OLGA全动态多相流模拟软件

1、olga是当今世界领先的全动态多相流模拟计算软件，可以模拟在油井、输油管线和油气处理设备中的油、气和水的运动状态复杂的海上油田开发陆上油田开发及油气集输 海底混输管线使用贯穿整个项目周期：概概念念设计设计- - 可行性可行性研研究究- - 详细设计详细设计- - 运运行管理行管理prdrainage boundarywell borepwfpwhp riser basewell headriserbasep sepflow lineseparatorpressure lossesreservoirproductionfacilitiesolga1980： ife开始程序的开发1983： sin

2、tef启用长距离高压试验环路1989： scandpower公司获得olga软件商业化的专有权v olga的开发背景的开发背景l 环道几何尺寸 直径：1in到8in，一部分达到30in 管道长径比可以达到5000 管道倾角从-15到90l 压力从1到100barl 实验介质可以包括各种流体v实验实验 模型准确性的可靠保证模型准确性的可靠保证l 最大的多相流数据库 来自实验室的10000数据点 30个气相/凝析液管道数据 15条较低气油比管道数据 来自不同源的油井数据l 参加者 8-15 石油公司statoil, total, agip, exxonmobil ife和scandpowerv o

3、vip多相混输的动静态水力计算多相混输的动静态水力计算管道尺寸和路径管道尺寸和路径液相处理设备的容量液相处理设备的容量液体产量的控制液体产量的控制 正常操作 增产和减产 清管器的操作 关井和停产再启动过程 管线增压和卸压过程沿管道的压力降沿管道的压力降水合物水合物, , 结蜡结蜡管道腐蚀管道腐蚀v 非稳态多相流模拟非稳态多相流模拟面临的主要挑战面临的主要挑战pipeline water holdup profile05101520020000400006000080000pipeline distancewater holdup (%)040080012001600elevation (m)e

4、levationwaterholdup液体容易聚集在管道较低的位置液体容易聚集在管道较低的位置, , 水会和油分离并滞留在管道的底部水会和油分离并滞留在管道的底部v 多相混输中常见的问题多相混输中常见的问题 水水trend datatotal liquid mass flow outlet kg/skg/s400350300250200150100500-50-100time sc:olga-2000testcaseshydr-slug-3phase.inp3200300025002000150010005000v 多相混输中常见的问题多相混输中常见的问题段塞流段塞流 产量增加产量增加, ,管

5、线中的滞液率减少管线中的滞液率减少 产量变化会引发产量变化会引发段塞段塞流流gas production rateliquid inventoryinitialamountfinalamountamountremovedv 多相混输中常见的问题多相混输中常见的问题产量变化产量变化 关井和重新开井的过渡过程关井和重新开井的过渡过程 关井后液体在重力的影响下重新分布 停产再启动后不断增加的流量可能会引起段塞流b-gas and liquid outlet flowa-liquid distribution after shutdownshutdownflowrategasliquidv 多相混输中

6、常见的问题多相混输中常见的问题关井和重新开井关井和重新开井 地形引起的地形引起的段塞段塞流流 a: 液体聚集在地势低的地方, 堵塞了流动, 液体逐渐增加 b: 在堵塞点的上游压力增加 c&d: 当压力高到一定程度, 气体将低处的液体推出去,形成了一个液体段塞地形引起的地形引起的段塞段塞流可能会在管道出口流可能会在管道出口处引起相当严重的压力及液体流量波处引起相当严重的压力及液体流量波动动地形引起的地形引起的段塞段塞流是流是非稳态的非稳态的, , 必须必须用动态模拟软件来预测其流动过程用动态模拟软件来预测其流动过程a. slug formationb.slug productionc.

7、gas penetrationd. gas blow-downv 多相混输中常见的问题多相混输中常见的问题地形引起段塞地形引起段塞 清管器模拟清管器模拟 随着清管器在管线中推进, 将会有大量液体聚集在清管器前部.清管器将会带出大量液体 优化清管器操作a: slug build-upb. front arrivalc. slug surfaced. pig arrivaltimeflowrategasliquidabcdv 多相混输中常见的问题多相混输中常见的问题清管器模拟清管器模拟 流动稳定性取决于管道进口流量流动稳定性取决于管道进口流量0510152025020406080100120tim

8、e (min)liquid flow rate at riser top (kg/s)10 kg/s mixture15 kg/s mixtureflowlineprofilev 多相混输中常见的问题多相混输中常见的问题流量和流动稳定性流量和流动稳定性 水和物曲线水和物曲线加了加了11 wt% 11 wt% 甲醇甲醇(methanol)(methanol)之后水增大了水合物的安全区之后水增大了水合物的安全区0501001502000510152025temperature (deg. c)pressure (bar)11 wt% meoh in waterpipelineno meohinje

