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1、Essca BeijingThe Transient Multiphase Flow SimulatorThe Transient Multiphase Flow Simulator全全动态多相流管道模多相流管道模拟系系统ByByESSCA ESSCA Essca Beijing可以模拟在油井、输油管线和油气处置设备中的油、气和水的运可以模拟在油井、输油管线和油气处置设备中的油、气和水的运动形状动形状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运用贯穿整个工程周期运用贯穿整个工程周期概
2、念概念 - - 可行性研讨可行性研讨 - - 详细设计详细设计 - - 操作操作Essca Beijing主要内容主要内容 OLGA的开发背景 OLGA的运用范围 OLGA的模块简介 OLGA的优点Essca Beijing19801980： IFE IFE开场程序的开发开场程序的开发19831983： SINTEF SINTEF启用长间隔高压实验环路启用长间隔高压实验环路1984-19921984-1992：IFEIFE和和SINTEFSINTEF结合结合19891989： SCANDPOWER SCANDPOWER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
3、OLGA的开的开的开的开发发发发背景背景背景背景OLGA 2000OLGA 2000曾曾曾曾经经经经成成成成为为为为石油界非石油界非石油界非石油界非稳态稳态稳态稳态多相流模多相流模多相流模多相流模拟计拟计拟计拟计算的算的算的算的规规规规范化程序范化程序范化程序范化程序Essca Beijing 环道几何尺寸环道几何尺寸 直径：直径：1in1in到到8in8in，一部分到达，一部分到达30in30in 管道长径比可以到达管道长径比可以到达50005000 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
4、实验实验 模型准确性的可靠保模型准确性的可靠保模型准确性的可靠保模型准确性的可靠保证证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 30 30个气相个气相/ /凝析液管道数据凝析液管道数据 15 15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 参与者：参与者： 8-15 8-15 石油公司石油公司Statoil, Total, Agip, ExxonMobilStatoil, Total, Agip, ExxonMobilIFE IFE 和和ScandpowerScandpowe
5、rOVIP OVIP OLGA Verification and Improvement ProjectOLGA Verification and Improvement ProjectEssca BeijingOLGA 2000OLGA 2000用用用用户户户户列表列表列表列表Essca BeijingOLGA 2000OLGA 2000运用运用运用运用 油藏与油井油藏与油井油藏与油井油藏与油井 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
6、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运用运用运用运用 管管管管线线线线 FlowlinesFlowlines 管径与途径管径与途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置与清管管内积液处置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堆积水合物和蜡堆积管束与复杂立管管束与复杂立管管道运转管理管道运转管理Essca BeijingOLGA 2000运用运用 工艺设备工艺设备Process Facilities段塞捕集器设计段塞捕集器设计海底分别器设计海底分别器设
7、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方案停输有方案停输紧急停输紧急停输自动控制自动控制Essca BeijingOLGA 2000运用运用 流动平安保证流动平安保证Safety有害气体跟踪有害气体跟踪过载维护过载维护管道迸裂管道迸裂阀门失效阀门失效低温平安分析低温平安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模模模模拟拟完好的管网系完好的管网系完好的管网系完好的管网系统统 OLGA 2000 OLGA 2000可以模拟复杂可以模拟复杂的管网系统，包括会聚型和分的管网系统，包括会聚型和分流型的节点，不限制进入节点
8、流型的节点，不限制进入节点和分开节点的管道数目。还可和分开节点的管道数目。还可以模拟封锁的系统，例如有共以模拟封锁的系统，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。这种灵敏性为工程师提供计算这种灵敏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、收油设备或工厂网状系统的能够油设备或工厂网状系统的能够性。性。Essca Beijing模模模模拟拟工工工工艺设备艺设备 OLGA 2000 OLGA 2000可以模拟任何复杂方式可以模拟任何复杂方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
