深水油气管道和水下采油树流动保障及OLGA多相流模拟

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1、Essca BeijingEssca Beijing可以模拟在油井、输油管线和油气处理设备中的油、气和水的运可以模拟在油井、输油管线和油气处理设备中的油、气和水的运动状态动状态复杂的海上油田开发陆上油田开发及其油气集输 OLGA 2000是当今世界领先的全动态多相流模拟计算软件是当今世界领先的全动态多相流模拟计算软件海底管道回接使用贯穿整个项目周期使用贯穿整个项目周期概念概念 - - 可行性研究可行性研究 - - 详细设计详细设计 - - 操作操作Essca Beijing OLGA的开发背景 OLGA的应用范围 OLGA的模块简介 OLGA的优点Essca Beijing19801980：

2、IFEIFE开始程序的开发开始程序的开发19831983： SINTEFSINTEF启用长距离高压试验环路启用长距离高压试验环路1984-19921984-1992：IFEIFE和和SINTEFSINTEF联合联合19891989： SCANDPOWERSCANDPOWER公司获得公司获得OLGAOLGA软件商业化的专有权软件商业化的专有权Essca Beijing 环道几何尺寸环道几何尺寸u 直径：直径：1in1in到到8in8in，一部分达到，一部分达到30in30inu 管道长径比可以达到管道长径比可以达到50005000u 管道倾角从管道倾角从-15-15到到9090 压力从压力从1

3、1到到100bar100bar 实验介质可以包括各种流体实验介质可以包括各种流体Essca Beijing 最大的多相流数据库最大的多相流数据库u 来自实验室的来自实验室的1000010000数据点数据点u 3030个气相个气相/ /凝析液管道数据凝析液管道数据u 1515条较低气油比管道数据条较低气油比管道数据u来自不同源的油井数据来自不同源的油井数据 参加者：参加者： u8-15 8-15 石油公司石油公司Statoil, Total, Agip, ExxonMobilStatoil, Total, Agip, ExxonMobiluIFE IFE 和和ScandpowerScandpow

4、erEssca BeijingEssca Beijing管流计算管流计算油井流入动态油井流入动态完井设计完井设计段塞控制段塞控制人工举升设计与优化人工举升设计与优化 气举气举 电潜泵电潜泵启动与关井启动与关井井筒及环空积液井筒及环空积液传热分析传热分析油井积水油井积水欠平衡钻井培训欠平衡钻井培训Essca Beijing管径与路径管径与路径操作操作 段塞段塞 启动，停输，产量变化启动，停输，产量变化 管内积液处理与清管管内积液处理与清管 卸压卸压传热计算传热计算 保温层与埋地管保温层与埋地管 水合物和蜡沉积水合物和蜡沉积 管束与复杂立管管束与复杂立管管道运行管理管道运行管理Essca Beij

5、ingOLGA 2000应用应用 段塞捕集器设计段塞捕集器设计海底分离器设计海底分离器设计控制器设计控制器设计抑制剂管理抑制剂管理火炬设计火炬设计停输分析停输分析 有计划停输有计划停输 紧急停输紧急停输 自动控制自动控制Essca BeijingOLGA 2000应用应用 有害气体跟踪有害气体跟踪过载保护过载保护管道迸裂管道迸裂阀门失效阀门失效低温安全分析低温安全分析压力激动压力激动水击水击卸压卸压热交换器迸裂热交换器迸裂Essca Beijing OLGA 2000OLGA 2000可以模拟复杂的可以模拟复杂的管网系统，包括汇聚型和分流管网系统，包括汇聚型和分流型的节点，不限制进入节点和型的

6、节点，不限制进入节点和离开节点的管道数目。还可以离开节点的管道数目。还可以模拟封闭的系统，例如有共同模拟封闭的系统，例如有共同进口和出口的两根平行管道。进口和出口的两根平行管道。这种灵活性为工程师提供计算这种灵活性为工程师提供计算复杂管网系统、气举系统、收复杂管网系统、气举系统、收油设施或工厂网状系统的可能油设施或工厂网状系统的可能性。性。Essca Beijing OLGA 2000OLGA 2000可以模拟任何复杂形式可以模拟任何复杂形式的管道网络系统及整套下游工艺设备的管道网络系统及整套下游工艺设备系统。例如，一个有几条管线的系统系统。例如，一个有几条管线的系统连接到一个与分离器和压缩机

