Pipesim 2019 Моделирование стационарного многофазного потока Техническое описание 2019 г. 2 Pipesim моделирование стационарного многофазного потока pipesim моделирование стационарного многофазного потока 3 содержание
 Скачать 1.33 Mb.
|
|
Источники и стоки ▪ Определение в системе точек входа и выхода флюида (источников, стоков) вместо добывающих/нагнетательных скважин. ▪ Возможность задания кривых PQ при выборе источника, что отразит производительность скважины при изменении условий. Штуцеры (наземные/ скважинные) PIPESIM предоставляет возможность моделировать штуцеры и дроссели, как на поверхности, так и в скважине. В том числе: • Задание пользователем или расчет размера штуцера. • Задание пользователем или расчет критического перепада давлений в штуцере. • Для расчета потерь давления в докритическом или критическом потоке в PIPESIM также доступны различные корреляции. • Также доступны расширенные опции для настройки режима работы штуцера заданием специальных коэффициентов потока для жидкой и газовой фаз, коэффициента расхода, Cp/Cv, фактор расширения газа и т.д. Насосы • Управление производительностью насоса с помощью применения ограничений для перепада давления, мощности и т.д. или их комбинаций. • Расчет параметров насоса – перепад давления, мощность и т.д. для одного или нескольких наборов условий эксплуатации. • Простая термодинамическая модель либо заданные пользователем кривые • Большинство параметров работы насоса – напор, перепад давления, 22 PIPESIM МОДЕЛИРОВАНИЕ СТАЦИОНАРНОГО МНОГОФАЗНОГО ПОТОКА мощность, число ступеней (если применимо), скорость (если применима), эффективность и т.д. доступны в качестве переменных чувствительности для проектирования или анализа неопределенностей. • Коррекция вязкости (метод Turzo) Многофазный насос ▪ Многофазный насос (рассматривается как насос и компрессор работающие параллельно) ▪ OneSubsea компании Шлюмберже, мультифазные насосы и компрессоры неподготовленного газа: - Каталог моделей - Факторы настройки - Параллельная и рециркуляционная работа в зависимости от моделей - создание подробных карт производительности • Контроль производительности насоса с помощью применения эксплуатационных ограничений в различных сочетаниях. • Большинство параметров насоса (в зависимости от выбранной модели и типа) – напор, перепад давления, мощность, скорость, эффективность, параметр напора, параметр расхода и т.д. доступны в качестве переменных чувствительности для проектирования или анализа неопределенностей Компрессоры и детандеры • Моделирование центробежных и поршневых компрессоров также как и детандеров • Контроль производительности компрессора с применением ограничений перепада давления, мощности и т.д. или их комбинации. • Выбор между различными термодинамическими процессами – адиабатическим, политропным или расчёт расширения на основе метода Mollier. • Поршневые компрессоры позволяют выбрать несколько ступеней. Также существует возможность добавления промежуточного охладительного температурного режима. Пользователь может моделировать производительность компрессора по ряду параметров падения давления. • Пользователь может добавить дополнительные кривые производительности в базу данных PIPESIM. • Большинство параметров производительности компрессора – напор, перепад давления, мощность, число ступеней (если применимо), скорость (если применима), эффективность и т.д. доступны в качестве переменных чувствительности для проектирования или анализа неопределенностей. Универсальный тип оборудования Объект универсальный тип оборудования позволяет пользователю моделировать устройства, отсутствующие в базе данных оборудования в PIPESIM. Основные особенности: • Моделирование оборудования с комбинацией одного или нескольких параметров: o Перепад температуры или фиксированная температура на выходе o Перепад давления или фиксированное давление на выходе (регуляторы) o Устройство с фиксированной нагрузкой • Выбор среди различных термодинамических процессов – изотермического, изоэнтальпийный и изоэнтропийный. PIPESIM МОДЕЛИРОВАНИЕ СТАЦИОНАРНОГО МНОГОФАЗНОГО ПОТОКА 23 Сепаратор (встроенный наземный и скважинный) PIPESIM имеет несколько вариантов моделирования сепараторов, в том числе: • Сепарация, основанная на термодинамических расчетах PIPESIM, выполняемых для всех видов жидкостей, определенных с помощью условий P, T • Встроенные сепараторы (скважинные или наземные) отделяющие газ, воду или жидкость с заданной пользователем эффективностью сепарации • Сетевые сепараторы позволяют отслеживать потоки основной и отделённой фаз, путем регулировки непрерывности давления через сепараторы, для