OLGA全動態(tài)多相流模擬軟件第1頁/共34頁PrdrainageboundarywellborePwfPwhPriserbasewellheadriser

basePsepflowlineseparatorPressurelossesReservoirProductionFacilitiesOLGA第2頁/共34頁1980：IFE開始程序的開發(fā)1983：SINTEF啟用長距離高壓試驗環(huán)路1989：SCANDPOWER公司獲得OLGA軟件商業(yè)化的專有權OLGA——石油界非穩(wěn)態(tài)多相流模擬計算的標準化程序

OLGA的開發(fā)背景第3頁/共34頁

環(huán)道幾何尺寸

直徑：1in到8in，一部分達到30in

管道長徑比可以達到5000

管道傾角從-15到90

壓力從1到100bar

實驗介質可以包括各種流體實驗——模型準確性的可靠保證第4頁/共34頁

最大的多相流數(shù)據(jù)庫

來自實驗室的10000數(shù)據(jù)點

30個氣相/凝析液管道數(shù)據(jù)

15條較低氣油比管道數(shù)據(jù)來自不同源的油井數(shù)據(jù)

參加者

8-15石油公司Statoil,Total,Agip,ExxonMobilIFE和ScandpowerOLGAVerificationandImprovementProject

OVIP第5頁/共34頁多相混輸?shù)膭屿o態(tài)水力計算管道尺寸和路徑液相處理設備的容量液體產(chǎn)量的控制正常操作增產(chǎn)和減產(chǎn)清管器的操作關井和停產(chǎn)再啟動過程

管線增壓和卸壓過程沿管道的壓力降水合物,結蠟管道腐蝕非穩(wěn)態(tài)多相流模擬面臨的主要挑戰(zhàn)第6頁/共34頁液體容易聚集在管道較低的位置,水會和油分離并滯留在管道的底部多相混輸中常見的問題–水第7頁/共34頁液體在管道出口的流量多相混輸中常見的問題–段塞流

第8頁/共34頁產(chǎn)量增加,管線中的滯液率減少產(chǎn)量變化會引發(fā)段塞流多相混輸中常見的問題–產(chǎn)量變化

第9頁/共34頁關井和重新開井的過渡過程關井后液體在重力的影響下重新分布停產(chǎn)再啟動后不斷增加的流量可能會引起段塞流多相混輸中常見的問題–關井和重新開井

第10頁/共34頁地形引起的段塞流A:液體聚集在地勢低的地方,堵塞了流動,液體逐漸增加B:在堵塞點的上游壓力增加C&D:當壓力高到一定程度,氣體將低處的液體推出去,形成了一個液體段塞地形引起的段塞流可能會在管道出口處引起相當嚴重的壓力及液體流量波動地形引起的段塞流是非穩(wěn)態(tài)的,必須用動態(tài)模擬軟件來預測其流動過程多相混輸中常見的問題–地形引起段塞

第11頁/共34頁清管器模擬隨著清管器在管線中推進,將會有大量液體聚集在清管器前部.清管器將會帶出大量液體優(yōu)化清管器操作多相混輸中常見的問題–清管器模擬

第12頁/共34頁流動穩(wěn)定性取決于管道進口流量0510152025020406080100120Time(min)Liquidflowrateatrisertop(kg/s)10kg/smixture15kg/smixtureFlowlineprofile多相混輸中常見的問題–流量和流動穩(wěn)定性

第13頁/共34頁水和物曲線加了11wt%甲醇(methanol)之后水增大了水合物的安全區(qū)0501001502000510152025Temperature(Deg.C)Pressure(bar)11wt%MeOHinwaterPipelineNoMeOHinjection水合物區(qū)Inletseparator多相混輸中常見的問題–水合物

第14頁/共34頁對管道做絕熱保護通常用于比較短的和中等長度的管線較長的凝析油一般不用這種方法管束復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度的管線注入化學劑阻止水合物的生成一般用于凝析油系統(tǒng)用于輸油管線的關鍵部位和操作的關鍵階段

例如井口

關井-冷卻-開井多相混輸中常見的問題–控制水合物

第15頁/共34頁瞬態(tài)模型段塞分析人工舉升優(yōu)化關井開井積液水合物形成油井清潔穩(wěn)態(tài)設計油管性能油井流入動態(tài)完井設計人工舉升設計傳熱計算

