OLGA_全動(dòng)態(tài)多相流模擬系統(tǒng)

1、OLGA是當(dāng)今世界領(lǐng)先的全動(dòng)態(tài)多相流模擬計(jì)算軟件，可以模擬在油井、輸油管線和油氣處理設(shè)備中的油、氣和水的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)復(fù)雜的海上油田開發(fā)陸上油田開發(fā)及油氣集輸 海底混輸管線使用貫穿整個(gè)項(xiàng)目周期：概念設(shè)計(jì)- 可行性研究- 詳細(xì)設(shè)計(jì)- 運(yùn)行管理Prdrainage boundarywell borePwfPwhP riser basewell headriserbaseP sepflow lineseparatorPressure lossesReservoirProductionFacilitiesOLGA1980： IFE開始程序的開發(fā)1983： SINTEF啟用長(zhǎng)距離高壓試驗(yàn)環(huán)路1989： SCA

2、NDPOWER公司獲得OLGA軟件商業(yè)化的專有權(quán)v OLGA的開發(fā)背景的開發(fā)背景l(fā) 環(huán)道幾何尺寸l 直徑：1in到8in，一部分達(dá)到30inl 管道長(zhǎng)徑比可以達(dá)到5000l 管道傾角從-15到90l 壓力從1到100barl 實(shí)驗(yàn)介質(zhì)可以包括各種流體v實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn) 模型準(zhǔn)確性的可靠保證模型準(zhǔn)確性的可靠保證l 最大的多相流數(shù)據(jù)庫(kù)l 來(lái)自實(shí)驗(yàn)室的10000數(shù)據(jù)點(diǎn)l 30個(gè)氣相/凝析液管道數(shù)據(jù)l 15條較低氣油比管道數(shù)據(jù)l 來(lái)自不同源的油井?dāng)?shù)據(jù)l 參加者 l 8-15 石油公司lStatoil, Total, Agip, ExxonMobill IFE和Scandpowerv OVIP多相混輸?shù)膭?dòng)靜態(tài)水

3、力計(jì)算多相混輸?shù)膭?dòng)靜態(tài)水力計(jì)算管道尺寸和路徑管道尺寸和路徑液相處理設(shè)備的容量液相處理設(shè)備的容量液體產(chǎn)量的控制液體產(chǎn)量的控制正常操作正常操作增產(chǎn)和減產(chǎn)增產(chǎn)和減產(chǎn)清管器的操作清管器的操作關(guān)井和停產(chǎn)再啟動(dòng)過(guò)程關(guān)井和停產(chǎn)再啟動(dòng)過(guò)程 管線增壓和卸壓過(guò)程管線增壓和卸壓過(guò)程沿管道的壓力降沿管道的壓力降水合物水合物, , 結(jié)蠟結(jié)蠟管道腐蝕管道腐蝕v 非穩(wěn)態(tài)多相流模擬面臨的主要挑戰(zhàn)非穩(wěn)態(tài)多相流模擬面臨的主要挑戰(zhàn)PIPELINE WATER HOLDUP PROFILE05101520020000400006000080000Pipeline DistanceWater Holdup (%)04008001200

4、1600Elevation (m)ElevationWaterHoldup液體容易聚集在管道較低的位置液體容易聚集在管道較低的位置, , 水會(huì)和油分離并滯留在管道的底部水會(huì)和油分離并滯留在管道的底部v 多相混輸中常見(jiàn)的問(wèn)題多相混輸中常見(jiàn)的問(wèn)題 水水Trend dataTOTAL LIQUID MASS FLOW OUTLET kg/skg/s400350300250200150100500-50-100Time sC:OLGA-2000Testcaseshydr-slug-3phase.inp3200300025002000150010005000v 多相混輸中常見(jiàn)的問(wèn)題多相混輸中常見(jiàn)的問(wèn)題段