обеспечения выполнения граничных условий каждого выходящего потока • PIPESIM позволяет настроить в сепараторах серийные/параллельные схемы для моделирования условий многоступенчатой сепарации Теплообменники Теплообменники могут быть использованы для моделирования нагревателей и охладителей. Некоторые ключевые особенности включают: • Моделирование оборудования с комбинацией одной или нескольких настроек: o Фиксированная температура на выходе, парепад температур или нагрузка o Фиксированное падение давления или перепад давлений • Все эти параметры доступны как переменные чувствительности • Доступен широкий набор отчетов для условий на входе и выходе Закачка флюида PIPESIM позволяет моделировать закачку флюида и на поверхности, и в стволе скважины. Закачка флюида может быть использована для нагнетания химреагентов или других флюидов для решения проблем, связанных с обеспечением бесперебойного режима потока. Основные особенности: • Возможность вводить любой тип флюида (модель чёрной нефти, композиционная, файл MFL (полученный из Multiflash Standalone) • Возможность моделировать газлифт в стояке • Закачиваемый флюид эффективно смешивается с основным флюидом, позволяя прогнозировать свойства смеси Сумматоры/ множители Сумматоры и /или множители используются в качестве инструментов моделирования систем добычи/закачки в множестве сценариев. Некоторые примеры: • Проектирование трубопроводных систем для учета увеличивающейся со временем мощности • Моделирование неполной загрузки в наземных трубопроводах • Проектирование параллельных трубопроводов Обратный клапан Использование обратных клапанов для перекрытия потока 24 PIPESIM МОДЕЛИРОВАНИЕ СТАЦИОНАРНОГО МНОГОФАЗНОГО ПОТОКА Моделирование мультифазных насосов и компрессоров неподготовленного газа из OneSubsea. Коррозия и эрозия Понимание основ коррозии имеет важное значение для разработки эффективной стратегии, которая позволят эффективно её контролировать. Коррозия возникает потому, что водная фаза почти всегда присутствует в нефтяных и газовых средах. Коррозия зависит от концентрации СО 2 , температуры, давления, режима течения и дебита флюида. PIPESIM определяет места подверженные коррозии и, в частности, прогнозирует скорость коррозии CO 2 . Модель коррозии Де Ваарда рассчитывает скорость коррозии, вызванной наличием CO 2 растворенного в воде. Концентрация CO 2 определяется из свойств жидкости (модель чёрной нефти или композиционная). Эрозия потенциально очень вредна. Она может возникнуть в жидкости без присутствия твёрдых фаз, но усугубляется захваченными твердыми частицами (песок). Уровень выноса песка является основным фактором, определяющим скорость эрозии. В PIPESIM, инженеры могут моделировать эрозию, чтобы выбрать необходимое оборудование и материалы. Методы моделирования эрозии в PIPESIM включают API 14E и модели Салама. Предел скорости эрозии рассчитывается на основе сложившихся условий потока и представляется в виде отношения к средней скорости флюида. Значения скорости эрозии равные единице или больше указывают на степень риска. Кроме того, модель Салама предсказывает величину материального ущерба в результате эрозии для жидкостей с содержанием песка. Результаты профиля потока, максимальных скоростей эрозии и коэффициентов скоростей представляются в виде выходного файла и на графиках PIPESIM МОДЕЛИРОВАНИЕ СТАЦИОНАРНОГО МНОГОФАЗНОГО ПОТОКА 25 Эмульсии Эмульсии, получающиеся в результате смешения нефти и воды, могут привести к проблемам переработки и повышенным затратам на очистку. Высокая вязкость жидкости в результате образования эмульсии может вызвать большие потери давления в скважинах и промысловых трубопроводах. В PIPESIM доступно несколько зависимостей для расчёта эмульсий, в том числе Woelfin, Brinkman, Vand, Richardson, Leviton и Leighton. Точка инверсии фаз, определяющая непрерывную фазу, может быть определена пользователем или рассчитана по уравнению Brauner- Ullman. Гидраты Вода и жидкие углеводороды могут образовывать гидраты, которые, если их не удалять, могут приводить к закупорке. Физические свойства гидратов аналогичны свойствам льда, но гидраты могут образовываться при относительно высоких температурах в системах высокого давления. После того как образовалась пробка, требуется вмешательство, которое может привести к значительным простоям. Поэтому, очень важно эффективно проектировать и управлять трубопроводной системой (особенно морской) с учетом рисков образования гидратов. PIPESIM включает в себя следующие стратегии предотвращения гидратообразования: • Теплоизоляция: лучшим способом предотвращения образования гидратов является поддержание