三种气液混输软件的模拟计算与分析

罗 焕

三种气液混输软件的模拟计算与分析

罗 焕

罗 焕 薛登存 张婷婷

中国石油集团工程设计有限责任公司北京分公司

罗焕，女，工程师，2010年毕业于东北石油大学油气储运工程专业，获工学硕士学位，现在中国石油集团工程设计有限责任公司北京分公司从事油气田地面工程设计工作。

工程设计中管道工艺模拟计算常采用PIPESlM软件、OLGA软件和PIPESYS软件等分别模拟气液混输管线和单相气体管线的水力、热力计算，将计算结果进行对比，分析了三种不同软件的差异及各自的特点和适用范围。

概述

在工程设计中管道工艺模拟计算软件有很多，如PIPESIM、PIPESYS、OLGA、PIPEFLOW、PIPEPHASE、TACET等，在混输管道计算中，PIPESIM、OLGA和PIPESYS是比较常用的三种软件，三种软件均可以用来进行模拟计算，并互相验证。根据管道运行工况选择合适的软件和恰当的关联式，以保证计算的精确度。

软件介绍

PIPESIM软件

PIPESIM软件是斯伦贝谢公司开发的、针对油藏、井筒和地面管网等设施模拟计算的设计软件。其基础模块功能包括：单井设计分析和人工举升、管道设计和管径优化、设备计算选型等。

PIPESIM对流体的描述分为黑油模型和组分模型。黑油模型可以对油、气、水三相、气液两相以及单相液体进行模拟计算；组分模型可以对化学组份不同的碳氢化合物进行模拟计算。

OLGA软件

OLGA软件是由挪威著名的SPT石油技术公司开发研制。可以模拟在油井、输油管线和油气处理设备中的油、气、水的运动状态。该软件已经被广泛应用于可行性研究、工程设计和运行模拟中。OLGA软件可以进行稳态模拟，其结果与动态模拟是一致的；也可以模拟油井、管道和工艺设备。OLGA软件以机理模型为基础，采用大量实验数据生成自己独有的数据库进行稳态和瞬态模拟计算。

PIPESYS软件

ASPEN 公司的 PIPESYS多相流管网模拟分析软件是将PIPEFLO 和HYSYS 结合在一起，使之成为当今功能强大的管道计算软件。PIPESYS 包括以下功能：模拟各种管网、单相流及多相流的计算、压力倒推计算。通过HYSYS 和PIPESYS 的结合，可以研究管道的流量及其他条件的变化对整个管道系统的影响，计算管道的压力和温度分布，管道可以是海上或陆地，地形高度可以是简单或非常复杂。PIPESYS是以HYSYS为平台，同时依托HYSYS强大的多组分物性分析功能，使管道单相流和多相流模拟更加准确。

模拟计算

基础数据

某转油站所辖的两个计量站，分别应用不同软件进行混输管道水力和热力计算。该集输系统采用三级布站方式，从井口油、气、水混输至计量站，计量站汇集各油井井流物后，经过集输干线输送至转油站。转油站进站压力为0.9 MPag，井口平均温度为55℃。输送介质组分见表1，介质其他物性参数见表2。

表1 输送介质组分

表2 输送介质物性

混输介质输送到转油站后，气液进行分离，分离出来的气体经过气体转输管道输送到集中处理站，气体组分见表3。

表3 气体组分

混输管道模拟计算与分析

混输管道模拟计算

分别应用PIPESIM、OLGA和PIPESYS软件建立计算模型，其中OLGA软件建立的管网模型如图1和图2所示，其他两种软件的管网模型类似。三种软件均采用组分模型进行计算。对于流动相关式的选择：OLGA应用自带的计算公式；PIPESIM选择Beggs&Brill Revised公式；PIPESYS选用Beggs&Brill/Beggs&Brill公式组合。

图1 1#计量站所辖油井分布示意图

图2 2#计量站所辖油井分布示意图

1#计量站到转油站之间的集输干线管径为16”，长度为8600 m；2#计量站到转油站之间的集输干线管径为18”，长度为15200 m。两个转油站所辖各单井管线的产量和单井管线管径、管长数据见表4和表5。

依据给定的基础数据和转油站设定的进站压力反算了计量站所辖各油井的井口回压，根据井口温度计算了各计量站到转油站的进站温度，结果统计见表4～表6。

计算结果分析

表6 转油站进站温度

三种软件均采用组分模型进行计算，回压和温度计算的结果相差不大。 PIPESIM软件既可以采用组分模型计算也可以采用黑油模型计算，例如在工程设计初期数据不详细的情况下，对于集输管线的设计计算，可以采用黑油模型进行计算。OLGA软件除了可以进行稳态模拟之外，还可以进行动态模拟，对于需要进行动态模拟的系统，可以应用OLGA进行建模，在稳态的基础上进行动态模拟。PIPESYS软件是基于HYSYS界面的管道计算软件，其模拟可以与站内的流程串联起来进行。

气体管道模拟计算及分析

表4 1#计量站所辖油井参数

表5 2#计量站所辖油井参数

气体管道模拟计算

选取两条转输气体管道进行不同软件模拟计算。1#输气管道长度为19 km，管径28”，输量为215x104Nm3/d；2#输气管道长度为29 km，管径28”，输量为252x104Nm3/d。管道起点温度31.5 ℃，管道起点压力0.88 MPag。

对两条气体管道的水力和热力进行模拟计算，三种软件均采用组分模型输入。PIPESIM软件分别选用了Beggs & Brill Revised和Oliemans关联式进行模拟计算，PIPESYS软件选用了Beggs&Brill/Beggs&Brill公式组合以及Oliemans/Eaton公式组合进行计算，OLGA采用自带的计算公式和经验数据库进行计算。模拟计算结果见表7和表8。

表7 1#输气管道计算结果

表8 2#输气管道计算结果

计算结果分析

PIPESIM和PIPESYS两个软件选用的Beggs & Brill关联式计算出来的结果比较接近，管道的压降都偏大；PIPESIM选用的Oliemans与PIPESYS的Oliemans/ Eaton组合公式得到的压降偏小，同时两个软件的结果也较接近，并且与OLGA计算的结果相差很小。

PIPESIM和PIPESYS软件的Beggs & Brill关联式模拟计算的压降偏大，对于单相气体水力计算不太适合。而PIPESIM的Oliemans与PIPESYS的Oliemans/ Eaton组合公式以及OLGA计算的结果都比较接近，比较适合用来模拟气体管道的水力计算，并可以互相校核。对于热力计算，三种软件分别选择不同关联式的计算结果都比较接近，都可以选用来进行气体管道热力计算。

结语

不同的软件有各自的特点和适用范围。PIPESIM软件既可以采用组分模型也可以采用黑油进行模拟，尤其在设计初期数据不详细的情况下可以采用PIPESIM的黑油模拟进行计算。OLGA软件既可以进行稳态模拟计算，也可以进行动态模拟计算。PIPESYS软件依托于HYSYS界面，可以使集输管道的计算与站内流程模拟串联起来。在实际计算中，上述的三种软件均可以用来进行多相流管道和单相流管道模拟计算，根据实际情况选择合适的软件进行模拟计算。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.01.042