7、的下游连接到一个与分离器和压缩机的下游管道相连的管汇。管道相连的管汇。 OLGA 2000OLGA 2000可以模拟的工艺设备有：可以模拟的工艺设备有：两相和三相分离器、临界节流阀和非两相和三相分离器、临界节流阀和非临界节流阀，带可控制回流管的空气临界节流阀，带可控制回流管的空气压缩机，有回流管和旁通管的单相流压缩机，有回流管和旁通管的单相流和多相流泵，热交换器，单流阀，可和多相流泵，热交换器，单流阀，可控制的源和汇，管道泄漏，清管器控制的源和汇，管道泄漏，清管器/ /水水合物堵塞及控制器。合物堵塞及控制器。Essca Beijing 通过服务器模块，通过服务器模块，OLGA 2000OLGA

8、 2000可以与管道管理系统相连。可以与管道管理系统相连。SCANDPOWERSCANDPOWER已经与其合作公司做了几个成功的项目。已经与其合作公司做了几个成功的项目。比较典型的应用是：比较典型的应用是：运行支持运行支持监测管线中通过监测管线中通过/ /滞留的液体滞留的液体MEGMEG在管线中的分布在管线中的分布清管器的操作清管器的操作预测管线系统非稳定状态的发展变化预测管线系统非稳定状态的发展变化Essca Beijing OLGAOLGA图形用户的菜单图形用户的菜单系统和可移动窗口可以帮系统和可移动窗口可以帮助用户容易的建立助用户容易的建立OLGAOLGA模模型。关键字窗口为用户提型。关

9、键字窗口为用户提供所有必要的输入数据。供所有必要的输入数据。另外一个有用的工具是参另外一个有用的工具是参数研究功能，通过参数研数研究功能，通过参数研究功能用户可以设置几个究功能用户可以设置几个不同的输入变量进行模拟不同的输入变量进行模拟计算和比较。计算和比较。Essca Beijing预测油水之间的滑脱现象速度差预测油水之间的滑脱现象速度差，在流量低的情况，在流量低的情况下，油水之间会存在很大的下，油水之间会存在很大的滑脱速度。因而水会在管滑脱速度。因而水会在管线低洼处沉积，导致水在局部地段大量聚集，从而具线低洼处沉积，导致水在局部地段大量聚集，从而具有产生水段塞的可能。水在局部地段聚集也可能

10、会导有产生水段塞的可能。水在局部地段聚集也可能会导致严重的腐蚀问题。致严重的腐蚀问题。提供含水三相管流计算的功能提供含水三相管流计算的功能用来计算与通常的油气二相混输的游离水流动状态用来计算与通常的油气二相混输的游离水流动状态应用应用p 指出管道中哪里会由于水的沉积而产生腐蚀指出管道中哪里会由于水的沉积而产生腐蚀p 确定变产过程中油水是否会以段塞的方式流确定变产过程中油水是否会以段塞的方式流出管线出管线p 测算随含水率而变化的油水混合物粘度测算随含水率而变化的油水混合物粘度p 解释抑制剂解释抑制剂p 模拟三相分离器模拟三相分离器PIPELINE WATER HOLDUP PROFILE0510

11、1520020000400006000080000Pipeline DistanceWater Holdup (%)040080012001600Elevation (m)ElevationWaterHoldupEssca Beijing与单相管路不同，混输管道内气液两相常以长气泡和段塞交替流过与单相管路不同，混输管道内气液两相常以长气泡和段塞交替流过管道截面，在管道终点流出的气、液瞬时流量有很大波动，对管道下游管道截面，在管道终点流出的气、液瞬时流量有很大波动，对管道下游油气加工设备的工作产生不利影响，在管道终点都设有段塞捕集器。油气加工设备的工作产生不利影响，在管道终点都设有段塞捕集器。产