температуры жидкости внутри трубопровода выше температуры образования гидратов. В PIPESIM можно детально изучать механизм передачи тепла, эффективность изоляции и заглубления трубопровода. • Закачка химреагентов: если изоляция трубопровода не является достаточной для поддержания температуры выше точки образования гидратов, можно смоделировать применение термодинамических ингибиторов, таких как метанол и моноэтиленгликоль (МЭГ), чтобы определить необходимые дозировки для предотвращения гидратообразования. Кривые гидратов могут быть вычислены с помощью модуля PIPESIM Multiflash-Hydrates и наложены на фазовую диаграмму. Эти кривые полезны на стадиях проектирования и эксплуатации подводных трубопроводов, т.к. обеспечивают моделирование условий давления и температуры, которые система должна поддерживать, чтобы избежать образования гидратов. Пробкообразование Гидравлические пробки могут вызвать серьезные проблемы в подземном технологическом оборудовании. Гидравлические пробки относятся к меняющимся потокам и волновым потокам газа и жидкости в трубопроводе. PIPESIM моделирует два типа такого течения. • Газожидкостные пробки: могут возникнуть в многофазных транспортных системах, состоящих из райзера и последующего трубопровода. В PIPESIM вероятность образования пробок определяется зависимостью Pots (PI-SS). PI-SS - это безразмерное число, которое является критерием определения вероятности возникновения перемежающегося потока в райзере. Закупорка возникнет, если присутствует разделенный режим течения и число PI-SS меньше единицы. • Гидродинамические пробки: пробки образуются волнами, растущими на поверхности жидкости до высоты достаточной, чтобы полностью заполнить горизонтальную или почти горизонтальную 26 PIPESIM МОДЕЛИРОВАНИЕ СТАЦИОНАРНОГО МНОГОФАЗНОГО ПОТОКА трубу. Повторяющееся воздействие гидродинамических пробок может привести к износу трубопровода. PIPESIM вычисляет среднюю длину пробки в зависимости от пройденной дистанции. Затем для определения распределения длины пробки и частоты используется вероятностная модель. Рассчитанные размеры пробки могут быть использованы при проектировании жидкостных сепараторов и пробкоуловителей. Парафины и асфальтены Проблемы отложения парафинов и асфальтенов могут стать настолько серьезными, что могут полностью блокировать трубопровод, а ремонт может стоить миллионы долларов. Когда температура сырой нефти снижается, тяжелые твердые вещества, такие как н-алканы/парафины (C 18 -C 60 ), могут выпадать в осадок и откладываться на стенках труб. Снижение внутреннего диаметра приводит к повышению перепада давления. В PIPESIM, в качестве дополнения к пакету Multiflash PVT, имеются модели выпадения парафинов и асфальтенов в твердую фазу. Расчет дополнительных параметров профиля Данный плагин рассчитывает стандартные выходные переменные и дополнительные параметры профиля и ветви с использованием прямого расширения ядра, написанного на Fortran или C ++ и скомпилированного в виде динамически связанной библиотеки (DLL). Начиная с PIPESIM 2017, несколько примеров включены в каталог PIPESIM Labs – набор плагинов, который появляется по умолчанию с установкой PIPESIM, и демонстрирует расширение возможностей. Данная архитектура позволяет подключать к PIPESIM пользовательские плагины, выполняющие дополнительные расчёты на профиле. Такие плагины считывают стандартные выходные переменные и выполняют вычисления вместе с расчётным ядром, используя динамические библиотеки (DLL), собранные из кода на Fortran или C++. Несколько демонстрационных примеров представлены в каталоге PIPESIM Labs, который находится в установочной директории PIPESIM 2019.x. Возможности обеспечения бесперебойного потока в PIPESIM Накопление жидкости • Выполнение анализа накопления жидкости (в основном для определения минимальной стабильной скорости течения в вертикальных газовых скважинах) • Пользователь может настроить прогнозный расчет, применив поправку • Анализ скважины или сети для выявления участков, подверженных накоплению жидкости Гидраты • Для построения кривых образования гидратов используется комплексный пакет Multiflash • Пользователи могут отображать профили добычи, наложенные на фазовую диаграмму, для прогнозирования возникновения гидратов и места их образования • Для определения точки образования гидратов в отдельных скважинах или сети выводится отчет по температурам образования гидратов и/или температуры переохлаждения гидратов PIPESIM МОДЕЛИРОВАНИЕ СТАЦИОНАРНОГО МНОГОФАЗНОГО ПОТОКА 27 • Анализ эффекта применения ингибиторов и определение их необходимого количества для предотвращения образования гидратов Асфальтены • Для