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PIPELINE软件在气田集输实时监控中的应用

·软 件·

PIPELINE软件在气田集输实时监控中的应用

龚才喜① 陈中普② 曾学志② 赵 义③ 任立春②

(①中国石油化工股份有限公司华北分公司;②渤海钻探第一录井公司;③渤海钻探第一钻井公司)

龚才喜,陈中普,曾学志,赵义,任立春.PIPELINE软件在气田集输实时监控中的应用.录井工程,2012,23(2):84-88摘 要 PIPELINE软件是一种离线或者在线的集输管网仿真模拟计算软件,不但可以用来测试和评价输气管道的设计或进行实际操作参数的设置,还能与气田集输实时监控系统进行有机结合,为集输管网运行提供辅助专家诊断分析。以大牛地气田集输生产实际为例,进行管网水力、热力计算,天然气调峰正常工况分析和用户中断用气工况模拟分析,

结果表明,该仿真模拟软件和实时监控系统有机结合,改变了气田根据人工计算或凭经验来预测天然气集输管网的运行情况和调峰的现状,不但降低了劳动强度,而且使预测效果得到了根本性提升,排除了管网运行管理的安全隐患。PIPELINE软件不仅方便了管网的运营管理,还避免了生产调度上的盲目性,为科学地管理气田集输管网系统提供了专家式的理论指导。

关键词 PIPELINE软件 集输监控 管网模拟 水力热力计算 调峰分析 大牛地气田中图分类号:TE 

832.2 文献标识码:A 龚才喜 高级工程师,

1962年生,1982年毕业于江汉石油学院石油地质专业,现在中国石油化工股份有限公司华北分公司主要从事油气开发及管理工作。通信地址:450062河南省郑州市陇海西路199号。电话:(0371)86177226。E-mail:gong

caixi@126.com0 引 言

管道集输是油气开发与输送过程中一项重要的技术。目前管道集输技术已有很多成熟的理论和模型,

而且随着计算机和网络技术的发展,油气集输技术也逐步实现了信息化,形成了比较著名的集输管道仿真模拟软件,如ESI(Energy Solutions Interna-tional)公司的PIPELINE STUDIO套件(TGNET/TLNET)、德国劳氏集团(GL-GROUP)的SPS(Stoner Pipeline Simulator)等PIPELINE仿真模拟软件系统,目前这些仿真模拟软件均有离线和在线版本。与此同时,也形成了油气集输远程数据采集监控系统,该类系统目前一般采用SCADA(Su-pervisory 

Control And Data Acquisition)实时监控系统架构,

均为实时在线模式。PIPELINE软件不但可以实现集输管网铺设施工前的模拟和设计,而且也可以用于集输管网建成后的运行管理,

在生产中对管网系统进行优化。通过VC/VB等编程工具,可以将SCADA远程监控系统和PIPELINE软件系统有机结合起来,对管道集输生产运行进行在线式实时监控和管理,以实现

管网集输系统的最优化。

1 PIPELINE软件

PIPELINE软件系统有稳态模拟和瞬态模拟,主要应用领域包括管道设计、管道运行、管道调度和操作人员培训。在输气管道前期设计过程中,稳态仿真软件可以为确定设计参数和设计方案进行辅助工艺设计;瞬态仿真软件则可以针对不同工艺设计方案进行调峰、

管道开裂等非常情况下的非稳态工况计算,为管道安全运行管理方案提供优选依据。在输气管道运行管理过程中,仿真软件还可以用于制定和优选运行方案、预测事故后果、评价事故应急预案的效果等方面,为油气集输的安全有效运行提供专家诊断保障。

油气集输SCADA系统是以电子仪器、计算机及网络技术为基础的生产过程控制与调度自动化系统,可以对现场的运行设备进行测控和监视,以实现数据采集、设备控制、参数测量和调节以及各类信号报警等功能。

该系统可以采用无线或有线方式实现本地或异地的油气集输运行实时数据采集处理与监控任务,

·48· 录井工程 2

012年6月

为远程实时掌握油气集输运行动态提供保障,SCA-DA系统通过远程终端测控单元(RTU)或可编程逻辑控制器(PLC)负责对集输生产过程的数据(如压力、

流量、温度等)进行探测、采集和处理,并提供远程启停开关操作。

PIPELINE软件系统主要负责管网数据处理与工况分析,如:天然气管道的水力、热力计算,集输气

系统的调峰分析,

气源中断或用户用气中断后管网系统的工况变化分析,压缩机停机、再启动过程管网系统的工况变化分析,天然气管线泄漏分析等。PIPELINE软件系统所需要的部分关键数据可以由

