基于软件模拟下的井组工况优化分析

基于软件模拟下的井组工况优化分析

许博尧 

 中国石油长庆油田第四采气厂 陕西西安

摘要：随着气田开发进入稳产阶段，新井、积液井数量逐年增加，部分井组频繁出现积液、冻堵、产能受限等问题，影响气田安全平稳生产，亟需开展井组工况优化分析，制定优化方案，解决井组排液问题。本文主要通过引入OLGA软件，采用控制变量法对井组运行工况影响因素进行模拟分析，选取实际生产井组对软件适用性进行分析，提出优化方案，并进行效果预测。

关键词：冻堵；井组积液；OLGA软件；积液规律

1工况影响因素研究

1.1模型搭建：

通过OLGA软件模拟一条管线，结合所给定初始、边界条件，输入气质组分、管道信息，模拟不同工况下的积液情况，其中气质组分由PVTsim软件进行处理。

1.2不同因素对管线积液程度的影响

1.2.1不同气量下的管线持液量计算

控制其他变量保持不变，对气量5-25万方/天分5级进行模拟计算，得到各工况下的持液率（图1-2所示），根据模拟结果，气量越大，携液能力越强，管线持液率越小。

1.2.2不同管径下的管线持液量计算

控制除管径外其他变量保持不变，分别对DN50、DN80、DN100、DN150、DN200管线进行模拟计算得到各工况下的持液率。发现管径变大，导致管内过流面积增大，气体流速减小，携液能力不足，导致持液率升高，同时，在给定瞬时气量5万方/天条件下，管径超过DN150后，管线持液量随管径变大迅速升高。不同管径下持液率分布规律基本一致，但随着管径变大，管线持液率增大。

1.3管径、气量与持液率关系

将管径、气量因素综合考虑，进行模拟计算后建立关系图版不同管径下，持液率与气量整体呈现负相关，管径达到DN100-DN150范围后持液率上涨速度加快。

图1  DN200管线持液率模拟结果

1.4高程变化对积液程度的影响：

管线积液受地势起伏影响较大（按照经验主要受上斜管线影响），高程差变化可转化上斜管线倾角变化，保持其余所有参数不变，仅改变上斜管线倾角模拟管线低洼处工况，对持液率进行模拟计算。

图2 高程变化对管线持液率模拟结果及关系曲线

将高程变化25米至285米的变化转化为倾角变化，设定管线上斜倾角范围为3-30°，得出对应的持液率，在倾角大于18°后，持液率存在台阶式上涨。

2问题井组优化及效果预测

2.1实例基本信息

苏X-1井组2010年投产，串接气井16口，气量最高可达20万方/天，干管上存在两次变径，第一次变径为DN150变DN100，第二次变径为DN100变DN50，末端压力基本保持在2.5兆帕，夏季易积液、冬季易冻堵。

2.2软件适用性验证：

使用苏X-1井组的气质组分、高程、管径、气量等实际生产参数，对持液率及压力进行模拟，得到末端压力2.51兆帕，实际苏X-13末端四丛井外输压力为2.4兆帕左右，根据持液率计算井组积液量为10方，该井组放空时排出积液量约为8.9方，数据吻合程度较高。

图3 井组改造前模拟结果

2.3问题分析：

首先针对苏X-1井组的两处变径进行模拟，发现该井组积液情况主要存在于DN100管段，第二次变径（DN100变DN50）对管线积液影响更大，所以改造重点首先是消除节流问题。

图4  DN150变径至DN100、DN100变径至DN50持液率变化模拟

根据实际模拟结果，DN100持液率已高于图版理论值，基本与DN150保持一直，在DN50管段才有明显下降，DN150管段高程变化10米左右的上斜管段均出现较高持液率，且在两次节流处压力升高异常明显。

2.4改造方案及效果预测

综上，该井组外压高及易积液问题的主要因素为两次变径，且根据图版得知，20万方/天气量下使用DN150的管线可以保持持液率处于较低水平。所以计划将变径管段全部替换为DN150管线，同时对该井组进站流程进行相应改造。

根据模拟结果，整个井组除个别上斜管段持液率明显下降至0.011%，且超过80%的上斜管段持液率均保持在0.015%以下，管线压降基本平稳，末端压力下降至1.4MPa，改造效果良好。施工组织过程中可以根据实际情况对持液率较高的上斜管段开展降管作业。

图5 井组改造后模拟结果

3结论与认识

（1）引入OLGA软件对集气管网进行分析，结合生产实际进行验证，证实该软件在实际生产中应用的可行性，提供了新的分析手段。

（2）利用软件从气量、管径、高程变化等因素进行分析，定量计算管线持液率，形成图版，改变以往的粗放经验式分析方法，较为精确的得到了管线积液规律。

（3）选取了一条问题井组，根据软件模拟得到的规律，提出了改造方案，并对改造后的结果进行模拟，预测其改造结果良好，对后期该井组的改造提供了理论支撑。

参考文献：

[1]李涛, 宗媛, 朱德闻. 基于OLGA软件的湿气管道清管动态分析[J]. 油气储运, 2016, 35(5):4

[2]韩方勇. 多相流模拟软件OLGA应用研究[D]. 中国石油大学(北京), 2008.