OLGA?–油藏與油井

第16頁/共34頁管徑與路徑操作段塞啟動，停輸，產(chǎn)量變化管內積液處理與清管卸壓傳熱計算保溫層與埋地管水合物和蠟沉積管束與復雜立管管道運行管理系統(tǒng)

OLGA?–

管線

第17頁/共34頁OLGA?可以模擬的工藝處理設備段塞捕集器

多相流分離器氣體壓縮機多相流泵控制器閥門清管器換熱器和其他設備模擬軟件連接HYSYSDynamics(Aspentech)UniSim(Honeywell)D-SPICE(Kongsberg)INDISS(RSI)SET(Kongsberg)Dynsim(Invensys)

OLGA?–

工藝處理設備第18頁/共34頁跟蹤危險氣體過壓保護管道斷裂或泄漏閥門誤動作控制最低溫度壓力波動水錘計算泄壓過程中釋放的流量換熱器內漏

OLGA?–

安全分析第19頁/共34頁水合物動力學模塊穩(wěn)態(tài)模塊三維熱傳導模塊高級井模塊組分跟蹤模塊多相泵段塞跟蹤模塊腐蝕模塊三相流基本平臺MEG跟蹤模塊蠟沉積模塊MATLABToolbox復雜流體模塊PVTsim

OLGA?–多相流動態(tài)模擬和分析模塊第20頁/共34頁該模塊提供含水三相管流計算的功能是OLGA運行的基本平臺，OLGA運行的基礎，OLGA的其他的模塊需要插入到該平臺中運行。BatchModule是整個軟件的核心和靈魂，其中包裝了OLGA計算模型，而且該模型是在長期的大量的實驗和現(xiàn)場數(shù)據(jù)校驗的情況下封裝的，正因為OLGA模型的實驗環(huán)境和研發(fā)過程的先進性決定了該模型為當前管道工業(yè)界最先進的模型，并且成為業(yè)界的多相流管道模擬計算的標準。ServerModule為OLGA軟件運行于網(wǎng)絡中提供了數(shù)據(jù)管理，資源調度，多用戶系統(tǒng)環(huán)境。GUIModule是一個OLGA系統(tǒng)的圖形用戶界面，提供了人機交互建模，動態(tài)曲線分析，參數(shù)敏感性研究，報告結果打印輸出等各種基礎功能，同時還提供了大量的關鍵字，可以讓用戶將各種工藝控制設備定義到系統(tǒng)當中。GeometryModule交互定義管道高程走向，快速粗化地形測量數(shù)據(jù)，形成管道地形分布走向模型。三相流基本平臺（Basic

Module）第21頁/共34頁跟蹤每個段塞從生成到從管線流出或在管線里消失的獨特功能考慮段塞形成、合并、增長和縮短的各種機理產(chǎn)生段塞流的不同機理水力段塞流態(tài)地形起伏停輸再啟動產(chǎn)量變化清管計算段塞長度段塞跟蹤模塊（SlugtrackingModule）第22頁/共34頁沿管線的流體組分由于如下原因可能會發(fā)生變化

滑脫影響（相間速度差）

界面質量傳輸傳遞

不同流體匯合入管網(wǎng)

入口處流體組分的改變組分模型通過求解每一成分分布在氣相、油層、水層、油珠、水珠里的物質守恒方程，跟蹤組分隨時間和位置的變化。能確定流體組分的動態(tài)變化及每個組分沿管線的分布（時間和空間）組分相關的典型情況管網(wǎng)輸送不同流體停產(chǎn)再啟動過程注氣/氣舉/氣體質量跟蹤入口和源的組分變化卸壓過程地形段塞/安全分析組份跟蹤模塊（CompositionalTracking）第23頁/共34頁OLGA的蠟沉積模塊具有計算蠟質成分沿管線傳輸和沉積過程的功能。當內管壁溫度低于結蠟點時，蠟質通過分子擴散沉積到管壁上。當油溫低于結蠟點時，蠟質從油中析出。影響增加管壁粗糙度管徑減小由于固體蠟顆粒的沉積油相表觀粘度增加預測是否需要隔熱/加熱注化學劑清管器清蠟動態(tài)預測管線及油井里蠟沉積的獨特工具蠟沉積模塊（WaxModule）第24頁/共34頁計算油氣管內二氧化碳腐蝕速度一個重要用處是能預測哪些位置的腐蝕問題比較嚴重下列三種常用的二氧化碳腐蝕模型可供選擇：

