海底管线泄漏应急抽油控制技术研究

论文摘要

海底油气管道被喻为油气田的生命线。海底管道安全、可靠运行是海上油气田生产的根本保证。随着海洋石油资源开采和石油长距离运输需求的不断增加,海底石油管线铺设长度增长迅速,管道泄漏事故不断增多。海上溢油事故对海洋生态环境安全造成了严重威胁。国内外针对溢油泄漏事故技术的研究主要集中于对管线的监控和定位检测,以及事故后泄漏原油的回收利用。然而,泄漏检测技术只能为应急措施的快速响应提供前提条件;而溢油回收与处理技术,仅局限于对已泄漏油品进行溢油拦截和回收,以降低事故对近海地区造成的影响。事实上,在泄漏事故发生之后,即使运输管道停止工作,管道中的油品仍有可能继续向海洋中扩散,从而增加泄漏污染的程度和范围,造成更加严重的生态破坏和环境影响,同时也加剧了后期溢油回收与环境修复的难度和费用。现有的各种技术及方法仍然不能解决管道中大量原油进一步泄漏的问题。本研究开展了海底管线泄漏应急抽油控制技术研究,提出在海底管线的近岸端设置负压抽油泵以在管道泄漏事故后控制油品进一步泄漏的设想,并采用物理模型试验与数值模拟相结合的方法,针对我国杭州湾“甬—沪—宁”海底输油管线的实际运行情况开展研究。物理模型以“甬—沪—宁”三条并行海底管线中的一条为原型,按照雷诺数相似准则进行比尺设计。通过物理模型系统,开展了管道系统在不同运行条件和负压泵抽油控制措施下的溢油过程模拟试验。同时,建立了整个管道输油和抽油系统的数值模型,用以模拟发生泄漏事故后开启泵抽油系统时管道内的流体特性。物理模型试验结果与数值模拟分析结果论证了提出的海底管线泄漏应急抽油控制技术的可行性,并进一步探讨了不同运行控制方式下,管道泄漏口处油品泄漏量的变化及管道破裂口的油品运动特征。利用建立的数学模型,优选了负压抽油泵的型号及特性参数,为生产实践提供必要的工程设计参数,同时提出具体的工程建议。建议进一步开展抽油泵控制效果与原油管道管径、材料、原油特性之间的响应关系研究,为各类海底管道输油系统服务。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 油品管道运输发展现状
• 1.2 管道泄漏的检测与监控
• 1.2.1 直接检测方法
• 1.2.2 传感器响应监测法
• 1.2.3 数学模拟方法
• 1.2.4 人工智能神经网络
• 1.3 管道溢油的回收和处理
• 1.3.1 物理法
• 1.3.2 化学法
• 1.3.3 生物法
• 1.4 本章小结
• 第2章 研究背景
• 2.1 杭州湾海底原油管线
• 2.2 研究任务
• 第3章 原油管道泄漏泵抽油模型试验设计
• 3.1 物理模型试验目的
• 3.2 模型总体结构
• 3.3 基本设计原理及模型参数
• 3.3.1 基本设计原理
• 3.3.2 具体参数计算
• 3.3.3 模型装置及设备
• 3.4 试验步骤设计
• 3.4.1 原油水力损失系数试验
• 3.4.2 原油泄漏抽油泵控制试验步骤
• 第4章 泵抽油模型试验
• 4.1 原油粘度
• 4.1.1 罐装原油原始粘度测量
• 4.1.2 原油水力特性试验
• 4.2 试验现象及数据
• 4.2.1 输油泵停止后开启泄漏阀
• 4.2.2 泄漏后仅关闭输油泵和总控阀门
• 4.2.3 启动抽油泵
• 4.2.4 抽油泵小流量工作状况下原油的泄漏现象
• 4.3 本章小结
• 第5章 抽油泵溢油控制数学模型
• 5.1 单一管道的特征线计算模型
• 5.2 阀门边界计算模型
• 5.3 泵边界计算模型
• 5.4 系统初值计算模型
• 第6章 泵抽油过程的数值模拟
• 6.1 计算采用核算公式
• 6.2 杭州湾原油管线岸两端抽油泵选型计算
• 6.2.1 第一种选型泵
• 6.2.2 第二种选型泵
• 6.3 本章结论
• 第7章 总结及展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果