9、有几条管线的系统衔接到一个与分别器和紧缩机的下游衔接到一个与分别器和紧缩机的下游管道相连的管汇。管道相连的管汇。 OLGA 2000 OLGA 2000可以模拟的工艺设备有：可以模拟的工艺设备有：两相和三相分别器、临界节流阀和非两相和三相分别器、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紧缩机，有回流管和旁通管的单相流紧缩机，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，管道走漏，清管器控制的源和汇，管道走漏，清管器/ /水水合物堵塞及控制器。合物堵塞及控制器。Essca Beijing在在在在线线/
10、/ / /离离离离线线 现场现场模模模模拟拟器器器器 经过效力器模块，经过效力器模块，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曾经与其协作公司做了几个胜利的工程。曾经与其协作公司做了几个胜利的工程。比较典型的运用是：比较典型的运用是：运转支持运转支持监测管线中经过监测管线中经过/ /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形状的开展变化预测管线系统非稳定形状的开展变化Essca BeijingOLGA 2000OLGA 2000模模模模块块块块引引引
11、引见见见见水三相模水三相模水三相模水三相模块块Water ModuleWater ModuleWater ModuleWater Module预测油水之间的滑脱景象速度差，在流量低的情况预测油水之间的滑脱景象速度差，在流量低的情况下，油水之间会存在很大的滑脱速度。因此水会在管下，油水之间会存在很大的滑脱速度。因此水会在管线低洼处堆积，导致水在部分地段大量聚集，从而具线低洼处堆积，导致水在部分地段大量聚集，从而具有产生水段塞的能够。水在部分地段聚集也能够会导有产生水段塞的能够。水在部分地段聚集也能够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
12、算与通常的油气二相混输的游离水流动形状用来计算与通常的油气二相混输的游离水流动形状运用运用 指出管道中哪里会由于水的堆积而产生腐蚀指出管道中哪里会由于水的堆积而产生腐蚀 确定变产过程中油水能否会以段塞的方式流出确定变产过程中油水能否会以段塞的方式流出管线管线 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 模拟三相分别器模拟三相分别器Essca Beijing段塞流模段塞流模段塞流模段塞流模块块Slugtracking ModuleSlugtracking ModuleSlugtracking ModuleSlugtracking Module与单相
13、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、液瞬时流量有很大动摇，对管道下游管道截面，在管道终点流出的气、液瞬时流量有很大动摇，对管道下游油气加工设备的任务产生不利影响，在管道终点都设有段塞捕集器。油气加工设备的任务产生不利影响，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段塞流模段塞流模段塞流模段塞流模块块Slugtracking Module Slugtracking Module S
14、lugtracking Module 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逝的独特功从生成到从管线流出或在管线里消逝的独特功能能思索段塞构成、合并、增长和缩短的各种机理思索段塞构成、合并、增长和缩短的各种机理模拟水力段塞模拟水力段塞规范规范OLGA 2000OLGA 2000会忽略掉外形锋利的液塞前沿会忽略掉外形锋利的液塞前沿规范规范OLGA 2000OLGA 2000将水力段塞处置为平均值将水力段塞处置为平均值设计集输安装方面具有很高的运用价值设计集输安装方面具有很高的运用价值确定管线下游设备如分别器、紧缩机能否确定管线下游设备如分别
15、器、紧缩机能否合理地处置段塞合理地处置段塞段塞捕集器段塞捕集器/ /分别器的尺寸分别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组组份跟踪模份跟踪模份跟踪模份跟踪模块块Compositional Tracking ModuleCompositional Tracking ModuleCompositional Tracking ModuleCompositional Tracking ModuleXXXXXXX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组份跟踪模份跟踪模份跟
16、踪模份跟踪模块块Compositional Tracking ModuleCompositional Tracking ModuleCompositional Tracking ModuleCompositional Tracking Module 沿管沿管沿管沿管线线的流体的流体的流体的流体组组分由于如下分由于如下分由于如下分由于如下缘缘由能由能由能由能够够会会会会发发生生生生变变化化化化 滑脱影响相滑脱影响相滑脱影响相滑脱影响相间间速度差速度差速度差速度差 界面界面界面界面质质量量量量传输传传输传送送送送 不同流体集合入管网不同流体集合入管网不同流体集合入管网不同流体集合入管网 入口入口入