deWaard1993deWaard1995NorsokM-506應用腐蝕模塊，可預測由于壓力、溫度、流速及流態(tài)變化而引起的腐蝕速度變化。OLGA算出的流態(tài)被用來計算管壁中的油水接觸面。用流動模型計算出來的壓力，溫度,液體流速，管壁剪切力來計算腐蝕速度。計算下列pH值：不含腐蝕產(chǎn)物的凝析水被炭酸鐵飽和的凝析水給定炭酸氫鹽濃度的地層水腐蝕模塊（CorrosionModule）第25頁/共34頁水合物動力學模塊可以預測水合物平衡曲線水合物形成速率運移方程-水合物流變性-水合物流動模型WaterOil時間,距離水合物顆粒生成水滴水合物增長水合物結塊堵塞管道Gas水合物動力學模塊（HydrateKineticsModule）第26頁/共34頁跟蹤MEG沿管道的聚集和分布確定管道中MEG的總量MEG隨產(chǎn)量變化管道中需要的MEG量到達處理設備時的MEG量裝置在此流量下能否運行？確定是否有足夠的MEG存在來防止水合物形成化學劑追蹤模塊（MEGTracking）第27頁/共34頁應用

計算管束橫切面溫度分布，分析隔熱介質的作用研究同一管束里各個管之間的熱交換，例如分析關井期間和啟動時加熱研究埋地管外部土壤里的溫度場計算下列過程的瞬變溫度分布正常生產(chǎn)關井驅替投產(chǎn)采用有限元法模擬管束，埋地管，復雜立管中的流體和傳熱介質之間的瞬變傳熱三維熱傳導模塊（FEMthermModule）第28頁/共34頁高級井模塊是專門為油氣井流動分析而開發(fā)的。該模塊特別適用于模擬油藏參數(shù)和流動關系密切的系統(tǒng)。油藏流動關系由滲透率、液體物性、油藏大小來確定；也可以從對油井實施壓降/壓力恢復試井得到。該模塊含有模擬鉆井的選項?？捎迷撨x項進行鉆井過程中傳熱和流動計算。鉆井選項能計算同心管或附管內的流動（如氣舉）。采用移動網(wǎng)格法計算鉆井過程中在鉆桿中的流動。典型場合鉆井過程的傳熱和流動計算環(huán)形空間流動，氣舉生產(chǎn)和測試井的停產(chǎn)啟動過程注入井（水、氣交替注入）鉆井過程中壓力控制（如欠平衡鉆井）井噴模擬該模塊模擬井筒內瞬態(tài)多相流高級井模塊（AdvancedWellModule）第29頁/共34頁優(yōu)化多相增壓，設計和操作分析模塊使我們能詳細地模擬離心泵或體積泵。泵的特性以表格的方式給定。用戶可以輸入泵特性表。如果缺少所要泵的特性，可以用程序內含的典型泵特性。

可以用控制器調節(jié)泵速和回流流量，用戶可以選擇的回流為氣、液體、水或所有多相混合液多相泵模塊（MultiphasePumpModule）第30頁/共34頁象剪切稀釋及屈服應力這樣的非牛頓現(xiàn)象可能會對多相流產(chǎn)生很大的影響,改變生產(chǎn)系統(tǒng)的流動穩(wěn)定性,引發(fā)非穩(wěn)定多相流。就是水平流動,在一定的條件下,壓降會隨產(chǎn)量的增加而下降。這種現(xiàn)象,再加上實際管線起伏變化由于重力引起的不穩(wěn)定性,可能產(chǎn)生非穩(wěn)定流,擴大出現(xiàn)流動振蕩的范圍。取決于流變性,粘度的增加使流動向層流靠攏,從而增加氣液之間的滑脫,最終導致傾斜管中的持液量更多,壓降更大。非穩(wěn)態(tài)多相流中的獨特工具，能判斷非牛頓流是否會給穩(wěn)定性、持液率及壓降造成嚴重影響在下列情況下,流體可能會出現(xiàn)非牛頓現(xiàn)象重油含蠟油乳狀液水合物混合物復雜流體模型模塊（ComplexFluidModule）第31頁/共34