羅 煥

三種氣液混輸軟件的模擬計(jì)算與分析

羅 煥

羅 煥 薛登存 張婷婷

中國(guó)石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司北京分公司

羅煥，女，工程師，2010年畢業(yè)于東北石油大學(xué)油氣儲(chǔ)運(yùn)工程專業(yè)，獲工學(xué)碩士學(xué)位，現(xiàn)在中國(guó)石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司北京分公司從事油氣田地面工程設(shè)計(jì)工作。

工程設(shè)計(jì)中管道工藝模擬計(jì)算常采用PIPESlM軟件、OLGA軟件和PIPESYS軟件等分別模擬氣液混輸管線和單相氣體管線的水力、熱力計(jì)算，將計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，分析了三種不同軟件的差異及各自的特點(diǎn)和適用范圍。

概述

在工程設(shè)計(jì)中管道工藝模擬計(jì)算軟件有很多，如PIPESIM、PIPESYS、OLGA、PIPEFLOW、PIPEPHASE、TACET等，在混輸管道計(jì)算中，PIPESIM、OLGA和PIPESYS是比較常用的三種軟件，三種軟件均可以用來進(jìn)行模擬計(jì)算，并互相驗(yàn)證。根據(jù)管道運(yùn)行工況選擇合適的軟件和恰當(dāng)?shù)年P(guān)聯(lián)式，以保證計(jì)算的精確度。

軟件介紹

PIPESIM軟件

PIPESIM軟件是斯倫貝謝公司開發(fā)的、針對(duì)油藏、井筒和地面管網(wǎng)等設(shè)施模擬計(jì)算的設(shè)計(jì)軟件。其基礎(chǔ)模塊功能包括：?jiǎn)尉O(shè)計(jì)分析和人工舉升、管道設(shè)計(jì)和管徑優(yōu)化、設(shè)備計(jì)算選型等。

PIPESIM對(duì)流體的描述分為黑油模型和組分模型。黑油模型可以對(duì)油、氣、水三相、氣液兩相以及單相液體進(jìn)行模擬計(jì)算；組分模型可以對(duì)化學(xué)組份不同的碳?xì)浠衔镞M(jìn)行模擬計(jì)算。

OLGA軟件

OLGA軟件是由挪威著名的SPT石油技術(shù)公司開發(fā)研制。可以模擬在油井、輸油管線和油氣處理設(shè)備中的油、氣、水的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。該軟件已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于可行性研究、工程設(shè)計(jì)和運(yùn)行模擬中。OLGA軟件可以進(jìn)行穩(wěn)態(tài)模擬，其結(jié)果與動(dòng)態(tài)模擬是一致的；也可以模擬油井、管道和工藝設(shè)備。OLGA軟件以機(jī)理模型為基礎(chǔ)，采用大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)生成自己獨(dú)有的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)模擬計(jì)算。

PIPESYS軟件

ASPEN 公司的 PIPESYS多相流管網(wǎng)模擬分析軟件是將PIPEFLO 和HYSYS 結(jié)合在一起，使之成為當(dāng)今功能強(qiáng)大的管道計(jì)算軟件。PIPESYS 包括以下功能：模擬各種管網(wǎng)、單相流及多相流的計(jì)算、壓力倒推計(jì)算。通過HYSYS 和PIPESYS 的結(jié)合，可以研究管道的流量及其他條件的變化對(duì)整個(gè)管道系統(tǒng)的影響，計(jì)算管道的壓力和溫度分布，管道可以是海上或陸地，地形高度可以是簡(jiǎn)單或非常復(fù)雜。PIPESYS是以HYSYS為平臺(tái)，同時(shí)依托HYSYS強(qiáng)大的多組分物性分析功能，使管道單相流和多相流模擬更加準(zhǔn)確。

模擬計(jì)算

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

某轉(zhuǎn)油站所轄的兩個(gè)計(jì)量站，分別應(yīng)用不同軟件進(jìn)行混輸管道水力和熱力計(jì)算。該集輸系統(tǒng)采用三級(jí)布站方式，從井口油、氣、水混輸至計(jì)量站，計(jì)量站匯集各油井井流物后，經(jīng)過集輸干線輸送至轉(zhuǎn)油站。轉(zhuǎn)油站進(jìn)站壓力為0.9 MPag，井口平均溫度為55℃。輸送介質(zhì)組分見表1，介質(zhì)其他物性參數(shù)見表2。

表1 輸送介質(zhì)組分

表2 輸送介質(zhì)物性

混輸介質(zhì)輸送到轉(zhuǎn)油站后，氣液進(jìn)行分離，分離出來的氣體經(jīng)過氣體轉(zhuǎn)輸管道輸送到集中處理站，氣體組分見表3。

表3 氣體組分

混輸管道模擬計(jì)算與分析

混輸管道模擬計(jì)算

分別應(yīng)用PIPESIM、OLGA和PIPESYS軟件建立計(jì)算模型，其中OLGA軟件建立的管網(wǎng)模型如圖1和圖2所示，其他兩種軟件的管網(wǎng)模型類似。三種軟件均采用組分模型進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于流動(dòng)相關(guān)式的選擇：OLGA應(yīng)用自帶的計(jì)算公式；PIPESIM選擇Beggs&Brill Revised公式；PIPESYS選用Beggs&Brill/Beggs&Brill公式組合。

