深水油气管道和水下采油树流动保障及OLGA多相流模拟.ppt

Essca BeijingT The he Transient MultiphaseTransient Multiphase F Flow low S Simulatorimulator全动态全动态多相流多相流管道模拟系统管道模拟系统ByByESSCAESSCA BeijingBeijingEssca 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主要内容主要内容Ø OLGA的开发背景Ø OLGA的应用范围Ø OLGA的模块简介Ø OLGA的优点Essca Beijing19801980：： 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OLGAOLGA的开发背景的开发背景的开发背景的开发背景OLGAOLGA 2000 2000 2000 2000已经成为石油界非稳态多相流模拟计算的标准化程序已经成为石油界非稳态多相流模拟计算的标准化程序已经成为石油界非稳态多相流模拟计算的标准化程序已经成为石油界非稳态多相流模拟计算的标准化程序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 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实验实验实验实验 ———————— 模型准确性的可靠保证模型准确性的可靠保证模型准确性的可靠保证模型准确性的可靠保证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, Statoil, Total, Agip, ExxonMobilExxonMobiluIFE IFE 和和ScandpowerScandpowerOVIP OVIP OLGA Verification and Improvement ProjectOLGA Verification and Improvement ProjectEssca BeijingOLGA 2000OLGA 2000用户列表用户列表用户列表用户列表Essca BeijingOLGA 2000OLGA 2000应用应用应用应用 油藏与油井（油藏与油井（油藏与油井（油藏与油井（WellsWellsWellsWells））））•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 BeijingOLGA 2000OLGA 2000应用应用应用应用 管线（管线（管线（管线（FlowlinesFlowlinesFlowlinesFlowlines））））•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 BeijingOLGA 2000应用应用 工艺设备（工艺设备（工艺设备（工艺设备（Process FacilitiesProcess FacilitiesProcess FacilitiesProcess Facilities））））•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 流动安全保障（流动安全保障（流动安全保障（流动安全保障（SafetySafetySafetySafety））））•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模拟完整的管网系统模拟完整的管网系统模拟完整的管网系统模拟完整的管网系统 OLGA 2000OLGA 2000可以模拟复杂可以模拟复杂的管网系统，包括汇聚型和分的管网系统，包括汇聚型和分流型的节点，不限制进入节点流型的节点，不限制进入节点和离开节点的管道数目。

还可和离开节点的管道数目还可以模拟封闭的系统，例如有共以模拟封闭的系统，例如有共同进口和出口的两根平行管道同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Essca Beijing模拟工艺设备模拟工艺设备模拟工艺设备模拟工艺设备 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/ / / /离线离线离线离线 现场模拟器现场模拟器现场模拟器现场模拟器 通过服务器模块，通过服务器模块，OLGA 2000OLGA 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：Ø运行支持运行支持Ø监测管线中通过监测管线中通过/ /滞留的液体滞留的液体ØMEGMEG在管线中的分布在管线中的分布Ø清管器的操作清管器的操作Ø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 BeijingOLGA 2000OLGA 2000模块介绍模块介绍模块介绍模块介绍水三相模块水三相模块水三相模块水三相模块（（（（Water ModuleWater Module））））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Essca Beijing段塞流模块段塞流模块段塞流模块段塞流模块（（（（Slugtracking ModuleSlugtracking Module））））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生段塞流的不同机理：产生段塞流的不同机理：Ø水力段塞流态水力段塞流态Ø地形起伏地形起伏Ø停输再启动停输再启动Ø产量变化产量变化Ø清管清管段塞流模块段塞流模块段塞流模块段塞流模块（（（（Slugtracking ModuleSlugtracking Module ））））Ø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Ø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前会忽略掉形状尖锐的液塞前沿沿–标准标准OLGA 2000OLGA 2000将水力段塞处理为平均值将水力段塞处理为平均值Ø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 Beijing组份跟踪模块组份跟踪模块组份跟踪模块组份跟踪模块（（（（Compositional Tracking ModuleCompositional Tracking Module））））XXXXXXX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）组份跟踪模块组份跟踪模块组份跟踪模块组份跟踪模块（（（（Compositional Tracking ModuleCompositional Tracking Module））））• •沿管线的流体组分由于如下原因可能会发生变化沿管线的流体组分由于如下原因可能会发生变化沿管线的流体组分由于如下原因可能会发生变化沿管线的流体组分由于如下原因可能会发生变化–– 滑脱影响（相间速度差）滑脱影响（相间速度差）滑脱影响（相间速度差）滑脱影响（相间速度差）–– 界面质量传输传递界面质量传输传递界面质量传输传递界面质量传输传递–– 不同流体汇合入管网不同流体汇合入管网不同流体汇合入管网不同流体汇合入管网–– 入口处流体组分的改变入口处流体组分的改变入口处流体组分的改变入口处流体组分的改变• •组分模型通过求解每一成分分布在气相、油层、水层、组分模型通过求解每一成分分布在气相、油层、水层、组分模型通过求解每一成分分布在气相、油层、水层、组分模型通过求解每一成分分布在气相、油层、水层、油珠、水珠里的物质守恒方程，跟踪组分随时间和位油珠、水珠里的物质守恒方程，跟踪组分随时间和位油珠、水珠里的物质守恒方程，跟踪组分随时间和位油珠、水珠里的物质守恒方程，跟踪组分随时间和位置的变化。