SCADA系统来提供,该软件系统模拟的数据具有重要的实际指导意义。如某管道采用PIPELINE软件模拟参数与实际结果对比见表1。

表1 某管道采用PIPELINE软件模拟与实际结果对比[1

通过对P

IPELINE仿真模拟数据与SCADA系统采集的实时数据进行运行趋势对比分析,可以发现并处理集输管网运行中出现的各种问题。不但PIPELINE软件系统可以验证SCADA系统采集过来的管网实际运行参数,管网实际运行参数反过来又可以为PIPELINE软件系统在线仿真模拟提供运算数据。通过两者数据的互补分析,

查找并解决问题,可以实现集输管网运行的有效管理,提高运行效率,降低运行成本。因此,PIPELINE软件系统可以和SCADA系统协同运行(图1),即PIPELINE软件系统为集输运行管理提供专家验证、诊断分析,SCADA系统则为PIPELINE软件系统提供真实的运算数据。

2 在大牛地气田实时运行监控中的应用

大牛地气田目前采用放射状和枝状管网相结合的集输方式,全部集输管线长度为400km左右,输气干线上设有3个外输门站,管网运行情况较为复

杂。气田开发初期,基本上依靠人工计算[2

]或凭经验

来预测天然气集输管网的运行情况并进行调峰,不仅工作量较大,而且预测结果误差也较大,管网运行管理存在较大的安全隐患。为此,在气田集输网上部署了SCADA系统,并引进了PIPELINE软件系统。

图1 PIPELINE软件系统与集输实时监控系统

协同运行图

套件中的TGNET模块可以进行稳态、动态以及交互式动态计算,可对输气管道的正常工况和事故工况进行分析,测试和评价输气管道的设计或操

作参数的设置[3-

6],最终获得优化的系统性能,同时

与管网各点实际监控的数据相结合,可监控分析处理各种异常情况。本文以天然气管道的水力、热力计算,集输气系统的调峰分析,气源中断或用户用气中断后管网系统的工况变化分析为例来说明PIPE-LINE软件在集输管网实时监控中的作用。

2.1 水力、

热力计算PIPELINE 

STUDIO套件模拟中有3种约束模·

58·第23卷 第2期 龚才喜等:PIPELINE软件在气田集输实时监控中的应用

式:p大-Q大,p小-Q大,p大-p小(

其中p大指最大压力,p小指最小压力,

Q大指最大流量。上游气源站和下游输气站的4个压力流量数值只要设定约束其中两个,

就可以进行稳态计算得到另外两个量)。在管线的热力计算方面,气体的气源温度、管道环境温度和输气温度3个参数中只要已知任意两个,均可计算得到另一个数值。在这里应该注意的是,每个设备可以有多个约束条件,

但是每个子网(管网中任何具有压力控制或流量控制功能的设备都可从水力学的角度将管网划分为两个子网)中必须至少有一个压力设定值,也就是不存在Q-Q(

流量-流量)模式。大牛地气田首站(塔里木)至末站(榆林)的塔榆DN 

711管线,首站的最大压力如果为4.54MPa、出站温度为6.6℃、管道环境温度为10℃,

末站的最大流量为4.704351×106 m3

/d,利用p大-Q大模式进

行稳态计算,可得出末站模拟压力为4.42014MPa

、模拟温度为8.2℃。实测末站实际压力为4.43MPa

,实际温度为8.5℃。用该计算方法对大量数据进行模拟验证,将计算结果与实时监控采集生产数据相比,从上述分析可以看出末站实际压力与模拟压力误差在0.01MPa左右,因此认为塔榆DN 

711管线水力、热力生产数据基本稳定,处于正常运行状态。2.2 调峰分析

天然气集输系统的调峰是通过气源调峰和管存

调峰来完成的[7-

10]。对塔榆DN 

711管线末站流量的变化编写动态脚本(表2)

。该脚本的编写目的是:分析当末站用户在10d内对天然气的需求量按表中数值变化时,DN 711管道系统气源流量与管存如何变化,能否满足用户需求。该模拟采用p大-Q大模式,分两步进行模拟。

