“能夠戰(zhàn)勝深水高壓、低溫強換熱惡劣環(huán)境，實時感知深不可見的數(shù)百到數(shù)千千米海底集輸系統(tǒng)的流動安全風險，為海上油氣田數(shù)字化、智能化運行管理提供可靠的解決方案。”這就是中海油研究總院有限責任公司專為深水油氣安全、經(jīng)濟開發(fā)而創(chuàng)新打造的深水“利器”——海上油氣田多相流動仿真分析與管理系統(tǒng)。
中海油研究總院有關(guān)負責人表示，該系統(tǒng)能夠提供生產(chǎn)系統(tǒng)中測試儀器無法觸及的信息，并引入數(shù)據(jù)融合算法，實現(xiàn)對未來生產(chǎn)狀態(tài)和各類工況的預測，從而使現(xiàn)場作業(yè)人員在基本的油田生產(chǎn)知識的基礎上，進一步提出更加先進的生產(chǎn)作業(yè)建議，減少生產(chǎn)中的風險，優(yōu)化生產(chǎn)策略，促進管理能力升級，提高海洋工程數(shù)字化建設水平，推動海上油氣田智能化建設。該系統(tǒng)獲得首屆國企數(shù)字場景創(chuàng)新專業(yè)賽研發(fā)設計類一等獎。
建設數(shù)字化油氣田的必選項
2014年以來，隨著荔灣、深海一號、流花16-2/20-1等油氣田相繼投產(chǎn)，我國海上油氣開發(fā)已進入深水、超深水時代，“深水高壓、低溫”成為這個時代的主旋律。這意味著我國海上油氣開發(fā)將處于深1500米及以上大高差、2℃～4℃低溫強換熱環(huán)境，使連接各個井口、水下生產(chǎn)設備及下游的幾十到數(shù)百千米的水下油氣水多相集輸系統(tǒng)面臨巨大的流動安全風險挑戰(zhàn)，諸如水合物及蠟等固相沉積、段塞、多相腐蝕等。
當前，我國海底管道已達近8000千米，深水海底集輸系統(tǒng)距離也在不斷增加，僅深海一號，海底管道累計233千米。然而，對于深不可見的數(shù)百到數(shù)千千米海底集輸系統(tǒng)中流動安全風險，員工主要依靠安裝在井下、水下等特定位置的儀表數(shù)據(jù)以及操作人員的經(jīng)驗進行識別與控制，一旦水下儀表遭到損壞或出現(xiàn)故障，將失去實時信息，嚴重影響著深水油氣安全、經(jīng)濟開發(fā)。
中海油研究總院有限責任公司水合物和海洋資源戰(zhàn)略研究中心有關(guān)專家介紹，油氣田多相流動仿真分析與管理系統(tǒng)是海上油氣田開發(fā)實現(xiàn)流動全過程監(jiān)測、做好流動安全控制和保障必須具備的技術(shù)，也是海洋石油實現(xiàn)智能化轉(zhuǎn)型及建設智能化、數(shù)字化油氣田不可缺少的環(huán)節(jié)。據(jù)悉，國內(nèi)相關(guān)領域的研發(fā)和應用仍處于起步階段。
潛心十年研究終成正果
中海油研究總院相關(guān)負責人介紹，當前，在大型油氣田開發(fā)上，國外均配備了該類海上油氣田多相流動仿真分析與管理系統(tǒng)，國內(nèi)大都采用的是歐美國家主導的此類系統(tǒng)，購置與維護費用非常昂貴，而且不利于保護我國油氣田生產(chǎn)信息。
針對以上深水油氣田開發(fā)難題，中海油研究總院水合物和海洋資源戰(zhàn)略研究中心主任李清平帶領團隊歷經(jīng)十余年潛心研究，有效融合了機器學習和油氣水多相流機理模型，自主提出并研發(fā)了深水油氣田井筒—水下設備—海底管道—平臺全流動體系的多相流動過程動態(tài)仿真、流型判別、虛擬計量和風險識別等技術(shù)方法，開發(fā)了海上油氣田多相流動仿真分析與管理系統(tǒng)。
據(jù)介紹，該系統(tǒng)充分利用油氣田測試、設計、施工、調(diào)試及全時段在線儀表有效數(shù)據(jù)，采用全自主研發(fā)的熱動耦合多相流動模型，通過熱—流—力多動特征多參數(shù)提取、實現(xiàn)了水下生產(chǎn)井產(chǎn)量實時數(shù)字計量，其中蠟沉積、水合物、段塞等流動安全風險達到10秒級預警，并實時反饋最優(yōu)調(diào)控方案，為海上油氣田數(shù)字化、智能化運行管理提供了可靠且高效的解決方案。
已在多家氣田成功應用
據(jù)中海油研究總院流動安全工程師陳海宏介紹，目前中海油研究總院研發(fā)的海上油氣田多相流動仿真分析與管理系統(tǒng)，已成功應用于流花19-5氣田、文昌10-3氣田、東方1-1氣田和流花4-1油田，實現(xiàn)了該系統(tǒng)100%國產(chǎn)化研制，性能達到國際先進水平，相關(guān)成果獲得發(fā)明專利授權(quán)21件、獲得省部級科技獎10項，研究團隊榮獲“全國工人先鋒號”“央企楷模”稱號。
以流花4-1油田為例，該系統(tǒng)實現(xiàn)8個水下井口虛擬計量及海上油氣輸送全過程流動風險監(jiān)測與管理，節(jié)省了實體流量計的購置費用超4000萬元，并大大減少了因倒井計量所帶來的產(chǎn)量損失費用。以文昌10-3氣田為例，該系統(tǒng)的成功應用，節(jié)省了實體流量計的購置費超2000萬元。目前，該系統(tǒng)各方面均已成熟，且形成標準化開發(fā)流程，應用價值高，具備產(chǎn)業(yè)化推廣應用條件。據(jù)悉，未來該系統(tǒng)將陸續(xù)在流花16-2油田、“深海一號”等深水油氣田推廣應用，為海上油氣田水下運行流動風險智能監(jiān)測、預警及防控提供技術(shù)支撐，全面保障我國粵港澳大灣區(qū)等地區(qū)的能源安全和及時供給。
“盡管我們自主研制的海上油氣田多相流動仿真分析與管理系統(tǒng)在國內(nèi)多個海上油氣田實現(xiàn)應用，但是要想實現(xiàn)該系統(tǒng)在海上油氣田全覆蓋，還有一段很長的路要走。”中海油研究總院流動安全首席工程師姚海元說道。未來，研究團隊將進一步打造開放性的海上油氣田多相流動仿真分析與管理系統(tǒng)，用戶可結(jié)合自身需求對系統(tǒng)基礎設置和模型算法進行更新，提供多種方式供第三方軟件與系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交互，實現(xiàn)系統(tǒng)功能的持續(xù)迭代升級與創(chuàng)新發(fā)展，深化流動管理系統(tǒng)標準化開發(fā)模式，加快產(chǎn)業(yè)化發(fā)展進程，持續(xù)為深水油氣開發(fā)實現(xiàn)流動數(shù)字化、可視化、智能化管理提供創(chuàng)新方案。
