آموزش ها مهندسی شیمی علم و دانش مهندسی شیمی

آموزش نرم افزار OLGA-گام سوم/شبیه سازی بستن(SHUT-IN) و راه اندازي(START-UP) خطوط لوله

محمدرضا فرزان
نوشته شده توسط محمدرضا فرزان

هدف اصلی در این تمرین انجام یک شبیه سازی برای عملیاتهای Shut-In و Start-Up به منظور مشخص کردن ضخامت لایه عایق مورد نیاز جهت حفظ دمای سیال در مینیم مقدار 5 درجه سانتیگراد بالای دمای تشکیل هیدرات بعد از بازه زمانی 8 ساعته ی shut down می باشد. برای مثال زمان 8 ساعته ی فرآیند “no-touch” که در آن اپراتورها هیچ فعالیت خاصی در خصوص خطوط لوله انجام نمی دهند. در ادامه به آموزش شبیه سازی می پردازیم.

منحنی تشکیل هیدرات بر اساس ترکیب در تمرین PVTSIM آماده شده و به صورت زیر می باشد:

دما [°C] فشار هیدرات [bara]
-20 2.1
-15 2.7
-10 3.4
-5 4.2
0 5.3
5 11.4
10 23.3
15 48.6
18 78.2
20 138.9
21.1 200.0

در پایان فرآیند shut down اپراتوردو گزینه برای انتخاب دارد، یکی راه اندازی مجدد تولید و دیگری فشار زدایی خط لوله جهت حصول اطمینان از ایجاد وضعیتی که در آن محتویات خط لوله از شرایط تشکیل هیدرات به دور باشد(در حالتی که امکان راه اندازی مجدد تولید وجود نداشته باشد). حجم بالای مایع بیرون خط لوله هم برای start up و هم فشار زدایی متناسب با نرخ گاز فلر(flare) تعیین می شود.

مهندسین تولید پروفایل مطلوب مورد نیاز و شرایط لازم برای مخزن ذخیره را فراهم آورده اند. از شما خواسته شده که wellbore را در مدل شبیه سازی مد نظر قرار دهید تا اجازه دهید فعل و انفعالات بین well و خط جریان ارزیابی شوند.

wellbore یک لوله انحرافیبه طول 1000 متر و با شیب 45 درجه است که بوسیله یک لوله عمودی بطول 800 متر تا سرچشمه ادامه می یابد. لوله ها دارای قطر داخلی 0.101 متر و ضخامت دیواره 6088 میلیمتر می باشند. زبری داخلی لوله برابر 0.025 میلی متر فرض شده است.

تشکیلات خارج از تیوب می تواند تقریبا بصورت تشکیل لایه هم مرکز به ضخامت 0.6 میلیمتر باشد.لایه تشکیلات باید بعنوان تعدادی لایه مدل شود. خصوصیات فیزیکی راک تشکیلات در جدول زیر داده شده است:

ماده چگالی [kg/m³] گرمای مخصوص [J/kg/K] هدایت گرمایی

[W/m/K]
تشکیلات 2,243 1,256 1.59

یک شیب دمایی خطی جئوترمال بین سوراخ لبه کنگره ای و کف دریا فرض کنید( 70 درجه تا 6 درجه)

برای کاهش زمان مورد نیاز جهت محاسبات، شبیه سازی بصورت یک سری شبیه سازی های مجدد راه اندازی شده خواهد بود که این هم به shut down و هم به موضوع  راه اندازی مجدد/فشار زدایی مرتبط خواهد شد.

راهنمایی ها:

با استفاده از کیس {slag5.opi} به عنوان کیس پایه، یک پروژه جدید راه اندازی کنید. کیس اصلی را مشابه سازی کنید و کیس جدید را {shutdown.opi} بنامید. کیس اصلی سپس باید از پروژه حذف شود.

