PIPEPHASE--稳态多相流集输模计算软件

   PIPEPHASE是用于油气生产网络和管道传输、分布系统计算的严格的稳态多相流模拟器，其前身是1970 年代由雪弗龙（Chevron）公司开发的多相流模拟软件，SimSci于1980年将其商业化，取名为 PIPEPHASE，目前最新版本为9.5版。

       PIPEPHASE具有广泛的适用性，可用于从单井中关键参数的灵敏度分析，到整个油气田跨年度设施规划的分析等各种工作。同时，通过对井下和井筒特征与地面设施进行集成，PIPEPHASE成为全面生产分析工具的终结者。

       PIPEPHASE整合了现代油气生产方法和软件分析技术，形成了鲁棒的、高效的油田设计和规划工具。PIPEPHASE拥有详尽的物性数据库和友好的用户界面，可处理单相气液体、黑油、组成混合物和蒸汽、CO2等各种流体类型，是全球油气生产和设计公司首选的解决方案。

       严格的多相流分析和详尽的热力学计算使得PIPEPHASE适合于各种应用，如：

• 油气生产和输送系统

• 天然气传输和分配管线

• 化工流体管道网络

• 传输管线的传热分析

• 管线尺寸设计

• 节点分析

• 水合物生成分析

• 油气田的生产规划和资产管理研究

• 注蒸汽（水）网络

• 气举分析

• 公用工程网络

 

PipePhase效益：

• 提高总体产量

• 改善油气井和流动管线的性能

• 改善管线和设备设计

• 整合油田开发和规划

• 减少操作费用

• 减少投资费用

• 提高工程设计的效率

PipePhase特点：

1. 用户界面

（1）Pipephase有十分友好的用户输入和运行界面，如图1所示。

 

图1 Pipephase操作界面

 

（2）Pipephase有方便的输出报表

一方面可在图形界面直接显示压力、温度、流量等数据，并能自动更新（如图1），另外，报告数据可方便地输出到Excel（图2－6）或系统自带地RAS系统中，当然，也可以输出为Text形式的报告文件。

 

图2 Pipephase图形报表输出－1

 

图3 Pipephase图形报表输出－2

 

图4 Pipephase图形报表输出－3

 

图5 Pipephase图形报表输出－4

 

图6 Pipephase的Excel数据报表输出

1. 工程计算能力

Pipephase拥有相关行业领先的技术，采用工业标准的方法库与数据库，有先进的网络求解算法，能处理任意复杂度的网络计算。Pipephase正在为全球各地从事管线管网设计、油气生产等工程师广为采用，几大油气生产企业均PIPEPHASE视为标准工具，用于提高效率、减少投资、降低操作费用、提高油气产量等。

 

（1） 物性计算方面：

在组分流体（定义纯组分及其组成的流体）处理方面，Pipephase组分库有1800多种纯组分及其全面的物系参数，且这些参数允许用户调整，同时可处理油品评价数据和石油馏分数据。在热力学方面，Pipephase采用SimSci的工业标准热力学模型，包括：一般关联式、状态方程、液相活度系数方程、改进的状态方程、特殊物系处理包、Henry法则等，均与PRO/II相同，因而能准确计算各种工艺流体的热力学性质。

 

而对非组成流体，即根据给定的密度等数据和相应的关联式预测流体物性，可处理黑油 (API<=45)、气体凝析液(API>45)、单相气体、单相液体、蒸汽等类型的流体。

 

Pipephase用工业标准的算法计算流体的传递性质，包括：热传导率、表面张力和粘度等。对大多用户关心的粘度计算，可允许用户自定义粘度数据。对油水混合物，有三种方法处理，即体积平均、API 14B、油水乳化（Woelflin模型、转化点、乳化曲线）等。

 

（2） 压降计算方面：

Pipephase包含32种工业标准的压降计算模型，适合于各种类型的水平、垂直或倾斜管内的单相流和多相流计算，并能预测流体的流型。

如处理单相流的有：

• Hazen-Williams (liquid)

• Panhandle-B

• Weymouth

• American Gas Association

处理多相流的有：

• Beggs & Brill

• Dukler-Eaton

• Eaton-Flanigan

• Gray (condensates)

• Hagedorn & Brown

• Lockhart & Martinelli

• Mukherjee & Brill

• Chisholm (fittings)

•  ……

 

同时，Pipephase能对管线进行严格的传热计算，如计算管线有保温层、在空气中、在水中、在土壤中等各种情况下的传热情况。

 

（3） 设备处理

Pipephase不仅可以计算弯管、三通管、缩放头等配件，还可对工艺中的设备如泵、阀门、压缩机、膨胀机、加热器、冷却器、气液分离器、止回阀等进行计算。

 