12、生段塞流的不同机理：产生段塞流的不同机理：水力段塞流态水力段塞流态地形起伏地形起伏停输再启动停输再启动产量变化产量变化清管清管A. Slug formationB.Slug productionC. Gas penetrationD. Gas blow-down跟踪每个段塞跟踪每个段塞 从生成到从管线流出或在管线里消失的独从生成到从管线流出或在管线里消失的独特功能特功能 考虑段塞形成、合并、增长和缩短的各种考虑段塞形成、合并、增长和缩短的各种机理机理模拟水力段塞模拟水力段塞 标准标准OLGA 2000OLGA 2000会忽略掉形状尖锐的液塞会忽略掉形状尖锐的液塞前沿前沿 标准标准OLGA 20

13、00OLGA 2000将水力段塞处理为平均值将水力段塞处理为平均值设计集输装置方面具有很高的使用价值设计集输装置方面具有很高的使用价值 确定管线下游设备（如分离器、压缩机）确定管线下游设备（如分离器、压缩机）能否合理地处理段塞能否合理地处理段塞 段塞捕集器段塞捕集器/ /分离器的尺寸分离器的尺寸 控制系统设计控制系统设计 制定操作指南和程序制定操作指南和程序Essca BeijingXXXXXXX 能确定流体组分的动态变化及每个组分沿管线的分布（时间和空间）能确定流体组分的动态变化及每个组分沿管线的分布（时间和空间）Essca Beijing应用应用 计算管束横切面温度分布，分析隔热介质计算管

14、束横切面温度分布，分析隔热介质的作用的作用 研究同一管束里各个管之间的热交换，例研究同一管束里各个管之间的热交换，例如分析关井期间和启动时加热如分析关井期间和启动时加热 研究埋地管外部土壤里的温度场研究埋地管外部土壤里的温度场计算下列过程的瞬变温度分布计算下列过程的瞬变温度分布 正常生产正常生产 关井关井 驱替驱替 投产投产采用有限元法模拟管束，埋地管，复杂立管中的流体和传热介质之间的瞬变传热采用有限元法模拟管束，埋地管，复杂立管中的流体和传热介质之间的瞬变传热 跟踪跟踪MEGMEG沿管道的聚集和分布沿管道的聚集和分布 确定管道中确定管道中MEGMEG的总量的总量 MEGMEG随产量变化随产量

15、变化 管道中需要的管道中需要的MEGMEG量量 到达处理设备时的到达处理设备时的MEGMEG量量 装置在此流量下能否运行？装置在此流量下能否运行？ 确定是否有足够的确定是否有足够的MEGMEG存在来存在来防止水合物形成防止水合物形成 Essca Beijing该模块使我们能详细地模拟离心泵或体积泵。该模块使我们能详细地模拟离心泵或体积泵。泵的特性以表格的方式给定。用户可以输入泵的特性以表格的方式给定。用户可以输入泵特性表。如果缺少所要泵的特性，可以用泵特性表。如果缺少所要泵的特性，可以用程序内含的典型泵特性。程序内含的典型泵特性。 可以用控制器调节泵速和回流流量，用户可可以用控制器调节泵速和回

16、流流量，用户可以选择的回流为气、液体、水或所有多相混以选择的回流为气、液体、水或所有多相混合液合液优化多相增压，设计和操作分析优化多相增压，设计和操作分析Essca BeijingOLGA 2000OLGA 2000的蜡沉积模块具有计算蜡质成分沿管线传输的蜡沉积模块具有计算蜡质成分沿管线传输和沉积过程的功能。当内管壁温度低于结蜡点时，蜡质和沉积过程的功能。当内管壁温度低于结蜡点时，蜡质通过分子扩散沉积到管壁上。当油温低于结蜡点时，蜡通过分子扩散沉积到管壁上。当油温低于结蜡点时，蜡质从油中析出。质从油中析出。影响影响 增加管壁粗糙度增加管壁粗糙度 管径减小管径减小 由于固体蜡颗粒的沉积油相表观粘