построения кривых образования асфальтенов используется комплексный пакет Multiflash. • Пользователи могут создавать профиль добычи, наложенный на фазовую диаграмму, для прогнозирования возникновения асфальтенов и места их образования • Для определения наличия и места появления асфальтенов в отдельных скважинах или сети выводится отчет по температурам образования асфальтенов и/или температурам переохлаждения асфальтенов Парафины • Модуль термодинамического прогнозирования Multiflash: o Строит кривую образования парафинов на фазовой диаграмме. o Накладывает профиль добычи поверх фазовой диаграммы для прогнозирования образования и места выпадения парафинов o Для определения наличия и места образования парафина в отдельных скважинах или сети формируется отчет о критических температурах образования парафина и/или температуры переохлаждения Солеотложение • Возможность использовать PVT файл, полученный в ScaleChem, для прогнозирования наличия, типа, размещения и серьёзности осложнений, связанных с солеотложениями Моделирование эмульсий • Доступные модели эмульсий включают: o Использование вязкости непрерывной фазы o Средневзвешенную вязкость смеси o Woelflin для лёгких, средних и плотных типов эмульсий o Brinkman o Vand (коэффициенты Vand, коэффициенты Barnea & Mizrahi или заданные пользователем коэффициенты) o Richardson (с настраиваемым K фактором) o Leviton и Leigton o Задаваемая пользователем таблица эмульсии • Точка инверсии фаз может задаваться пользователем или рассчитываться с помощью уравнения Brauner-Ullman Моделирование коррозии • Прогнозирование возникновения коррозии, вызванной наличием CO 2 , используя модель коррозии DeWaard • Настраиваемые параметры для повышения эффективности • Возможность спецификации pH вручную или задание кислотности на основе PVT файлов ScaleChem • Учет влияния ингибиторов коррозии (MEG, DEG) • Результаты включают скорость коррозии, pH, фактор гликолевого ингибирования и многие другие параметры Моделирование эрозии • Выберите одну из следующих моделей эрозии: o API 14E o Salama (для жидкостей с содержанием песчанника) o Модель коррозии DeWaard для прогнозирования коррозии CO2 28 PIPESIM МОДЕЛИРОВАНИЕ СТАЦИОНАРНОГО МНОГОФАЗНОГО ПОТОКА • Настраиваемые параметры для повышения эффективности • Расчет предла скорости эрозии, отношения скоростей эрозии, скорость эрозии и множества др. параметров Анализ пробкообразования и поршневания системы • Выполнение расчетов следующих параметров: o Длина пробки o Рост пробок o Вероятностные распределения длины пробок o Индикатор серьёзных пробок в райзерах o Объём пробки, образованный проходом поршня, время прохождения и сброса Детальное понимание термогидравлики производственной системы имеет решающее значение для проектирования трубопроводов и оборудования, а также для преодоления трудностей обеспечения бесперебойного режима потока. PIPESIM представляет собой современный симулятор для анализа сложных добывающих и нагнетательных сетей. Уникальным преимуществом симулятора PIPESIM является то, что в одной программной среде возможно и проектировать скважину и трубопроводы, и моделировать условия бесперебойного потока для получения самых точных производственных решений среди доступных на рынке. Функционал моделирования сетей был разработан для проектирования сетей практически любого размера и топологии, в том числе имеющих сложную структуру закольцованной системы и пересечений. С помощью моделирования всей производственной системы или системы нагнетания в виде сети, можно должным образом учесть взаимозависимость скважин и наземного оборудования и определить пропускную способность всей системы. 64 битное вычислительное ядро поддерживает распараллеливание для максимизации производительности и масштабируемости. Возможность использования GIS-карт помогает представить истинное расположение скважин, оборудования, сетей трубопроводов. В результате использования GIS-карт инженер получает более полное представление о реальных полевых условиях, что позволяет учесть прежде неизвестные физические препятствия при принятии решений. Пользователь может проектировать сеть в интерактивном режиме с наложением на GIS-карту и быстро считать высотные отметки для наземных/подводных трубопроводов, используя данные с веб- сервисов. Построение больших сетей можно ускорить с помощью преобразования существующих шейп-файлов в системы трубопроводов, устранив необходимость ручного построения на карте. Для моделей скважин доступны операции импорта/экспорта, что позволяет специалистам выполнять подробный дизайн скважин независимо друг от друга, а результат подключать к единой сети. |