表2 调峰分析动态脚本

2.2.1 不约束气源流量

首站最大压力设为4.5MPa

,末站流量初始值设为4.0×106 m3

/d,最小压力约束为4.0MPa,进行不限制气源流量动态模拟(表3

)。从表3可看出,末站流量需求主要是靠首站气源流量的调整来满足,管存的变化很小,最高为

1.17286×106 m3,最低为1.15975×106 m3,

变化仅0.01311 

6 m3

,因而此时主要是靠气源流量来调峰。2.2.2 约束气源流量

约束气源最大流量为5.50×106 m3

/d

,再次运行动态模拟(

表4)。表3 不限制气源流量模拟结果

·

68· 录井工程 2

012年6月

表4 限制气源流量模拟结果

由表4可看出,

虽然首站限定最大流量为5.50×106 m3

/d,但仍能满足末站在192h流量

6.00×106 m3

/d的要求,此时管存降到1.08015

×106 m3

由于主要是靠管存的变化来调峰的,仅能维持1d,在216h后,即使管存降到1.06621

×106 m3也无法满足末站流量6.00×106 m3

/d的要求。

由以上分析可知,在大牛地气田靠管存调峰只能满足短时间用户需求量的突然变化,

主要还是得靠气源调峰来满足下游天然气用户需求量的变化要求,这与气田的实际运行监控情况一致。使用该软件进行调峰分析,改变了依靠管网压力变化调峰的被动情况,也避免了因调峰时机的延误而造成管网运行安全问题。2.3 用户中断用气分析

塔榆DN 711管线末站用户中断用气后,编写动态脚本如表5。该脚本的编写目的是:

分析在首站持续供气流量为4.50×106 m3/d的情况下,

末站在停止用气后3h内DN 711管线压力变化情况。从观察模拟结果(表6)可以看出,末站用气在3h时中断后,

管线压力逐渐升高,末站压力模拟值由3h时的4.57MPa升至4h时的5.43MPa,即在1h内升高0.86MPa,随着时间延长,压力升高的速率逐渐减缓,从4h至5h管线压力增加0.78MPa,从5h至6h增加0.74MPa。从表6还可以看出,中断用气后末站压力模拟值和实际监测值的误差不大

于0.02MPa,与实际运行情况高度吻合,这也充分说明塔榆DN 711管线中断用气运行正常。此工况下,在榆林压气站停机中断用气1.5h后,DN 711管线首站压力为5.85MPa,随后便达到最高设计压力6MPa

。表5 用户用气中断动态脚本 超过最高设计压力,

便可认为有异常情况出现,对于上述分析而言,显然是用户中断用气造成的。通过软件对事故工况的分析,可以直观地预测事故发生后管网运行变化情况,利于及时做出准确判断,在事故发生时或发生前留给工作人员一定的应急反应时间,

从而可有效避免或降低事故造成的危害。3 结 论

通过对PIPELINE软件在大牛地气田集输管网运行实时监控中的应用分析,论证了PIPELINE软件在气田集输管网运行实时监控中具有很强的适

·

78·第23卷 第2期 龚才喜等:PIPELINE软件在气田集输实时监控中的应用

表6 用户用气中断模拟结果

用性和可靠性,并得到以下几点认识:

①将该软件管网工况变化模拟计算数据与实时监控数据相结合,可有效分析管网运行状态,指导生产作业。

②通过该软件对气田采输的调峰模拟结果与实际运行监控情况相互验证,表明管存调峰只能满足短时间用户需求量的变化,主要还是靠气源调峰来满足下游用户的天然气需求量。因此,在用户需求量改变后生产调度部门不可过多地依赖管存的调峰作用,应及时根据该软件调峰模拟分析结果合理调整上游各集气站的集气量,避免超压事故发生。

③利用该软件进行事故工况模拟与实时监控数据的对比分析,生产调度部门能够做出准确及时的判断,并采取相应的应急措施,避免事故发生。

④应用该软件与实时监控系统协同分析应用不仅方便了管网的运营管理,还避免了生产调度上的盲目性,为科学地管理气田集输管网系统提供了理论指导。

参 考 文 献

[1] 李佩,赵宏涛,臧国军,等.SPS管道仿真系统在靖边一咸阳管道的应用[J].油气储运,2010,29(11):832-

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[4] 刘伟,刘涛.苏里格气田地面集输管网工况调节[J].石油化工应用,2009,28(6):34-37.

[5] 苏欣,章磊,刘佳等.SPS与TGNET在天然气管网仿真中应用与认识[J].天然气与石油,2009,27(1):1-

3,10.

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[8] 唐建荣,张鹏,吴洪波,等.天然气增压开采工艺技术在气田开发后期的应用[J].钻采工艺,2009,32(2):95-96.

[9] 程宗明.推广应用液化天然气调峰实现气化城市安全稳定供气[J].油田节能,2003,14(2):5.

[10]王永红,季艳平,宫敬,等.长输管道在线仿真系统的应用与展望[J].油气储运,2011,30(2):90-94.

