大口径长输管道氮气置换技术主要向不加隔离器的置换方向发展,其优点是阻力小、效率高、安全可靠、节省投资、流速易控制、受地形及管道安装等因素影响较小、置换操作简单等优点,是一种非常有前途的新工艺、新方法。但是,国内还未掌握相关的理论分析及具体的计算方法,使得应用该技术进行置换工作存在较大的盲目性,许多企业对这一先进置换技术不敢采用。所以,急需对无隔离器氮气置换技术的相关理论及计算方法进行研究。该项目的研究成果可以直接指导无隔离器氮气置换工艺的生产工作,为油田的天然气安全生产带来巨大的经济效益。本文主要应用Fluent软件对天然气管道的投产置换过程进行了数值模拟,分别得到了氮气置换空气及天然气置换氮气时管内混气段长度随入口流速的变化规律,即随着入口流速的增加两个置换阶段的混气段长度及混气段长度的平均增长率均增加,从而所需液氮量也增加。综合运用流体力学、传热学及管道输送技术等系统理论,建立天然气管道介质置换的数学模型,从理论上分析了介质置换规律,并分析了压力、流速、管径及长度对置换过程的影响,从而合理地确定置换工艺参数。利用数值计算软件Matlab和人工神经网络等人工智能技术,开发了能够自动修正参数和直接指导长输天然气管道投产和停产维修过程中管道内介质置换工作的计算软件。该研究为无隔离器的氮气置换的生产工作提供了理论依据。