17、口入口处处流体流体流体流体组组分的改分的改分的改分的改动动 组组分模型分模型分模型分模型经过经过求解每一成分分布在气相、油求解每一成分分布在气相、油求解每一成分分布在气相、油求解每一成分分布在气相、油层层、水、水、水、水层层、油珠、水珠里的物油珠、水珠里的物油珠、水珠里的物油珠、水珠里的物质质守恒方程，跟踪守恒方程，跟踪守恒方程，跟踪守恒方程，跟踪组组分随分随分随分随时间时间和位和位和位和位置的置的置的置的变变化。化。化。化。 组组分相关的典型情况分相关的典型情况分相关的典型情况分相关的典型情况 管网保送不同流体管网保送不同流体管网保送不同流体管网保送不同流体 停停停停产产再启再启再启再启动过
18、动过程程程程 注气注气注气注气/ / / /气气气气举举/ / / /气体气体气体气体质质量跟踪量跟踪量跟踪量跟踪 入口和源的入口和源的入口和源的入口和源的组组分分分分变变化化化化 卸卸卸卸压过压过程程程程 地形段塞地形段塞地形段塞地形段塞/ / / /平安分析平安分析平安分析平安分析Stardard OLGAStardard OLGACompositional Tracking ModuleCompositional Tracking ModuleEssca Beijing三三三三维热传导维热传导模模模模块块FEMtherm ModuleFEMtherm ModuleFEMtherm Mod
19、uleFEMtherm Module运用运用 计算管束横切面温度分布，分析隔热介质的作计算管束横切面温度分布，分析隔热介质的作用用研讨同一管束里各个管之间的热交换，例如分研讨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析关井期间和启动时加热研讨埋地管外部土壤里的温度场研讨埋地管外部土壤里的温度场计算以下过程的瞬变温度分布计算以下过程的瞬变温度分布正常消费正常消费关井关井 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水合物抑制水合物抑制水合物抑制剂剂追踪模追踪模
20、追踪模追踪模块块MEG TrackingMEG Tracking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求的管道中需求的MEGMEG量量到达处置设备时的到达处置设备时的MEGMEG量量安装在此流量下能否运转？安装在此流量下能否运转？确定能否有足够的确定能否有足够的MEGMEG存在来防存在来防止水合物构成止水合物构成 Essca Beijing多相多相多相多相泵泵模模模模块块Multiphase Pump ModuleMultiphase Pump ModuleMultiphase Pump Mo
21、duleMultiphase 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。假设短少所要泵的特性，可以用泵特性表。假设短少所要泵的特性，可以用程序内含的典型泵特性。程序内含的典型泵特性。 可以用控制器调理泵速和回流流量，用户可可以用控制器调理泵速和回流流量，用户可以选择的回流为气、液体、水或一切多相混以选择的回流为气、液体、水或一切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蜡堆蜡堆蜡堆蜡堆积积模模模模
22、块块Wax ModuleWax ModuleWax ModuleWax ModuleOLGA 2000OLGA 2000的蜡堆积模块具有计算蜡质成分沿管线传输和的蜡堆积模块具有计算蜡质成分沿管线传输和堆积过程的功能。当内管壁温度低于结蜡点时，蜡质经堆积过程的功能。当内管壁温度低于结蜡点时，蜡质经过分子分散堆积到管壁上。当油温低于结蜡点时，蜡质过分子分散堆积到管壁上。当油温低于结蜡点时，蜡质从油中析出。从油中析出。影响影响添加管壁粗糙度添加管壁粗糙度管径减小管径减小由于固体蜡颗粒的堆积油相表观粘度添加由于固体蜡颗粒的堆积油相表观粘度添加预测能否需求预测能否需求隔热隔热/ /加热加热注化学剂注化学
23、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/ /蜡堆积粘度调整蜡堆积粘度调整动态预测管线及海底油井里蜡堆积的独特工具动态预测管线及海底油井里蜡堆积的独特工具Essca Beijing油井加油井加油井加油井加强强模模模模块块Advanced Well ModuleAdvanced Well ModuleAdvanced Well ModuleAdvanced Well Module油井加强模块是专门为油气井流动分析而开发的。该油井加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亲密的系统。模块特别适用于模拟油藏
24、参数和流动关系亲密的系统。油藏流动关系由浸透率、液体物性、油藏大小来确定；油藏流动关系由浸透率、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。可用该选项进展钻井过该模块含有模拟钻井的选项。可用该选项进展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。采用挪动网格法计算钻井过程内的流动如气举。采用挪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。典型场所典型场所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