圖1 1#計(jì)量站所轄油井分布示意圖

圖2 2#計(jì)量站所轄油井分布示意圖

1#計(jì)量站到轉(zhuǎn)油站之間的集輸干線管徑為16”，長(zhǎng)度為8600 m；2#計(jì)量站到轉(zhuǎn)油站之間的集輸干線管徑為18”，長(zhǎng)度為15200 m。兩個(gè)轉(zhuǎn)油站所轄各單井管線的產(chǎn)量和單井管線管徑、管長(zhǎng)數(shù)據(jù)見表4和表5。

依據(jù)給定的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)油站設(shè)定的進(jìn)站壓力反算了計(jì)量站所轄各油井的井口回壓，根據(jù)井口溫度計(jì)算了各計(jì)量站到轉(zhuǎn)油站的進(jìn)站溫度，結(jié)果統(tǒng)計(jì)見表4～表6。

計(jì)算結(jié)果分析

表6 轉(zhuǎn)油站進(jìn)站溫度

三種軟件均采用組分模型進(jìn)行計(jì)算，回壓和溫度計(jì)算的結(jié)果相差不大。 PIPESIM軟件既可以采用組分模型計(jì)算也可以采用黑油模型計(jì)算，例如在工程設(shè)計(jì)初期數(shù)據(jù)不詳細(xì)的情況下，對(duì)于集輸管線的設(shè)計(jì)計(jì)算，可以采用黑油模型進(jìn)行計(jì)算。OLGA軟件除了可以進(jìn)行穩(wěn)態(tài)模擬之外，還可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，對(duì)于需要進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬的系統(tǒng)，可以應(yīng)用OLGA進(jìn)行建模，在穩(wěn)態(tài)的基礎(chǔ)上進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬。PIPESYS軟件是基于HYSYS界面的管道計(jì)算軟件，其模擬可以與站內(nèi)的流程串聯(lián)起來進(jìn)行。

氣體管道模擬計(jì)算及分析

表4 1#計(jì)量站所轄油井參數(shù)

表5 2#計(jì)量站所轄油井參數(shù)

氣體管道模擬計(jì)算

選取兩條轉(zhuǎn)輸氣體管道進(jìn)行不同軟件模擬計(jì)算。1#輸氣管道長(zhǎng)度為19 km，管徑28”，輸量為215x104Nm3/d；2#輸氣管道長(zhǎng)度為29 km，管徑28”，輸量為252x104Nm3/d。管道起點(diǎn)溫度31.5 ℃，管道起點(diǎn)壓力0.88 MPag。

對(duì)兩條氣體管道的水力和熱力進(jìn)行模擬計(jì)算，三種軟件均采用組分模型輸入。PIPESIM軟件分別選用了Beggs & Brill Revised和Oliemans關(guān)聯(lián)式進(jìn)行模擬計(jì)算，PIPESYS軟件選用了Beggs&Brill/Beggs&Brill公式組合以及Oliemans/Eaton公式組合進(jìn)行計(jì)算，OLGA采用自帶的計(jì)算公式和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行計(jì)算。模擬計(jì)算結(jié)果見表7和表8。

表7 1#輸氣管道計(jì)算結(jié)果

表8 2#輸氣管道計(jì)算結(jié)果

計(jì)算結(jié)果分析

PIPESIM和PIPESYS兩個(gè)軟件選用的Beggs & Brill關(guān)聯(lián)式計(jì)算出來的結(jié)果比較接近，管道的壓降都偏大；PIPESIM選用的Oliemans與PIPESYS的Oliemans/ Eaton組合公式得到的壓降偏小，同時(shí)兩個(gè)軟件的結(jié)果也較接近，并且與OLGA計(jì)算的結(jié)果相差很小。

PIPESIM和PIPESYS軟件的Beggs & Brill關(guān)聯(lián)式模擬計(jì)算的壓降偏大，對(duì)于單相氣體水力計(jì)算不太適合。而PIPESIM的Oliemans與PIPESYS的Oliemans/ Eaton組合公式以及OLGA計(jì)算的結(jié)果都比較接近，比較適合用來模擬氣體管道的水力計(jì)算，并可以互相校核。對(duì)于熱力計(jì)算，三種軟件分別選擇不同關(guān)聯(lián)式的計(jì)算結(jié)果都比較接近，都可以選用來進(jìn)行氣體管道熱力計(jì)算。

結(jié)語

不同的軟件有各自的特點(diǎn)和適用范圍。PIPESIM軟件既可以采用組分模型也可以采用黑油進(jìn)行模擬，尤其在設(shè)計(jì)初期數(shù)據(jù)不詳細(xì)的情況下可以采用PIPESIM的黑油模擬進(jìn)行計(jì)算。OLGA軟件既可以進(jìn)行穩(wěn)態(tài)模擬計(jì)算，也可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬計(jì)算。PIPESYS軟件依托于HYSYS界面，可以使集輸管道的計(jì)算與站內(nèi)流程模擬串聯(lián)起來。在實(shí)際計(jì)算中，上述的三種軟件均可以用來進(jìn)行多相流管道和單相流管道模擬計(jì)算，根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的軟件進(jìn)行模擬計(jì)算。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.01.042