（4） 先进的网络算法

Pipephase进行严格的压力和物料平衡计算，可处理任意复杂度的网络如：

a) 纯聚集和分配的树状管网

b) 树状管网、多个Source和Sink、有些段流向不能确定

c) 带复杂回路结果且流向不确定，并随边界条件而改变

3.应用集成

Pipephase和MS Excel/Access兼容，可实现如：从Excel中导入设备的特征数据，将结果数据导出到Excel，将计算结果导出到Access数据库中保存等等功能。

PipePhase拥有非常开放的接口，其基于COM的API接口技术使用户可自行开发第三方应用程序，如在Excel或其它第三方程序中运行或调用PIPEPHASE模型等。

 

NETOPT®－网络优化器

NETOPT是SimSci与Mobile合作开发的一个功能强大的、对油气网络的生产操作进行优化的工具。NETOPT基于最先进的非线性SQP算法并和PIPEPHASE完全集成。同时还提供了一个接口，使第三方的储层模拟器和PIPEPHASE地面网络分析功能进行耦合，这也是对整个油气田进行集成化建模所需的。

NETOPT可以定义油气田生产操作的全方位优化战略，如生产企业常见的优化目标就是产量的最大化或在油田生命周期内的资本消耗最小化等。

效益：

• 整个油气田范围内的生产最大化

• 工厂生命周期内资本消耗的优化

• 操作费用最小化

• 模拟模型的有效调整

• 整合的储层和地面设施的建模

应用：

• 生产网络中地面设施的设计

• 使模型参数和实际生产数据吻合

• 气举分配

• 蒸汽和CO2注入网络的优化

• 管线、压缩机和泵的设计

• 油气田规划研究

特征：

• 优化目标以PIPEPHASE模型为基础

• 优化相关的设计和操作局限以约束的形式指定

• 决策变量从可调整的参数中选择

• 内置的计算器功能使定义规定具有很大的灵活性

• 与时间相关的收益和费用参数使经济模型的建立更容易

 

TACITE®－管线瞬态条件模拟器

TACITE由IFP和SimSci合作开发，是一个基于组成的、多相流瞬态模拟器，用于油气生产管线和油气井的设计和控制。TACITE是完全整合在PIPEPHASE中的模块，能准确预测许多流动情景。TACITE支持多组分流体模型，因而基于纯组分的流体物系，可通过先进的集束（Lumping）技术转化为一个集束化的混合物。组分跟踪则允许对流体组成进行局部测定，因而可以对流体性质和当前的平衡条件进行很好的预估。TACITE模块使您能在PIPEPHASE环境中输入数据并查看由TACITE动态模型计算的输出结果。

 

TACITE包括以下三个主要的模块：

（1） 整合的热力学模型，计算流体物性；

（2） 复杂的水力学模型，计算气液相间滑移；

（3） 高性能的数值算法，计算在每个时间元和每个管线元的守恒变量。

 

TACITE的独特优势：

TACITE的组分跟踪方法允许对流体组成进行局部测定，主要的优势在于：

（1） 更好地预估当前的相态、流体性质和当前流。

（2） 能考虑到那些描述入口组成随时间变化情况等有价值的信息。

（3） 预测的管道出口气液相组成对生产分配、下游工艺计算、工厂操作和设计等均十分有用。

（4） 内置闪蒸计算确保了模拟的鲁棒性和准确性，尤其是在那些接近相边界的条件下。

（5） 对很多典型的现象可以进行准确的预测，如管线低洼处重组分的累积等，同时还能预测由此带来的流体性质的变化。

 

TACITE主要应用领域

油气生产企业的主要目标就是降低费用、提高产能。TACITE能预测任何操作可能遇到的瞬态条件，通过更高的安全性和更好的控制帮助您优化操作效率。

1．管线设计的优化：

TACITE能帮助您：

• 预防操作问题

• 预防输送能力的下降

• 预防油气生产损失

• 旋转设备的最优操作

这些预测技术将给您带来总产量的提高，同时减少投资和操作费用。如下列典型的例题：

设计生产网络和输送系统

在可接受的流态下，TACITE使您能避免不希望的流动条件，这些往往会产生很不寻常的输出状态。您还可以在一定的限制下控制压力的波动。在可接受的流速下，TACITE能使您预测和防止腐蚀的发生。

设计接收设备

对于管线和接收设备的特定设计参数，瞬态流动条件是很常用的设计条件。TACITE能预测：

• 液塞捕集器的容量（输气管线）

• 分离装置的容量（输油管线）

• 进出口管线、管口、阀门的设计，避免在动态流动条件下的瓶颈问题

管线和设备设计条件的定义

TACITE能让您对由于所谓的“初始值触动设备”产生的瞬态条件进行建模，如：注入设备、泄压阀、PID控制器等等。依靠这些信息，您就能确定弯管、三通管等的机械压力和管线支柱的放置位置等。