جهت نمایش انتهای wellbore یک گره جدید ساخته و آن را Reservoir بنامید. مختصات X و Y را بر اساس اطلاعات زیر مشخص نمایید. همچنین شما بایدیکی از گره های موجود را مجددا تعریف کنید چرا که این گره باید به گره ترمینال  تبدیل شود.(شماتیک زیر را ملاحظه فرمایید:

یک سازهWALL اضافه کنید که شامل لایه تشکیلاتی باشد.( این لایه را به شش لایه با ضخامتهای 10 و 20 و 40و 80 و 150 و 300 میلیمتر تقسیم کنید.

دو لوله  wellbore جدید را به عنوان FLOWPATH جداگانه ای به نام Harthun Wellboe ذخیره کنید. دقت نمایید که مختصاتهای X به سرچشمه و مختصاتهای Y به سطح دریا ارتباط دارند.

محل فاصله

(X مختصات) [m]

عمق

(Y مختصات) [m]

شماره سکشن
Reservoir -707 -1762  
  0 -1055 5
Wellhead 0 -255 4

 

رمز HATTRANSFER را در صورت نیاز استفاده قرار می گیرد. از یک INTERPOLATION عمودی و ضریب انتقال حرارت محیط برابر 6.5 W/m²/K استفاده کنید.

لازم است از ترکیب سیال جدید هارتان که برای تمرین PVTSIM آماده شده بود استفاده کنید. فایل مشخصات سیال مورد استفاده  خواهد بود

ریزش جریان به داخل مدل با استفاده از کیبرد WELL انجام خواهد شد که برخلاف SOURCE  قبلا استفاده شده است.(باید source را از کیس قبلی پاک کنید). گزینه WELL از محل مشابه محل گزینه SOURCE قابل دسترسی می باشد. یک WELL جدید اضافه نمایید و اطلاعات زیر را از پنجره Property وارد کنید:

  • TIME = 0 s
  • RESPRESSURE = 180 bara
  • RESTEMPERATURE = 70°C
  • PIPE = PIPE-1
  • SECTION = 1
  • GASFRACTION = -1
  • WATERFRACTION = 0

با تنظیم PRODOPTION  به حالت LINEAR و تکرار برای INJOPTION، یک رابطه اجرایی جریان ورودی خطی (IPR) برای مخزن تخصیص دهید.

فرمول IPR خطی Q = A + B*DP است. باید A و B را به ترتیب به تولید و تزریق اختصاص دهید( با شرایط جریان برگشتی تخصیص یافته متناسب است). شاخص تولید WELL (PI یا BPROD) و شاخص تزریق( II یا  BINJ) برابر با  0.000003 kg/s/Pa فرض شده است.مقدار AINJ و APROD را برابر با صفر قرار دهید. WELL در مرکز wellbore قرار دارد.

دو والو جدید در سرچشمه هارتان (PIPE2-Section5) و در رایزر هارتان(PIPE7 Section2) قرار دهید. والو سرچشمه قطری برابر با 0.089 متری و والو پلتفرم قطری بابر با 0.1 متر دارند.

 شبيه سازي Shutdown

جالت پايدار اوليه و عمليات shut down به عنوان يك شبيه سازي مجزا اجرا خواهد شد به اين دليل كه ضخامت عايق بندي به عنوان بخشي از شبيه سازي راه اندازي مجدد شده نمي تواند تغيير كند.

شما بايد مدل بازبيني شده را براي يك دوره 2 ساعته و پس از آن shut down 8 ساعته اجرا كنيد.

آيا عايق كاري براي نگهداري مينيمم دماي خط لوله (حداقل 5 درجه بالاي دماي تشكيل هيدرات در فشار فشار موضعي در پايان 8 ساعت shut down) كفايت مي كند؟ اگر خير، سطح عايق بندي مورد نياز جهت دستيابي به اين هدف را مشخص كنيد.

