1、Essca Beijing The Transient Multiphase Flow Simulator 全动态全动态多相流多相流管道模拟系统管道模拟系统 By ESSCA Beijing 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
2、计 -操作操作 Essca Beijing 主要内容主要内容 OLGA的开发背景 OLGA的应用范围 OLGA的模块简介 OLGA的优点 Essca Beijing 19801980：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 19841984-19921992：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 OLGA的开发背景的开发背景 OLGA 20002000已经成为石油界非
3、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 直径：直径：1in1in到到8in8in，一部分达到，一部分达到30in30in 管道长径比可以达到管道长径比可以达到50005000 管道倾角从管道倾角从-1515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 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 来自实验室的来自实验室的1000010000数据点数据点 3030个气相
4、个气相/凝析液管道数据凝析液管道数据 1515条较低气油比管道数据条较低气油比管道数据 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：8 8-15 15 石油公司石油公司 Statoil,Total,Agip,ExxonMobilStatoil,Total,Agip,ExxonMobil IFE IFE 和和ScandpowerScandpower OVIP OLGA Verification and Improvement Project Essca Beijing OLGA 2000用户列表用户列表 Essca Beijing OLGA 2000应用应用 油藏与油井（油藏与油井
5、（WellsWells）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 OLGA 2000应用应用 管线（管线（FlowlinesFlowlines）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
6、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 Beijing OLGA 2000应用应用 工艺设备（工艺设备（Process 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 Beijing OLGA 2000应用应用 流动安全保障（流动安全保障（SafetySafety）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
7、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 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
8、可能油设施或工厂网状系统的可能性。性。Essca Beijing 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
9、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 在线在线/离线离线 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：运行支持运行支持 监测管线中通过监测
10、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 OLGA 2000模块介绍模块介绍 水三相模块水三相模块（Water 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
11、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 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 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 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 解释抑制剂解释抑制剂 模拟三相分离器模拟三相分离器 PIPELINE WATER HOLDUP PROFILE05101
12、520020000400006000080000Pipeline DistanceWater Holdup(%)040080012001600Elevation(m)ElevationWaterHoldupEssca Beijing 段塞流模块段塞流模块（Slugtracking 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
13、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：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段塞流模块段塞流模块（Slugtracking Module ）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
14、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 2000OLGA 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 Beijing 组份跟踪模块组份跟踪模块（Compositional Tracking Module
15、）X X X X X X X 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（Compositional 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 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 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 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
16、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。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 停产再启动过程停产再启动过程 注气注气/气举气举/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 卸压过程卸压过程 地形段塞地形段塞/安全分析安全分析 Stardard OLGA Compositional Tracking Module Essca Beijing 三维热传导模块三维热传导模块（FEMtherm 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
