圖1（c），段塞流條件下的流量隨時間變化（威瑞泰默賽多相流量計數(shù)據(jù)）。
2.段塞流對于油氣田地面處理設施的影響
嚴重段塞流造成的大幅壓力與流量波動會干擾生產(chǎn)分離設備，嚴重時無法實現(xiàn)正常的分離功能以及對設備或管道造成損傷。以此， 需要對于嚴重的段塞流進行處理。 減小其對于生產(chǎn)分離系統(tǒng)的沖擊， 保證系統(tǒng)正常運行。
3.處理段塞流的方法
段塞流處理的目的是降低嚴重段塞流引起的壓力與流量的大幅波動， 給下游設備提供比較均勻的壓力與流量。 通常的處理方法有： 容器式， 管道式（指式）， 管道與容器的組合。容積式一般應用于段塞小于100立方米以及低壓的情況。高壓和大段塞時， 用管道式更加經(jīng)濟。 隨后的內容給出了幾個典型的處理方法及圖片。
圖2和圖3是管道上段塞流捕集與柱狀旋流分離器的組合。 此種組合體積小， 結構簡單，可以代替大部分容積式段塞流捕集器。 成功應用案例有幾十個以上。
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圖3，中海油平臺上的管道式段塞流捕集器（GLCC），威瑞泰默賽 |
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圖4是容積式段塞流捕集器。 其體積大， 成本高，但比GLCC管道式的儲存容積大。 在低壓和對于儲存有要求的應用， 比較合適。
圖4，容器式段塞流捕集器
圖5與圖6是管道式與容器式的組合。 利用管道式高能分離器GLCC實現(xiàn)緩沖與氣液分離， 利用容器實現(xiàn)儲存與油水分離。 對于高壓的應用優(yōu)勢非常明顯。
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圖5，管道與容器組合式 |
圖6. 管道與容器組合式應用，威瑞泰默賽 |
圖7，指式（管道式）段塞流捕集器（TFG）
GLCC和GLCC與容器的組合式，相較于傳統(tǒng)的容器式， 體積小， 成本低， 可以保障系統(tǒng)穩(wěn)定運行，得到了廣泛的應用與好評。
指式段塞流捕集器相對于容器式段塞流捕集器成本低， 在大段塞流量， 高壓的應用場合得到廣泛的應用。
4.指式段塞流捕集器流動結構設計
常規(guī)分離器的設計方法通過多年的迭代，已經(jīng)很成熟。 此方法沒法延伸到指式段塞流捕集器的設計， 因為指式段塞流捕集器的工作流型流態(tài)區(qū)域與常規(guī)分離器大不相同。 指式段塞流捕集器依靠相同直徑的、微傾斜的、平行管道來實現(xiàn)分離。 即使是在stokes分離區(qū)域，也需要不同的修正公式。同時，由于段塞流捕集器的主要功能是分離嚴重段塞流條件下的氣液，此時的流動狀態(tài)是非穩(wěn)態(tài)的， 這點在結構設計也需要考慮。 綜合起來， 指式段塞流設計要點有：
（1）非穩(wěn)態(tài)，預測的極端段塞流的特點，化范圍；
（2）非穩(wěn)態(tài)條件下的設計計算方法；
（3）非穩(wěn)態(tài)條件下的結構設計。
傳統(tǒng)上， 指式段塞流捕集器的設計以經(jīng)驗為主。 目前，逐漸變成為依靠多相流分析，非穩(wěn)態(tài)多相流模擬等手段結合的綜合的設計方法。目的是避免過度設計， 降低建造成本。 因為是管道式分離與緩沖，從入口到各個分支管路都要進行仔細分析與設計、模擬。綜合起來， 有下列要素：
（1）入口段一次分布設計；
（2）入口段分布管匯設計（減小偏流）；
（3）段塞流（氣液）分離區(qū)（粗分離， 保障氣體分離區(qū)）設計；
（4）氣體分離區(qū)設計；
（5）油水分離區(qū)設計。
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