5、塞流段塞流 產(chǎn)量增加產(chǎn)量增加, ,管線中的滯液率減少管線中的滯液率減少 產(chǎn)量變化會(huì)引發(fā)段塞流產(chǎn)量變化會(huì)引發(fā)段塞流Gas Production RateLiquid InventoryInitialamountFinalamountAmountremovedv 多相混輸中常見(jiàn)的問(wèn)題多相混輸中常見(jiàn)的問(wèn)題產(chǎn)量變化產(chǎn)量變化 關(guān)井和重新開井的過(guò)渡過(guò)程關(guān)井和重新開井的過(guò)渡過(guò)程關(guān)井后液體在重力的影響下重新分布關(guān)井后液體在重力的影響下重新分布停產(chǎn)再啟動(dòng)后不斷增加的流量可能會(huì)引起段塞流停產(chǎn)再啟動(dòng)后不斷增加的流量可能會(huì)引起段塞流B-Gas and Liquid Outlet FlowA-Liquid Distri

6、bution After ShutdownshutdownFlowrategasliquidv 多相混輸中常見(jiàn)的問(wèn)題多相混輸中常見(jiàn)的問(wèn)題關(guān)井和重新開井關(guān)井和重新開井 地形引起的段塞流A: 液體聚集在地勢(shì)低的地方, 堵塞了流動(dòng), 液體逐漸增加B: 在堵塞點(diǎn)的上游壓力增加C&D: 當(dāng)壓力高到一定程度, 氣體將低處的液體推出去,形成了一個(gè)液體段塞地形引起的段塞流可能會(huì)在管道出口處引起相當(dāng)嚴(yán)重的壓力及液體流量波動(dòng)地形引起的段塞流是非穩(wěn)態(tài)的, 必須用動(dòng)態(tài)模擬軟件來(lái)預(yù)測(cè)其流動(dòng)過(guò)程A. Slug formationB.Slug productionC. Gas penetrationD. Gas b

7、low-downv 多相混輸中常見(jiàn)的問(wèn)題多相混輸中常見(jiàn)的問(wèn)題地形引起段塞地形引起段塞 清管器模擬清管器模擬隨著清管器在管線中推進(jìn)隨著清管器在管線中推進(jìn), , 將會(huì)有大量液體聚集在清管器前部將會(huì)有大量液體聚集在清管器前部. .清管器清管器將會(huì)帶出大量液體將會(huì)帶出大量液體優(yōu)化清管器操作優(yōu)化清管器操作A : Slug build-upB . front arriv alC . slug surfaceD . Pig arriv alTimeFlowrategasliquidABCDv 多相混輸中常見(jiàn)的問(wèn)題多相混輸中常見(jiàn)的問(wèn)題清管器模擬清管器模擬 流動(dòng)穩(wěn)定性取決于管道進(jìn)口流量流動(dòng)穩(wěn)定性取決于管道進(jìn)口流

8、量0510152025020406080100120Time (min)Liquid flow rate at riser top (kg/s)10 kg/s mixture15 kg/s mixtureFlowlineprofilev 多相混輸中常見(jiàn)的問(wèn)題多相混輸中常見(jiàn)的問(wèn)題流量和流動(dòng)穩(wěn)定性流量和流動(dòng)穩(wěn)定性 水和物曲線水和物曲線加了加了11 wt% 11 wt% 甲醇甲醇(methanol)(methanol)之后水增大了水合物的安全區(qū)之后水增大了水合物的安全區(qū)0501001502000510152025Temperature (Deg. C)Pressure (bar)11 wt% MeO

