新疆油田超临界二氧化碳管道投产置换过程温压及相变特性

摘要

鉴于CO₂的相特性，超临界CO₂管道投产置换过程与原油、天然气管道存在显著差异。采用OLGA软件对新疆油田某超临界CO₂管道示范工程的投产置换过程进行了模拟，得到投产过程中压力、温度、密度、相态转变等参数变化规律。研究了初始背压大小、首站充注各相态CO₂质量流量、环境温度的变化对置换投产过程中置换时间、温度、压力、相态转化过程、CO₂用量的影响。研究结果表明，在液相CO₂充注阶段，气相CO₂不断被顶挤，在憋压作用下气相CO₂分子热运动加剧，导致在压力升高的同时温度也升高，后段管段流体由气相直接转变为超临界相；增加各相态CO₂充注质量流量可缩短置换时间，为控制管道最高温度不超过50℃，液相CO₂的充注流速不能超过0.5 m/s；环境温度的升高会极大提高液化压力，同时大部分管段流体较容易从气相直接转变为超临界相，不利于相态控制，不推荐在夏季进行投产。为方便投产方案评价，提出了安全指标（管道温度）、效率指标（投产用时）、经济指标（CO₂用量）三大指标，其中安全指标需优先满足。研究成果可为超临界CO₂输送管道投产方案的制定提供参考。

关键词

超临界CO₂ / 管道输送 / 投产 / 置换 / 相态控制 / CCUS

基金资助

新疆维吾尔自治区自然科学基金资助项目“二氧化碳管道停输再启动温压协同变化机理与安全控制理论研究”（2023D01A19）;; 新疆维吾尔自治区“天池英才”引进计划项目“超临界二氧化碳长距离输送管道运行安全保障关键技术研究”（TCYC12）;; 新疆天山创新团队“油气高效管输技术研究与应用创新团队”项目“超临界态二氧化碳高效管输与流动安全保障理论与技术研究”（2022TSYCTD0002）;; 新疆维吾尔自治区“一事一议”引进战略人才项目“安全高效超临界二氧化碳管道建设关键技术与应用”（XQZX20240054）;; 中国石油新疆油田分公司科研项目“超临界二氧化碳管道瞬态输送工艺技术研究”（XQHX20220064）