9、ction水合物区水合物区inlet separatorv 多相混输中常见的问题多相混输中常见的问题水合物水合物 对管道做绝热保护对管道做绝热保护 通常用于比较短的和中等长度的管线 较长的凝析油一般不用这种方法管束管束 复杂的管束可用于深水管线系统 通常用于立管以及比较短的和中等长度的管线注入化学剂阻止水合物的生成注入化学剂阻止水合物的生成 一般用于凝析油系统 用于输油管线的关键部位和操作的关键阶段例如井口例如井口关井关井 - - 冷却冷却 - - 开井开井v 多相混输中常见的问题多相混输中常见的问题控制水合物控制水合物 瞬态模型瞬态模型段塞分析段塞分析人工举升优化人工举升优化关井关井开井开井

10、积液积液水合物形成水合物形成油井清洁油井清洁稳态设计稳态设计油管性能油管性能油井流入动态油井流入动态完井设计完井设计人工举升设计人工举升设计传热计算传热计算v olga 油藏与油井油藏与油井 l管径与路径管径与路径l操作操作段塞启动，停输，产量变化管内积液处理与清管卸压传热计算传热计算保温层与埋地管水合物和蜡沉积管束与复杂立管管道运行管理系统管道运行管理系统v olga 管线管线 lolgaolga 可以模拟的工艺处理设备可以模拟的工艺处理设备段塞捕集器 多相流分离器气体压缩机多相流泵控制器阀门清管器换热器l和其他设备模拟软件连接和其他设备模拟软件连接hysys dynamics (aspen

11、tech)unisim (honeywell)d-spice (kongsberg)indiss (rsi)set (kongsberg)dynsim (invensys)v olga 工艺处理设备工艺处理设备l跟踪危险气体跟踪危险气体l过压保护过压保护l管道断裂或泄漏管道断裂或泄漏l阀门误动作阀门误动作l控制最低温度控制最低温度l压力波动压力波动l水锤水锤l计算计算泄泄压过程中释放的流量压过程中释放的流量l换热器内漏换热器内漏v olga 安全分析安全分析三相三相流基流基本平台本平台v olga 多相流动态模拟和分析模块多相流动态模拟和分析模块该模块提供含水三相管流计算的功能是olga运行的

12、基本平台，olga运行的基础，olga的其他的模块需要插入到该平台中运行。batch module 是整个软件的核心和灵魂，其中包装了olga计算模型，而且该模型是在长期的大量的实验和现场数据校验的情况下封装的，正因为olga模型的实验环境和研发过程的先进性决定了该模型为当前管道工业界最先进的模型，并且成为业界的多相流管道模拟计算的标准。server module 为olga软件运行于网络中提供了数据管理，资源调度，多用户系统环境。gui module 是一个olga系统的图形用户界面，提供了人机交互建模，动态曲线分析，参数敏感性研究，报告结果打印输出等各种基础功能，同时还提供了大量的关键字，

13、可以让用户将各种工艺控制设备定义到系统当中。geometry module 交互定义管道高程走向，快速粗化地形测量数据，形成管道地形分布走向模型。v 三相流基本平台（三相流基本平台（basic 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特功能考虑段塞形成、合并、增长和缩短的各种机理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地形起伏停输再启动产量变化清管计算段塞长度计算段塞长度v 段塞跟踪模块（段塞跟踪模块（slugtracking module）沿管线的流体组分由于如下原因可能沿管线的流体组分由于如下原因可能会发生变化会发生变化 滑脱影响（相间速度差）

14、 界面质量传输传递 不同流体汇合入管网 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、水珠里相、油层、水层、油珠、水珠里的物质守恒方程，跟踪组分随时的物质守恒方程，跟踪组分随时间和位置的变化。间和位置的变化。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停产再启动过程注气/气举/气体质量跟踪入口和源的组分变化卸压过程地形段塞/安全分析v 组份跟踪模块（组份跟踪模块（compositional tracking）

15、lolga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。l影响影响增加管壁粗糙度管径减小由于固体蜡颗粒的沉积油相表观粘度增加预测是否需要预测是否需要隔热/加热注化学剂清管器清蜡v 蜡沉积模块（蜡沉积模块（wax module）下列三种常用的二氧化碳腐蚀模型可供选择： de waard 1993 de waard 1995 norsok m-506l应用腐蚀模块，可预测由于压力、温度、流速及流态变化而引起的腐蚀速度变化。lolga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，

16、温度, 液体流速，管壁剪切力来计算腐蚀速度。l计算下列ph值： 不含腐蚀产物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v 腐蚀模块（腐蚀模块（corrosion module）0204060801001201401601802000510152025chydrate pt curvesep gas pt1 sep gas bottle a#16000 eos = srk penelouxwateroil时间, 距离水合物颗粒生成水滴水合物增长水合物结块堵塞管道gasv 水合物动力学模块（水合物动力学模块（hydrate kinetics module）v 化学剂追踪模块（化学剂追踪模

17、块（meg tracking）l应用应用 计算管束横切面温度分布，分析隔热介质的作用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研究埋地管外部土壤里的温度场l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v 三维热传导模块（三维热传导模块（femtherm module）l高级井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。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/压力恢复试井得到。l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。l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