“能夠戰(zhàn)勝深水高壓、低溫強(qiáng)換熱惡劣環(huán)境，實(shí)時(shí)感知深不可見(jiàn)的數(shù)百到數(shù)千千米海底集輸系統(tǒng)的流動(dòng)安全風(fēng)險(xiǎn)，為海上油氣田數(shù)字化、智能化運(yùn)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(zhuān)為深水油氣安全、經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)而創(chuàng)新打造的深水“利器”——海上油氣田多相流動(dòng)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(cè)試儀器無(wú)法觸及的信息，并引入數(shù)據(jù)融合算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)未來(lái)生產(chǎn)狀態(tài)和各類(lèi)工況的預(yù)測(cè)，從而使現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員在基本的油田生產(chǎn)知識(shí)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(xiǎn)，優(yōu)化生產(chǎn)策略，促進(jìn)管理能力升級(jí)，提高海洋工程數(shù)字化建設(shè)水平，推動(dòng)海上油氣田智能化建設(shè)。該系統(tǒng)獲得首屆國(guó)企數(shù)字場(chǎng)景創(chuàng)新專(zhuān)業(yè)賽研發(fā)設(shè)計(jì)類(lèi)一等獎(jiǎng)。

建設(shè)數(shù)字化油氣田的必選項(xiàng)

2014年以來(lái)，隨著荔灣、深海一號(hào)、流花16-2/20-1等油氣田相繼投產(chǎn)，我國(guó)海上油氣開(kāi)發(fā)已進(jìn)入深水、超深水時(shí)代，“深水高壓、低溫”成為這個(gè)時(shí)代的主旋律。這意味著我國(guó)海上油氣開(kāi)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(gè)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(dòng)安全風(fēng)險(xiǎn)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(guó)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(hào)，海底管道累計(jì)233千米。然而，對(duì)于深不可見(jiàn)的數(shù)百到數(shù)千千米海底集輸系統(tǒng)中流動(dòng)安全風(fēng)險(xiǎn)，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(yàn)進(jìn)行識(shí)別與控制，一旦水下儀表遭到損壞或出現(xiàn)故障，將失去實(shí)時(shí)信息，嚴(yán)重影響著深水油氣安全、經(jīng)濟(jì)開(kāi)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(zhuān)家介紹，油氣田多相流動(dòng)仿真分析與管理系統(tǒng)是海上油氣田開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)流動(dòng)全過(guò)程監(jiān)測(cè)、做好流動(dòng)安全控制和保障必須具備的技術(shù)，也是海洋石油實(shí)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(guó)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(kāi)發(fā)上，國(guó)外均配備了該類(lèi)海上油氣田多相流動(dòng)仿真分析與管理系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)大都采用的是歐美國(guó)家主導(dǎo)的此類(lèi)系統(tǒng)，購(gòu)置與維護(hù)費(fèi)用非常昂貴，而且不利于保護(hù)我國(guó)油氣田生產(chǎn)信息。

針對(duì)以上深水油氣田開(kāi)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(duì)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(tái)全流動(dòng)體系的多相流動(dòng)過(guò)程動(dòng)態(tài)仿真、流型判別、虛擬計(jì)量和風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別等技術(shù)方法，開(kāi)發(fā)了海上油氣田多相流動(dòng)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(cè)試、設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試及全時(shí)段在線儀表有效數(shù)據(jù)，采用全自主研發(fā)的熱動(dòng)耦合多相流動(dòng)模型，通過(guò)熱—流—力多動(dòng)特征多參數(shù)提取、實(shí)現(xiàn)了水下生產(chǎn)井產(chǎn)量實(shí)時(shí)數(shù)字計(jì)量，其中蠟沉積、水合物、段塞等流動(dòng)安全風(fēng)險(xiǎn)達(dá)到10秒級(jí)預(yù)警，并實(shí)時(shí)反饋?zhàn)顑?yōu)調(diào)控方案，為海上油氣田數(shù)字化、智能化運(yùn)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(dòng)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(dòng)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(shí)現(xiàn)了該系統(tǒng)100%國(guó)產(chǎn)化研制，性能達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，相關(guān)成果獲得發(fā)明專(zhuān)利授權(quán)21件、獲得省部級(jí)科技獎(jiǎng)10項(xiàng)，研究團(tuán)隊(duì)榮獲“全國(guó)工人先鋒號(hào)”“央企楷模”稱(chēng)號(hào)。

以流花4-1油田為例，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)8個(gè)水下井口虛擬計(jì)量及海上油氣輸送全過(guò)程流動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)與管理，節(jié)省了實(shí)體流量計(jì)的購(gòu)置費(fèi)用超4000萬(wàn)元，并大大減少了因倒井計(jì)量所帶來(lái)的產(chǎn)量損失費(fèi)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(shí)體流量計(jì)的購(gòu)置費(fèi)超2000萬(wàn)元。目前，該系統(tǒng)各方面均已成熟，且形成標(biāo)準(zhǔn)化開(kāi)發(fā)流程，應(yīng)用價(jià)值高，具備產(chǎn)業(yè)化推廣應(yīng)用條件。據(jù)悉，未來(lái)該系統(tǒng)將陸續(xù)在流花16-2油田、“深海一號(hào)”等深水油氣田推廣應(yīng)用，為海上油氣田水下運(yùn)行流動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)智能監(jiān)測(cè)、預(yù)警及防控提供技術(shù)支撐，全面保障我國(guó)粵港澳大灣區(qū)等地區(qū)的能源安全和及時(shí)供給。

“盡管我們自主研制的海上油氣田多相流動(dòng)仿真分析與管理系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)多個(gè)海上油氣田實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，但是要想實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)在海上油氣田全覆蓋，還有一段很長(zhǎng)的路要走。”中海油研究總院流動(dòng)安全首席工程師姚海元說(shuō)道。未來(lái)，研究團(tuán)隊(duì)將進(jìn)一步打造開(kāi)放性的海上油氣田多相流動(dòng)仿真分析與管理系統(tǒng)，用戶可結(jié)合自身需求對(duì)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(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的持續(xù)迭代升級(jí)與創(chuàng)新發(fā)展，深化流動(dòng)管理系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化開(kāi)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(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)流動(dòng)數(shù)字化、可視化、智能化管理提供創(chuàng)新方案。