17、度增加由于固体蜡颗粒的沉积油相表观粘度增加预测是否需要预测是否需要 隔热隔热/ /加热加热 注化学剂注化学剂 清管器清蜡清管器清蜡PVTsim WaxPVTsim Wax 生成蜡组分的表格生成蜡组分的表格 油油/ /蜡沉积粘度调整蜡沉积粘度调整动态预测管线及海底油井里蜡沉积的独特工具动态预测管线及海底油井里蜡沉积的独特工具Essca Beijing油井增强模块是专门为油气井流动分析而开发的。该油井增强模块是专门为油气井流动分析而开发的。该模块特别适用于模拟油藏参数和流动关系密切的系统。模块特别适用于模拟油藏参数和流动关系密切的系统。油藏流动关系由渗透率、液体物性、油藏大小来确定；油藏流动关系由

18、渗透率、液体物性、油藏大小来确定；也可以从对油井实施压降也可以从对油井实施压降/ /压力恢复试井得到。压力恢复试井得到。该模块含有模拟钻井的选项。可用该选项进行钻井过该模块含有模拟钻井的选项。可用该选项进行钻井过程中传热和流动计算。钻井选项能计算同心管或附管程中传热和流动计算。钻井选项能计算同心管或附管内的流动（如气举）。采用移动网格法计算钻井过程内的流动（如气举）。采用移动网格法计算钻井过程中在钻杆中的流动。中在钻杆中的流动。典型场合典型场合 钻井过程的传热和流动计算钻井过程的传热和流动计算 环形空间流动，气举环形空间流动，气举 生产和测试井的停产启动过程生产和测试井的停产启动过程 注入井（

19、水、气交替注入）注入井（水、气交替注入） 钻井过程中压力控制（如非平衡钻井）钻井过程中压力控制（如非平衡钻井） 井喷模拟井喷模拟该模块模拟井筒内瞬态多相流该模块模拟井筒内瞬态多相流 象剪切稀释及屈服应力这样的非牛顿现象可象剪切稀释及屈服应力这样的非牛顿现象可能会对多相流产生很大的影响能会对多相流产生很大的影响, , 改变生产系统改变生产系统的流动稳定性的流动稳定性, , 引发非稳定多相流。引发非稳定多相流。 就是水平流动就是水平流动, , 在一定的条件下在一定的条件下, ,压降会随产量压降会随产量的增加而下降。这种现象的增加而下降。这种现象, , 再加上实际管线起再加上实际管线起伏变化由于重力

20、引起的不稳定性伏变化由于重力引起的不稳定性, , 可能产生非可能产生非稳定流稳定流, , 扩大出现流动振荡的范围。扩大出现流动振荡的范围。 取决于流变性取决于流变性, , 粘度的增加使流动向层流靠拢粘度的增加使流动向层流靠拢, , 从而增加气液之间的滑脱从而增加气液之间的滑脱, , 最终导致倾斜管中最终导致倾斜管中的持液量更多的持液量更多, , 压降更大。压降更大。非稳态多相流中的独特工具，能判断非牛顿流是否非稳态多相流中的独特工具，能判断非牛顿流是否会给稳定性、持液率及压降造成严重影响会给稳定性、持液率及压降造成严重影响在下列情况下在下列情况下, ,流体可能会出现非牛顿现象流体可能会出现非牛

21、顿现象重油重油含蜡油含蜡油乳状液乳状液水合物混合物水合物混合物计算油气管内二氧化碳腐蚀速度计算油气管内二氧化碳腐蚀速度下列三种常用的二氧化碳腐蚀下列三种常用的二氧化碳腐蚀模型可供选择：模型可供选择： de Waard 1995 de Waard 1995 Norsok M-506Norsok M-506主要输入参数主要输入参数 CO2CO2分压分压 水浓度中的碳酸盐水浓度中的碳酸盐 水中的离子强度水中的离子强度 抑制剂效率抑制剂效率 乙二醇浓度乙二醇浓度应用腐蚀模块，可预测沿管线由于压力、温度、应用腐蚀模块，可预测沿管线由于压力、温度、流速及流态变化而引起的腐蚀速度变化。流速及流态变化而引起的

