备注
引言
近年来,随着互联网、大数据、人工智能等技术的快速发展,在内在需求与外在技术背景的作用下,智能油气田建设步伐逐渐加快,利用信息化技术促进产业变革的智能化时代已经到来[1]。油气田集输管网输送的介质一般为地下储藏开采出的未经处理的流体,其成分复杂、性质各异,准确模拟与预测混输工艺能够为油田进一步开发、改造提供有效依据,因此多相混输管道模拟技术的应用价值日益凸显。基于此, Gong等[2]在Journal of Pipeline Science and Engineering上发表了文章“Application and prospects of multi-phase pipeline simulation technology in empowering the intelligent oil and gas field”(多相混输管道模拟技术在智能油气田中的应用与前景),回顾了多相流模拟模型与求解算法的研究历史,梳理了多相流模拟技术在智能油气田生产中的关键作用,总结了多相流模拟技术发展的内在特点,结合实际需求提出未来的研究方向。
文章中提到早期的多相流研究主要通过实验获取大量数据,然后计算相关回归方程,建立流动模型图及流动模型转换经验关系式以确定油气管道中的多相流模型;后来发展为基于实验数据建立半理论流动模型转换标准,以扩展纯经验的回归方程;随着对多相流机制的更深入理解,研究者可以通过理论手段开展进一步研究,以获得适用范围更广泛的模型,摆脱实验条件的限制。求解算法是多相流数值模拟的基础,根据需要求解的变量可分为基于守恒变量的密度算法与基于原始变量的压力算法两类,分别多用于高声速与低流速工况。
多相流模拟技术在油气田的集输生产系统中应用广泛,有助于各平台进行智能化、数字化改造,创建智能、安全、高效的生产新范式。根据油气田的实际工程特点及需求, Gong等研究了一种适用于海上气田的虚拟流量计(Virtual Flow Metering, VFM),节省了大量开发运行成本,随后又开发了一个适用于油气田的流量管理系统,并应用于中国南海的油气田;针对陆上气田的生产特点提出了新型气井虚拟计量系统,并根据现场需求增加了水合物形成预测、水合物抑制剂优化、管道流体积聚预测、腐蚀速率预测等模块。
随着油气勘探进入深水、沙漠、极地等更具挑战性的环境,安全、效率及成本的要求不断提高,智能油气田建设已势不可挡。智能油气田是可持续的,能充分利用当前可用或正在开发的安全、可靠及具有成本效益的技术进行感知、预测、控制、优化、决策。作为数字化和智能化技术的核心,多相流模拟技术能够优化仪器设备与业务流程,显著降低人工成本,提高事故检测与处理效率,确保地面生产系统运行的安全性,在智能油气田的整个生命周期中起着重要作用。近年来,国际上部分大型油气田通过并购重组对多种独立的专业模拟软件进行了重构与集成,相继形成了覆盖油气生产上下游的模拟方案。然而,中国油气田所使用的模拟技术发展较晚,相关软件产品不够成熟,给油气企业转型升级带来了挑战,对中国的能源安全保护、产业发展及智能油气田建设产生了不利影响,独立油气田模拟软件的开发势在必行。
针对智能油气田建设与多相流模拟软件的未来发展, Gong等提出了以下建议:①必须确保高质量软件的设计,明确不同用户的目标和需求,关注国家智能油气田建设所需的数据和分析平台,如上游供应商、下游用户及相关外部数据的信息整合。②必须提前设计顶层的统一接口,合理开发用于建设智能油气生产系统的模拟软件。③必须关注油气生产系统的安全、高效、高质量运行,以规划和开发多场景、多层次的应用软件。④必须结合现场应用实际条件构建模拟系统,全面考虑调度惯例、操作模式及控制特性等因素,确定各种应用目标的时空特征、数据与模型的耦合应用场景、模型与业务之间的关系以及不同业务目标的相应解决方案。⑤模拟系统的建设不是单一的项目,而是一个持续的开发工程,因此必须建立一个能够持续升级与迭代的科研团队。
- [1] 宫敬,史博会,李晓平,虞维超,吴海浩. 油气管网仿真技术在智能管网建设中的应用及展望[J]. 油气储运,2023,42(9):988−997. 10.6047/j.issn.1000-8241.2023.09.004. GONG J, SHI B H, LI X P, YU W C, WU H H. Application of oil and gas pipeline network simulation technologies in construction of intelligent pipeline network and its prospect[J]. Oil & Gas Storage and Transportation, 2023, 42(9): 988−997.
- [2] GONG J, KANG Q, WU H H, LI X P, SHI B H, SONG S F. Application and prospects of multi-phase pipeline simulation technology in empowering the intelligent oil and gas fields[J]. Journal of Pipeline Science ang Engineering, 2023, 3(3): 100127. DOI: 10.1016/j.jpse.2023.100127.