9、H in waterPipelineNo MeOHinjection水合物區(qū)水合物區(qū)Inlet separatorv 多相混輸中常見(jiàn)的問(wèn)題多相混輸中常見(jiàn)的問(wèn)題水合物水合物 對(duì)管道做絕熱保護(hù)對(duì)管道做絕熱保護(hù) 通常用于比較短的和中等長(zhǎng)度的管線通常用于比較短的和中等長(zhǎng)度的管線較長(zhǎng)的凝析油一般不用這種方法較長(zhǎng)的凝析油一般不用這種方法管束管束復(fù)雜的管束可用于深水管線系統(tǒng)復(fù)雜的管束可用于深水管線系統(tǒng) 通常用于立管以及比較短的和中等長(zhǎng)度的管線通常用于立管以及比較短的和中等長(zhǎng)度的管線注入化學(xué)劑阻止水合物的生成注入化學(xué)劑阻止水合物的生成一般用于凝析油系統(tǒng)一般用于凝析油系統(tǒng)用于輸油管線的關(guān)鍵部位和操作的關(guān)鍵階段用

10、于輸油管線的關(guān)鍵部位和操作的關(guān)鍵階段例如井口例如井口關(guān)井關(guān)井 - - 冷卻冷卻 - - 開井開井v 多相混輸中常見(jiàn)的問(wèn)題多相混輸中常見(jiàn)的問(wèn)題控制水合物控制水合物 瞬態(tài)模型瞬態(tài)模型段塞分析段塞分析人工舉升優(yōu)化人工舉升優(yōu)化關(guān)井關(guān)井開井開井積液積液水合物形成水合物形成油井清潔油井清潔穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)油管性能油管性能油井流入動(dòng)態(tài)油井流入動(dòng)態(tài)完井設(shè)計(jì)完井設(shè)計(jì)人工舉升設(shè)計(jì)人工舉升設(shè)計(jì)傳熱計(jì)算傳熱計(jì)算v OLGA 油藏與油井油藏與油井 l管徑與路徑管徑與路徑l操作操作l段塞段塞l啟動(dòng)，停輸，產(chǎn)量變化啟動(dòng)，停輸，產(chǎn)量變化l管內(nèi)積液處理與清管管內(nèi)積液處理與清管l卸壓卸壓傳熱計(jì)算傳熱計(jì)算保溫層與埋地管保溫層與埋地

11、管水合物和蠟沉積水合物和蠟沉積管束與復(fù)雜立管管束與復(fù)雜立管管道運(yùn)行管理系統(tǒng)管道運(yùn)行管理系統(tǒng)v OLGA 管線管線 lOLGAOLGA 可以模擬的工藝處理設(shè)備可以模擬的工藝處理設(shè)備l段塞捕集器段塞捕集器 l多相流分離器多相流分離器l氣體壓縮機(jī)氣體壓縮機(jī)l多相流泵多相流泵l控制器控制器l閥門閥門l清管器清管器l換熱器換熱器l和其他設(shè)備模擬軟件連接和其他設(shè)備模擬軟件連接lHYSYS Dynamics (Aspentech)HYSYS Dynamics (Aspentech)lUniSim (Honeywell)UniSim (Honeywell)lD-SPICE (Kongsberg)D-SPICE

12、 (Kongsberg)lINDISS (RSI)SET (Kongsberg)INDISS (RSI)SET (Kongsberg)lDynsim (Invensys)Dynsim (Invensys)v OLGA 工藝處理設(shè)備工藝處理設(shè)備l跟蹤危險(xiǎn)氣體跟蹤危險(xiǎn)氣體l過(guò)壓保護(hù)過(guò)壓保護(hù)l管道斷裂或泄漏管道斷裂或泄漏l閥門誤動(dòng)作閥門誤動(dòng)作l控制最低溫度控制最低溫度l壓力波動(dòng)壓力波動(dòng)l水錘水錘l計(jì)算泄壓過(guò)程中釋放的流量計(jì)算泄壓過(guò)程中釋放的流量l換熱器內(nèi)漏換熱器內(nèi)漏v OLGA 安全分析安全分析三相流基三相流基本平臺(tái)本平臺(tái)v OLGA 多相流動(dòng)態(tài)模擬和分析模塊多相流動(dòng)態(tài)模擬和分析模塊該模塊提供含水三