25、间流动，气举消费和测试井的停产启动过程消费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复复复杂杂流体模型模流体模型模流体模型模流体模型模块块Complex Fluid ModuleComplex Fluid ModuleComplex Fluid ModuleComplex Fluid Module象剪切稀释及屈服应力这样的非牛顿景象能象剪切稀释及屈服应力这样的非牛顿景象能够会对多相流产生很大的影响够会对多相流产生很大的影响, , 改动消费系改动消
26、费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。就是程度流动就是程度流动, , 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添加而下降。这种景象量的添加而下降。这种景象, , 再加上实践管再加上实践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, , 能够能够产生非稳定流产生非稳定流, , 扩展出现流动振荡的范围。扩展出现流动振荡的范围。取决于流变性取决于流变性, , 粘度的添加使流动向层流靠粘度的添加使流动向层流靠拢拢, , 从而添加气液之间的滑脱从而添加气液之间的滑脱, , 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
27、多, , 压降更大。压降更大。非稳态多相流中的独特工具，能判别非牛顿流能否非稳态多相流中的独特工具，能判别非牛顿流能否会给稳定性、持液率及压降呵斥严重影响会给稳定性、持液率及压降呵斥严重影响在以下情况下在以下情况下, ,流体能够会出现非牛顿景象流体能够会出现非牛顿景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腐腐腐腐蚀蚀模模模模块块Corrosion ModuleCorrosion ModuleCorrosion 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以下三种常用的二氧化碳腐蚀以下三种常用的二氧化碳腐蚀模型可供选择：模
28、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运用腐蚀模块，可预测沿管线由于压力、温度、运用腐蚀模块，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, ,
29、 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。计算以下计算以下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途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途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 ToolboxMATLAB ToolboxMATLAB Toolbox OLGA 2000 MATLABOLGA 20
30、00 MATLAB工具箱使工具箱使MATLABMATLAB获取获取OLGA 2000OLGA 2000多相流计算结果。在多相流运用多相流计算结果。在多相流运用中，运用工程师可以在中，运用工程师可以在MATLABMATLAB指令中运用指令中运用OLGA2000MATLABOLGA2000MATLAB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。运用范围运用范围消费仿真消费仿真2D-3D2D-3D绘图绘图模拟结果后处置模拟结果后处置控制器设计控制器设计Matlab&OLGAMatlab&OLGA二
31、次开发二次开发Essca BeijingMATLABMATLAB工具箱工具箱工具箱工具箱 MATLAB ToolboxMATLAB Toolbox MATLAB MATLAB工具箱经过工具箱经过OLGA 2000OLGA 2000效力器界面效力器界面 /TCP/IP /TCP/IP协议与多相协议与多相流模拟程序衔接。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衔接。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根底，故而由于产液的特性化和物性计算是流体计算的根底，故而
32、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严密的协作。公司流体物性和相平衡专家有着严密的协作。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运用于运用于OLGA 2000OLGA 2000的的PVTPVT软件包软件包
33、Essca BeijingOLGA 2000OLGA 2000优优优优点点点点独一得到认证的动态多相流动模拟器独一得到认证的动态多相流动模拟器艰苦决策的可靠保证艰苦决策的可靠保证最小的不确定性最小的不确定性运用时间贯穿设计到操作整个工程周期运用时间贯穿设计到操作整个工程周期可以模拟油井、管道和工艺设备可以模拟油井、管道和工艺设备不需求运用多个软件节约本钱不需求运用多个软件节约本钱综合性模块综合性模块 例如段塞追踪，结蜡例如段塞追踪，结蜡可用于流动保证的一切领域可用于流动保证的一切领域稳态和动态模拟稳态和动态模拟当动态计算时减少反复任务并减少时间当动态计算时减少反复任务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消费力最大化您的消费力Essca Beijing