固体沉积和管线堵塞等危险状态的预测

固体沉积和管线堵塞大多是由于低温或低流量等造成的。TACITE计算结果能用于有效降低水合物生成、蜡沉积和沙石沉积等危险。

2．协助操作：

TACITE使您：

• 对管线动态行为更好的理解；

• 对瞬态操作更好的控制策略；

• 为生产制定特殊的操作规程和计划，如：提高/降低流量、停车、开车和泄压等；

• 预防性的行为指导以消除生产和安全中的问题与困难。

TACITE能有效预测操作变化的原因和由此带来的影响，如下列几例：

管线阻塞（packing）/管线抽吸（drafting）

当管线的压力或进口流量上升时，管线中则会淤积更多的油气量－这就是管线阻塞。相反，则是抽吸。这些情况下会发生很多问题：

• 由于很大的压降，可能出现低温（焦耳－汤姆逊效应），并伴随着与环境（空气或海上等）间的传热。

• 持液量可能发生变化；由于管线剖面、流体流动或流态发生变化，可能产生大规模的液塞。

TACITE能用于预测或反馈传输需求。它能很好地预测管线中的存留的气液流体，因而对预测响应需求变化的管线行为是非常有帮助的。

操作条件的改变

管线操作条件的模拟包括进口流量和出口压力的变化。通过TACITE进行的瞬态流的模拟使您能预测动态影响、反应操作条件的变化以及使操作更顺利，防止不希望的事故发生。

管线的停输和启动

在管线的停输和再启动情况下，由于液体沿管线的累积就可能造成问题，主要是在低洼处，这样在重新启动时就会产生大量的液塞和很高的压降需求。TACITE的模拟计算能帮助您定义操作规程，使人们不希望的负面影响最小化，避免发生操作问题。

出口阀门的关闭

阀门的关闭是经常发生的，往往和采取紧急措施有关。然而，在一段连接中，这也是很常见的操作。TACITE的模拟能根据压力、温度和液体累积等，预测管线随时间将会发生的情况。

预测强烈段塞流和地形导致的段塞流

在某些特殊的操作条件或管线走向条件下，为制定预防性的措施，了解流态情况是非常有用的。例如：TACITE在预测强烈段塞流和地形导致的段塞流的流态方面十分有帮助，在这些流态中有周期性的前向和逆向流。这些通常发生在斜坡、提升管或在粗糙的、拓扑剖面不规则的管线中，这些管线含有低洼处，液相容易累积。同时，低流速和低流体能使得保持稳定的流动条件变得十分困难，也是造成这一现象的原因。

特殊的瞬态操作：泄压

对于管线中的泄压操作，TACITE模拟与环境的传热，准确计算流体的热力学状态。TACITE还能预测管线流体的真实热力学行为并预测潜在的问题，如：

• 由于焦耳－汤姆逊效益产生的低温和因此可能发生的结冰情况

• 与环境的传热效应

• 液塞

这样的研究能允许您定义泄压操作规程（序列、时间和不同的步骤等）以确保安全。

操作情景的模拟

TACITE允许您模拟多种操作情景，包括阀门、侧线进料和多个井等。

3．预测紧急措施产生的后果

在已有的系统中，TACITE能帮助您评价安全系统。在设计中，TACITE能用于为管线（温度和压力）和在线设备（流量、灵活度、需要的输出压力和温度）设计操作规程，因而能帮助您对紧急/安全系统进行合理的设计。

在某些时间点，可能还需要采取多个不同的紧急措施，如：

• 管线下游阀门的关闭

• 生产的停止

• 管线下游旋转设备的停止

• 紧急泄压

目的是为了控制：

•  压力波

• 超压

•  低温

• 液塞

• 危险事故（如：管线破裂）

TACITE的计算结果能帮助您预测这些事件的可能性和后果。在多相流管线中这些尤为重要和有用。它能应用于可能出现气相的液体管线（如泄压装置），或不正常的流动条件，它也能应用于可能出现凝析液的气相管线中。

4．操作控制系统的规定

应用TACITE，您将可以设计与实际管线行为一致的操作控制系统。对管线网络的任意新情况的预测，增强了操作的安全性。

TACITE能用于：

• 评价PID控制器的充足性或用于设计PID控制器

• 设置紧急逻辑系统/报警系统控制点

• 计划生产、输送网络

• 开发实时模拟器以观察：

• 下几个小时管线行为的趋势

• 操作参数控制点发生变化后将出现什么现象

• 计划操作策略或培训

5．操作员培训

该培训涉及油气生产和集输系统的操作员。目的就是更易于控制管线和上下游设备间的交互作用，而同时又尽量以更安全的方式操作生产和集输系统。操作员必须知道很广范围内操作条件的管线的动态特征。

TACITE能通过结合模拟计算和屏幕互动而成为培训工具。同时它也能用于研究管线行为对不同参数的灵敏度，即：流量、下游压力、进口压力，油气比等的变化。

 

典型客户