13、相管流計(jì)算的功能是OLGA運(yùn)行的基本平臺(tái)，OLGA運(yùn)行的基礎(chǔ)，OLGA的其他的模塊需要插入到該平臺(tái)中運(yùn)行。Batch Module 是整個(gè)軟件的核心和靈魂，其中包裝了OLGA計(jì)算模型，而且該模型是在長(zhǎng)期的大量的實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)校驗(yàn)的情況下封裝的，正因?yàn)镺LGA模型的實(shí)驗(yàn)環(huán)境和研發(fā)過(guò)程的先進(jìn)性決定了該模型為當(dāng)前管道工業(yè)界最先進(jìn)的模型，并且成為業(yè)界的多相流管道模擬計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)。Server Module 為OLGA軟件運(yùn)行于網(wǎng)絡(luò)中提供了數(shù)據(jù)管理，資源調(diào)度，多用戶系統(tǒng)環(huán)境。GUI Module 是一個(gè)OLGA系統(tǒng)的圖形用戶界面，提供了人機(jī)交互建模，動(dòng)態(tài)曲線分析，參數(shù)敏感性研究，報(bào)告結(jié)果打印輸出等各種基礎(chǔ)

14、功能，同時(shí)還提供了大量的關(guān)鍵字，可以讓用戶將各種工藝控制設(shè)備定義到系統(tǒng)當(dāng)中。Geometry Module 交互定義管道高程走向，快速粗化地形測(cè)量數(shù)據(jù)，形成管道地形分布走向模型。v 三相流基本平臺(tái)三相流基本平臺(tái)Basic Module）跟蹤每個(gè)段塞跟蹤每個(gè)段塞從生成到從管線流出或在管線里消失的獨(dú)從生成到從管線流出或在管線里消失的獨(dú)特功能特功能考慮段塞形成、合并、增長(zhǎng)和縮短的各種考慮段塞形成、合并、增長(zhǎng)和縮短的各種機(jī)理機(jī)理產(chǎn)生段塞流的不同機(jī)理產(chǎn)生段塞流的不同機(jī)理水力段塞流態(tài)水力段塞流態(tài)地形起伏地形起伏停輸再啟動(dòng)停輸再啟動(dòng)產(chǎn)量變化產(chǎn)量變化清管清管計(jì)算段塞長(zhǎng)度計(jì)算段塞長(zhǎng)度v 段塞跟蹤模塊段塞跟蹤模塊

15、Slugtracking Module）沿管線的流體組分由于如下原因可能沿管線的流體組分由于如下原因可能會(huì)發(fā)生變化會(huì)發(fā)生變化 滑脫影響相間速度差）滑脫影響相間速度差） 界面質(zhì)量傳輸傳遞界面質(zhì)量傳輸傳遞 不同流體匯合入管網(wǎng)不同流體匯合入管網(wǎng) 入口處流體組分的改變?nèi)肟谔幜黧w組分的改變組分模型通過(guò)求解每一成分分布在氣組分模型通過(guò)求解每一成分分布在氣相、油層、水層、油珠、水珠里相、油層、水層、油珠、水珠里的物質(zhì)守恒方程，跟蹤組分隨時(shí)的物質(zhì)守恒方程，跟蹤組分隨時(shí)間和位置的變化。間和位置的變化。能確定流體組分的動(dòng)態(tài)變化及每個(gè)組分沿管線的分布時(shí)間和空間）能確定流體組分的動(dòng)態(tài)變化及每個(gè)組分沿管線的分布時(shí)間和空