راهنمايي ها:

هر دو والو بايد براي دو ساعت اول شبيه سازي كاملا باز باشند. والو سرچشمه و والو پلتفرم را همزمان براي يك پريود 60 ثانيه اي ببنديد تا shut down توليد انجام شود. يك دوره 8 ساعته shut-in را شبيه سازي كنيد. زمان شبيه سازي كل به 10 ساعت خواهد رسيد(ENDTIME = 10 h )

راه ساده براي دست كاري والو استفاده از سري هاي زماني براي باز كردن والو هاست. اين كار بوسيله كليك بر روي آيكون Timeseries ، در پنجره Properties انجام مي شود.

زمان(با واحد دقيقه) متناسب با باز شدن والوها تعريف شده است(مقدار 1 كاملا باز و مقدار 0 كاملا بسته مي باشد). والو با زمان و بين نقاط زماني مشخص با محل دقيقا مشخص شده توسط الحاق بصورت خطي حركت مي كند.(مي توانيد بين 0 و 1 يك زمان باز شدن تعريف كنيد)

تفاوت بين دماي موضعي و دماي تشكيل هيدرات در فشار موضعي مي تواند در اُلگا مستقيما پلات شود چرا كه نمودار تشكيل هيدرات قبلا تهيه شده است.

نمودار تشكيل هيدرات بوسيله گزينه HYDRATECHECK كه از پنجره Properties قابل دسترس مي باشد(همانطور كه نشان داده شده است). نمودار تشكيل هيدرات را بصورت نشان داده شده وارد كنيد.

متغير DTHYD را براي هر FLOWPATH  به پلات  PROFILE اضافه كنيد و از اين متغير براي ارزيابي الزامات عايق بندي استفاده نماييد.

شبيه سازي Start-up

حالا لازم است كه عمليات راه اندازي خط لوله را پس از قرار دادن عايق بندي صحيح، اصلاح كنيد. اين شبيه سازي مي تواند به عنوان يك راه اندازي مجدد شبيه سازي با استفاده از شرايط خط لوله در هارتان و در پايان شبيه سازي shut down اجرا شود كه اين از شرايط اوليه براي راه اندازي مجدد شبيه سازي مي باشد.

راهنمايي ها:

يك كيس بر اساس كيس شبيه سازي shut down {Shutdown.opi} ايجاد كنيد و به نام {Start-up.opi} نامگذاري كنيد.

كيس جديد را براي در برگرفتن واژه كليدي RESTART از پنجره  Model View (همانطور كه نشان داده شده)اصلاح كنيد.

فايل FILE مورد استفاده بعنوان شرايط اوليه براي اين شبيه سازي را با نام {Shutdown.rsw} در مكان مناسب در پنجره Property  مشخص كنيد.

پنجره INTEGRATION را انتخاب كرده و ENDTIME را به 12 تغيير دهيد و STARTTIME را حذف كنيد. اين كار شما را مطمئن مي سازد كه زمان پايان(end time) از شبيه سازي shut down ، به همان صورتي كه زمان شروع (start time) براي شبيه سازي Start-up استفاده مي شود، به كار برده مي شود.

شبيه سازي را راه اندازي كنيد وبيشينه حجم غير عادي در گيرنده ي اسلاگ در حين راه اندازي را تخمين بزنيد. فرض كنيد يك نرخ پساب مايع جدا كننده از دو ساعت اول كيس {Shutdown.opi} برابر با توليد مايع حالت پايدار مي باشد.متغير ACCLIQ و / يا QLT را براي استقرار حجم غير عادي مورد نياز استفاده كنيد. فراموش نكنيد كه والو ها را باز كنيد!!!!

آيا حجم ناخواسته در start-up مي تواند بوسيله روش هاي مختلف راه اندازي كاهش يابد؟

[تعداد رای:0]

درباره نویسنده

محمدرضا فرزان

محمدرضا فرزان

کارشناسی مهندسی نفت-بهره برداری
کارشناسی ارشد مهندسی شیمی-ترمودینامیک

درج دیدگاه