置的变化置的变化置的变化• •组分相关的典型情况组分相关的典型情况组分相关的典型情况组分相关的典型情况––管网输送不同流体管网输送不同流体管网输送不同流体管网输送不同流体––停产再启动过程停产再启动过程停产再启动过程停产再启动过程––注气注气注气注气/ / / /气举气举气举气举/ / / /气体质量跟踪气体质量跟踪气体质量跟踪气体质量跟踪––入口和源的组分变化入口和源的组分变化入口和源的组分变化入口和源的组分变化––卸压过程卸压过程卸压过程卸压过程––地形段塞地形段塞地形段塞地形段塞/ / / /安全分析安全分析安全分析安全分析Stardard OLGAStardard OLGACompositional Tracking ModuleCompositional Tracking ModuleEssca Beijing三维热传导模块三维热传导模块三维热传导模块三维热传导模块（（（（FEMtherm ModuleFEMtherm Module））））•应用应用 –计算管束横切面温度分布，分析隔热介质计算管束横切面温度分布，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水合物抑制剂追踪模块水合物抑制剂追踪模块水合物抑制剂追踪模块水合物抑制剂追踪模块（（（（MEG MEG TrackingTracking））））•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存在来防存在来防止水合物形成止水合物形成 Essca Beijing多相泵模块多相泵模块多相泵模块多相泵模块（（（（Multiphase Pump ModuleMultiphase Pump Module））））•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 Beijing蜡沉积模块蜡沉积模块蜡沉积模块蜡沉积模块（（（（Wax ModuleWax Module））））•OLGA 2000OLGA 2000的蜡沉积模块具有计算蜡质成分沿管线传输和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，蜡质通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，蜡质过分子扩散沉积到管壁上当油温低于结蜡点时，蜡质从油中析出从油中析出Ø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度增加由于固体蜡颗粒的沉积油相表观粘度增加Ø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ØPVTsim 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油井增强模块油井增强模块油井增强模块油井增强模块（（（（Advanced Well ModuleAdvanced Well Module））））•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（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复杂流体模型模块复杂流体模型模块复杂流体模型模块复杂流体模型模块（（（（Complex Fluid ModuleComplex Fluid Module））））•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, , 改变生产系改变生产系统的流动稳定性统的流动稳定性, , 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, ,压降会随产压降会随产量的增加而下降这种现象量的增加而下降这种现象, , 再加上实际管再加上实际管线起伏变化由于重力引起的不稳定性线起伏变化由于重力引起的不稳定性, , 可能可能产生非稳定流产生非稳定流, , 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粘度的增加使流动向层流靠拢拢, , 从而增加气液之间的滑脱从而增加气液之间的滑脱, , 最终导致倾最终导致倾斜管中的持液量更多斜管中的持液量更多, , 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顿现象Ø重油重油Ø含蜡油含蜡油Ø乳状液乳状液Ø水合物混合物水合物混合物腐蚀模块腐蚀模块腐蚀模块腐蚀模块（（（（Corrosion ModuleCorrosion Module））））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： Øde Waard 1995 de Waard 1995 ØNorsok 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腐蚀速度变化•OLGA 2000OLGA 2000算出的流态被用来计算管壁中的油水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： Ø不含腐蚀产物的凝析水不含腐蚀产物的凝析水Ø被炭酸铁饱和的凝析水被炭酸铁饱和的凝析水Ø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 BeijingMATLABMATLABMATLABMATLAB工具箱工具箱工具箱工具箱（（（（MATLAB ToolboxMATLAB Toolbox））））•OLGA 2000OLGA 2000 MATLAB MATLAB工具箱使工具箱使MATLABMATLAB获取获取OLGA 2000OLGA 2000多相流计算结果在多相流应用多相流计算结果在多相流应用中，应用工程师可以在中，应用工程师可以在MATLABMATLAB指令中使用指令中使用OLGA2000OLGA2000MATLABMATLAB工具箱里的各种功能元件与工具箱里的各种功能元件与OLGA 2000OLGA 2000对话，分析结果，从事控制器设对话，分析结果，从事控制器设计。

计•应用范围应用范围Ø生产仿真生产仿真Ø2D-3D2D-3D绘图绘图Ø模拟结果后处理模拟结果后处理Ø控制器设计控制器设计ØMatlab&OLGAMatlab&OLGA二次开发二次开发Essca BeijingMATLABMATLABMATLABMATLAB工具箱工具箱工具箱工具箱（（（（MATLAB ToolboxMATLAB Toolbox）））） 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多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个集输系统Essca BeijingPVT simPVT sim•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公司和公司和著名的著名的CALSEPCALSEP公司流体物性和相平衡专家有着紧密的合作公司流体物性和相平衡专家有着紧密的合作OLGAOLGA程序包里程序包里采用采用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 BeijingOLGA 2000OLGA 2000优点优点优点优点•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。