22、腐蚀速度变化。OLGA 2000OLGA 2000算出的流态被用来计算管壁中的油算出的流态被用来计算管壁中的油水接触面。用流动模型计算出来的压力，温度水接触面。用流动模型计算出来的压力，温度, , 液体流速，管壁剪切力来计算腐蚀速度。液体流速，管壁剪切力来计算腐蚀速度。计算下列计算下列pHpH值：值： 不含腐蚀产物的凝析水不含腐蚀产物的凝析水被炭酸铁饱和的凝析水被炭酸铁饱和的凝析水给定炭酸氢盐浓度的地层水给定炭酸氢盐浓度的地层水一个重要用处是能预测管线中哪些地段的腐蚀问题比较严重一个重要用处是能预测管线中哪些地段的腐蚀问题比较严重Essca BeijingOLGA 2000OLGA 2000

23、MATLAB MATLAB工具箱使工具箱使MATLABMATLAB获获取取OLGA 2000OLGA 2000多相流计算结果。在多相流多相流计算结果。在多相流应用中，应用工程师可以在应用中，应用工程师可以在MATLABMATLAB指令指令中使用中使用OLGA2000OLGA2000MATLABMATLAB工具箱里的各种工具箱里的各种功能元件与功能元件与OLGA 2000OLGA 2000对话，分析结果，对话，分析结果，从事控制器设计。从事控制器设计。应用范围应用范围 生产仿真生产仿真 2D-3D2D-3D绘图绘图 模拟结果后处理模拟结果后处理 控制器设计控制器设计 Matlab&OLGAMat

24、lab&OLGA二次开发二次开发Essca Beijing MATLAB MATLAB工具箱通过工具箱通过OLGA 2000OLGA 2000服务器界面服务器界面 /TCP/IP/TCP/IP协议与多相协议与多相流模拟程序连接。这样，可以同时在同一计算机或多个计算机上运算流模拟程序连接。这样，可以同时在同一计算机或多个计算机上运算多个集输系统。多个集输系统。Essca Beijing由于产液的特性化和物性计算是流体计算的基础，故而由于产液的特性化和物性计算是流体计算的基础，故而SCANDPOWERSCANDPOWER公公司和著名的司和著名的CALSEPCALSEP公司流体物性和相平衡专家有着紧

25、密的合作。公司流体物性和相平衡专家有着紧密的合作。OLGAOLGA程序包里采用程序包里采用CALSEPCALSEP公司的物性分析计算程序公司的物性分析计算程序PVTSIMPVTSIM。 可实现以下计算过程：可实现以下计算过程： PVT PVT 模拟模拟 水合物相平衡计算水合物相平衡计算 结蜡预测结蜡预测 多相闪蒸计算多相闪蒸计算 先进的拟合计算先进的拟合计算 单元过程单元过程 PVTsim WaxPVTsim Wax应用于应用于OLGA 2000OLGA 2000的的PVTPVT软件包软件包Essca Beijing唯一得到认证的动态多相流动模拟器唯一得到认证的动态多相流动模拟器 重大决策的可

26、靠保证重大决策的可靠保证 最小的不确定性最小的不确定性使用时间贯穿设计到操作整个项目周期使用时间贯穿设计到操作整个项目周期可以模拟油井、管道和工艺设备可以模拟油井、管道和工艺设备 不需要使用多个软件（节约成本）不需要使用多个软件（节约成本）综合性模块综合性模块 例如段塞追踪，结蜡例如段塞追踪，结蜡 可用于流动保障的所有领域可用于流动保障的所有领域稳态和动态模拟稳态和动态模拟当动态计算时减少重复工作并减少时间当动态计算时减少重复工作并减少时间结果的一致性结果的一致性学科交叉学科交叉工艺工程师、管道工程师、石油工程师和操作工程师工艺工程师、管道工程师、石油工程师和操作工程师广泛的网络专家支持广泛的网络专家支持快速准确回应提高您的效率快速准确回应提高您的效率得到多相流界世界级专家的培训得到多相流界世界级专家的培训最大化您的生产力最大化您的生产力Essca Beijing