16、間）組分相關(guān)的典型情況組分相關(guān)的典型情況管網(wǎng)輸送不同流體管網(wǎng)輸送不同流體停產(chǎn)再啟動(dòng)過(guò)程停產(chǎn)再啟動(dòng)過(guò)程注氣注氣/ /氣舉氣舉/ /氣體質(zhì)量跟蹤氣體質(zhì)量跟蹤入口和源的組分變化入口和源的組分變化卸壓過(guò)程卸壓過(guò)程地形段塞地形段塞/ /安全分析安全分析v 組份跟蹤模塊組份跟蹤模塊Compositional Tracking）lOLGA的蠟沉積模塊具有計(jì)算蠟質(zhì)成分沿管線傳輸和沉積過(guò)程的功能。當(dāng)內(nèi)管壁溫度低于結(jié)蠟點(diǎn)時(shí)，蠟質(zhì)通過(guò)分子擴(kuò)散沉積到管壁上。當(dāng)油溫低于結(jié)蠟點(diǎn)時(shí)，蠟質(zhì)從油中析出。l影響l增加管壁粗糙度l管徑減小l由于固體蠟顆粒的沉積油相表觀粘度增加l預(yù)測(cè)是否需要l隔熱/加熱l注化學(xué)劑l清管器清蠟v 蠟沉

17、積模塊蠟沉積模塊Wax Module）下列三種常用的二氧化碳腐蝕模型可供選擇： de Waard 1993 de Waard 2019 Norsok M-506l應(yīng)用腐蝕模塊，可預(yù)測(cè)由于壓力、溫度、流速及流態(tài)變化而引起的腐蝕速度變化。lOLGA算出的流態(tài)被用來(lái)計(jì)算管壁中的油水接觸面。用流動(dòng)模型計(jì)算出來(lái)的壓力，溫度, 液體流速，管壁剪切力來(lái)計(jì)算腐蝕速度。l計(jì)算下列pH值： l不含腐蝕產(chǎn)物的凝析水l被炭酸鐵飽和的凝析水l給定炭酸氫鹽濃度的地層水v 腐蝕模塊腐蝕模塊Corrosion Module）0204060801001201401601802000510152025CHydrate PT Cu

18、rveSEP GAS PT1 SEP GAS BOTTLE A#16000 EOS = SRK PenelouxWaterOil時(shí)間, 間隔水合物顆粒生成水滴水合物增長(zhǎng)水合物結(jié)塊堵塞管道Gasv 水合物動(dòng)力學(xué)模塊水合物動(dòng)力學(xué)模塊Hydrate Kinetics Module）v 化學(xué)劑追蹤模塊化學(xué)劑追蹤模塊MEG Tracking）l應(yīng)用應(yīng)用 l計(jì)算管束橫切面溫度分布，分析隔熱介計(jì)算管束橫切面溫度分布，分析隔熱介質(zhì)的作用質(zhì)的作用l研究同一管束里各個(gè)管之間的熱交換，研究同一管束里各個(gè)管之間的熱交換，例如分析關(guān)井期間和啟動(dòng)時(shí)加熱例如分析關(guān)井期間和啟動(dòng)時(shí)加熱l研究埋地管外部土壤里的溫度場(chǎng)研究埋地管外部土壤里的溫度場(chǎng)l計(jì)算下列過(guò)程的瞬變溫度分布計(jì)算下列過(guò)程的瞬變溫度分布l正常生產(chǎn)正常生產(chǎn)l關(guān)井關(guān)井 l驅(qū)替驅(qū)替l投產(chǎn)投產(chǎn)v 三維熱傳導(dǎo)模塊三維熱傳導(dǎo)模塊FEMtherm Module）l高級(jí)井模塊是專門為油氣井流動(dòng)分析而開發(fā)的。該模塊特別適用于模擬油藏參數(shù)和流動(dòng)關(guān)系密切的系統(tǒng)。油藏流動(dòng)關(guān)系由滲透率、液體物性、油藏大小來(lái)確定；也可以從對(duì)油井實(shí)施壓降/壓力恢復(fù)試井得到。l該模塊含有模擬鉆井的選項(xiàng)?？捎迷撨x項(xiàng)進(jìn)行