三種氣液混輸軟件的模擬計算與分析

羅 煥

三種氣液混輸軟件的模擬計算與分析

羅 煥

羅 煥 薛登存 張婷婷

中國石油集團工程設計有限責任公司北京分公司

羅煥，女，工程師，2010年畢業于東北石油大學油氣儲運工程專業，獲工學碩士學位，現在中國石油集團工程設計有限責任公司北京分公司從事油氣田地面工程設計工作。

工程設計中管道工藝模擬計算常采用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、熱力計算，將計算結果進行對比，分析了三種不同軟件的差異及各自的特點和適用范圍。

概述

在工程設計中管道工藝模擬計算軟件有很多，如PIPESIM、PIPESYS、OLGA、PIPEFLOW、PIPEPHASE、TACET等，在混輸管道計算中，PIPESIM、OLGA和PIPESYS是比較常用的三種軟件，三種軟件均可以用來進行模擬計算，并互相驗證。根據管道運行工況選擇合適的軟件和恰當的關聯式，以保證計算的精確度。

軟件介紹

PIPESIM軟件

PIPESIM軟件是斯倫貝謝公司開發的、針對油藏、井筒和地面管網等設施模擬計算的設計軟件。其基礎模塊功能包括：單井設計分析和人工舉升、管道設計和管徑優化、設備計算選型等。

PIPESIM對流體的描述分為黑油模型和組分模型。黑油模型可以對油、氣、水三相、氣液兩相以及單相液體進行模擬計算；組分模型可以對化學組份不同的碳氫化合物進行模擬計算。

OLGA軟件

OLGA軟件是由挪威著名的SPT石油技術公司開發研制。可以模擬在油井、輸油管線和油氣處理設備中的油、氣、水的運動狀態。該軟件已經被廣泛應用于可行性研究、工程設計和運行模擬中。OLGA軟件可以進行穩態模擬，其結果與動態模擬是一致的；也可以模擬油井、管道和工藝設備。OLGA軟件以機理模型為基礎，采用大量實驗數據生成自己獨有的數據庫進行穩態和瞬態模擬計算。

PIPESYS軟件

ASPEN 公司的 PIPESYS多相流管網模擬分析軟件是將PIPEFLO 和HYSYS 結合在一起，使之成為當今功能強大的管道計算軟件。PIPESYS 包括以下功能：模擬各種管網、單相流及多相流的計算、壓力倒推計算。通過HYSYS 和PIPESYS 的結合，可以研究管道的流量及其他條件的變化對整個管道系統的影響，計算管道的壓力和溫度分布，管道可以是海上或陸地，地形高度可以是簡單或非常復雜。PIPESYS是以HYSYS為平臺，同時依托HYSYS強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確。

模擬計算

基礎數據

某轉油站所轄的兩個計量站，分別應用不同軟件進行混輸管道水力和熱力計算。該集輸系統采用三級布站方式，從井口油、氣、水混輸至計量站，計量站匯集各油井井流物后，經過集輸干線輸送至轉油站。轉油站進站壓力為0.9 MPag，井口平均溫度為55℃。輸送介質組分見表1，介質其他物性參數見表2。

表1 輸送介質組分

表2 輸送介質物性

混輸介質輸送到轉油站后，氣液進行分離，分離出來的氣體經過氣體轉輸管道輸送到集中處理站，氣體組分見表3。

表3 氣體組分

混輸管道模擬計算與分析

混輸管道模擬計算

分別應用PIPESIM、OLGA和PIPESYS軟件建立計算模型，其中OLGA軟件建立的管網模型如圖1和圖2所示，其他兩種軟件的管網模型類似。三種軟件均采用組分模型進行計算。對于流動相關式的選擇：OLGA應用自帶的計算公式；PIPESIM選擇Beggs&Brill Revised公式；PIPESYS選用Beggs&Brill/Beggs&Brill公式組合。

圖1 1#計量站所轄油井分布示意圖

圖2 2#計量站所轄油井分布示意圖

1#計量站到轉油站之間的集輸干線管徑為16”，長度為8600 m；2#計量站到轉油站之間的集輸干線管徑為18”，長度為15200 m。兩個轉油站所轄各單井管線的產量和單井管線管徑、管長數據見表4和表5。

依據給定的基礎數據和轉油站設定的進站壓力反算了計量站所轄各油井的井口回壓，根據井口溫度計算了各計量站到轉油站的進站溫度，結果統計見表4～表6。

計算結果分析

表6 轉油站進站溫度

三種軟件均采用組分模型進行計算，回壓和溫度計算的結果相差不大。 PIPESIM軟件既可以采用組分模型計算也可以采用黑油模型計算，例如在工程設計初期數據不詳細的情況下，對于集輸管線的設計計算，可以采用黑油模型進行計算。OLGA軟件除了可以進行穩態模擬之外，還可以進行動態模擬，對于需要進行動態模擬的系統，可以應用OLGA進行建模，在穩態的基礎上進行動態模擬。PIPESYS軟件是基于HYSYS界面的管道計算軟件，其模擬可以與站內的流程串聯起來進行。

氣體管道模擬計算及分析

表4 1#計量站所轄油井參數

表5 2#計量站所轄油井參數

氣體管道模擬計算

選取兩條轉輸氣體管道進行不同軟件模擬計算。1#輸氣管道長度為19 km，管徑28”，輸量為215x104Nm3/d；2#輸氣管道長度為29 km，管徑28”，輸量為252x104Nm3/d。管道起點溫度31.5 ℃，管道起點壓力0.88 MPag。

對兩條氣體管道的水力和熱力進行模擬計算，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關聯式進行模擬計算，PIPESYS軟件選用了Beggs&Brill/Beggs&Brill公式組合以及Oliemans/Eaton公式組合進行計算，OLGA采用自帶的計算公式和經驗數據庫進行計算。模擬計算結果見表7和表8。

表7 1#輸氣管道計算結果

表8 2#輸氣管道計算結果

計算結果分析

PIPESIM和PIPESYS兩個軟件選用的Beggs & Brill關聯式計算出來的結果比較接近，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，同時兩個軟件的結果也較接近，并且與OLGA計算的結果相差很小。

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

結語

不同的軟件有各自的特點和適用范圍。PIPESIM軟件既可以采用組分模型也可以采用黑油進行模擬，尤其在設計初期數據不詳細的情況下可以采用PIPESIM的黑油模擬進行計算。OLGA軟件既可以進行穩態模擬計算，也可以進行動態模擬計算。PIPESYS軟件依托于HYSYS界面，可以使集輸管道的計算與站內流程模擬串聯起來。在實際計算中，上述的三種軟件均可以用來進行多相流管道和單相流管道模擬計算，根據實際情況選擇合適的軟件進行模擬計算。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.01.042