“能夠戰(zhàn)勝深水高壓、低溫強(qiáng)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(fēng)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(zé)任公司專為深水油氣安全、經(jīng)濟(jì)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(fù)責(zé)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(yù)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(chǔ)上，進(jìn)一步提出更加先進(jìn)的生產(chǎn)作業(yè)建議，減少生產(chǎn)中的風(fēng)險，優(yōu)化生產(chǎn)策略，促進(jìn)管理能力升級，提高海洋工程數(shù)字化建設(shè)水平，推動海上油氣田智能化建設(shè)。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(shè)計類一等獎。
建設(shè)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(jìn)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(qiáng)換熱環(huán)境，使連接各個井口、水下生產(chǎn)設(shè)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(fēng)險挑戰(zhàn)，諸如水合物及蠟等固相沉積、段塞、多相腐蝕等。
當(dāng)前，我國海底管道已達(dá)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(fēng)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(jìn)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(yán)重影響著深水油氣安全、經(jīng)濟(jì)開發(fā)。
中海油研究總院有限責(zé)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(shè)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(lǐng)域的研發(fā)和應(yīng)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(fù)責(zé)人介紹，當(dāng)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(dǎo)的此類系統(tǒng)，購置與維護(hù)費用非常昂貴，而且不利于保護(hù)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(lǐng)團(tuán)隊歷經(jīng)十余年潛心研究，有效融合了機(jī)器學(xué)習(xí)和油氣水多相流機(jī)理模型，自主提出并研發(fā)了深水油氣田井筒—水下設(shè)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(fēng)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(shè)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(fēng)險達(dá)到10秒級預(yù)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(yīng)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(yīng)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(dá)到國際先進(jìn)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(tuán)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(fēng)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(yīng)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(biāo)準(zhǔn)化開發(fā)流程，應(yīng)用價值高，具備產(chǎn)業(yè)化推廣應(yīng)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(yīng)用，為海上油氣田水下運行流動風(fēng)險智能監(jiān)測、預(yù)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(yīng)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(tuán)隊將進(jìn)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(chǔ)設(shè)置和模型算法進(jìn)行更新，提供多種方式供第三方軟件與系統(tǒng)進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)化開發(fā)模式，加快產(chǎn)業(yè)化發(fā)展進(jìn)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。