(返修收稿日期 2012-02-20 编辑 王丽娟)

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· 录井工程 2012年6月

matic degassers.Xin Zili and Cai Rui.Mud Logging Engi-neering,2012,23(2):74-77

As the necessary ancillary equipment for gas logging,the performance advantages and disadvantages of the degas-sers can directly determine the analysis effect of gas detec-tion,thereby affect the accurately identification and inter-pretation and evaluation results of oil and gas layers.By re-viewing the development of the degassers,the paper dis-cussed the advantages and disadvantages during the develop-ment of degassers at the various stages,and based on theactual application data and the results compared with theadjacent wells,analyzed the advantages of pneumatic degas-sers:①compared with the traditional electric degasser,when it is used in areas with high content of flammable gas,its explosion-proof safety is higher,②its power source isprovided by well site,thus it can avoid mud logging dataloss due to the damage caused by the electric degasser mo-tor,③pneumatic pressure can be adjusted and can be se-lected according to actual needs,thus ensuring that the gaslogging values are in a reasonable range to guarantee the a-nalysis accuracy of gas logging.Therefore,semi-quantita-tive pneumatic degasser is recommended.

Key words:pneumatic pressure,electric,degasser,semi-quantitative,degassing efficiency,explosion-proof,gas log-ging show

Xin Zili,Geologging Company,Henan Petroleum Explora-tion Bureau,Henan Oilfield,Yuancheng District,NanyangCity,Henan Province,473132,China

Common faults and troubleshooting methods for comprehen-sive evaluation instrument of oil and gas component.XiaoXianzhong.Mud Logging Engineering,2012,23(2):78-80The comprehensive evaluation instrument of oil and gascomponent is a common rock pyrolysis gas chromatographyanalytical instrument,which plays an important role in thediscovery and evaluation of oil and gas layers.For fast andaccurately troubleshooting oil and gas component failure a-bout comprehensive evaluation in daily use,the paper sum-marized several common failures,grouped into 6kinds offault types,analyzed the reasons for various failures and in-troduced the troubleshooting methods to be referred by ma-intenance staff.

Key words:oil and gas component,comprehensive evalua-tor,gas chromatography,fault,troubleshooting

Xiao Xianzhong,Tuha Mud Logging Engineering Company,Western Drilling &Exploration Corporation,ShanshanCounty,Xinjiang,838302,China

Common method of the fault analysis and troubleshooting inSLXL-3 Mini Mud Logging Unit.Ma Guoqing.Mud Log-ging Engineering,2012,23(2):81-83

SLXL-3Mini Mud logging Unit is widely used in thedevelopment wells'logging operation,but sometimes somefaults may occur in use.Combining with the working prin-ciples of the unit,the author systematically analyzed the va-rious malfunction phenomena occurred in the field.Accord-ing to the structure of the unit,common faults were classi-fied in terms of three aspects of the gas analysis unit,thedata acquisition unit and the computer systems.The authoranalyzed the reasons causing the failures and proposed trou-bleshooting methods.

Key words:mini mud logging unit,fault analysis,trouble-shooting method,signal,gas analysis unit,explosive-proofinterface box

Ma Guoqing,Geologging Company,Shengli Petroleum Ad-ministration Bureau,Hekou District,Dongying City,Shan-dong Province,257200,China

The application of PIPELINE software in real-time monito-ring in gasfield gathering and transportation.Gong Caixi,Chen Zhongpu,Zeng Xuezhi,Zhao Yi and Ren Lichun.MudLogging Engineering,2012,23(2):84-88

PIPELINE software is an offline or online pipeline net-work simulation software for pipeline gathering and trans-portation.Not only the software can be used to test and e-valuate the design or the settings of actual operational pa-rameters of gas pipeline,but also can combine with the real-time monitoring system of the gasfield gathering and trans-portation to offer auxiliary expert diagnosis analysis func-tion for the pipeline network operation of gas gathering andtransportation.Taking the actual production of DaniudiGasfield gathering and transportation as an example,thepaper carried out basic hydraulic and thermodynamic calcu-lation,and normal working condition analysis for the natu-ral gas peak shaving and the simulation analysis for user'sgas interruption accident conditions.The results showedthat the organic union of this simulation software and thereal time monitoring system changed the status that predic-ting the operation of the natural gas gathering and transpor-tation pipeline network and peak shaving were basically de-pendent on manual calculation and experience.Thus,theworkload not only is reduced,but also the effectiveness ofthe predicted results is fundamentally promoted and the se-curity risks in network operation management are excluded.The PIPELINE software can facilitate the management ofthe pipeline network operations and avoid the blindness ofproduction scheduling,and this provides a theoretical expertguidance for the scientific management of gas transportationpipeline network.

Key words:PIPELINE software,gathering and transporta-tion monitoring,pipeline network simulation,hydraulic andthermodynamic calculation,peak shaving analysis,DaniudiGasfield

Gong Caixi,Huabei Sub Company,Sinopec Corporation,No.199,Longhai West Road,Zhengzhou City,HenanProvince,450062,China

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· 录井工程 2012年6月

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