井流模拟系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于对井系统中的流动条件进行建模的系统和方法，该井系统由多个分支(1、1a)表示，所述多个分支将碳氢化合物从至少一个分支进入点(3、3a)引导至分支出口点(2)，所述分支中的至少一个分支构成全局井系统出口点，其中，每个分支具有分支进入点(3、3a)，该分支进入点设置有至少一个流入口(4)且与已知边界条件相关并且设置有与可调节的流动特性相关的输入流量控制单元(7)，以用于控制通过所述输入部的流量，所述边界条件包括与所述输入流量控制单元处的压力、温度和流量中的至少一者有关的预定数据，并且所述分支导管包括分支流量控制单元(6)，该分支流量控制单元具有可调节的流动的特性以用于控制通过分支的流量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】井流模拟系统本专利技术涉及一种用于对由井、流动管线、立管和管段组成的系统中的流量进行控制的系统。本专利技术涉及一种算法，该算法用于对在井、管段、管道和立管中的由碳氢化合物和最终添加的乙二醇或动力流体组成的网络中的流量、压力和温度所包括的能量供应和损失进行计算。网络“分支”是表示井、管道、短管、立管以及距离坐标(分支模型)的管道工程设施的常见抽象概念。因此，东和西被用作方向和边界定义。分支是具有几何参数的管材料的物理装置，从东向西或从西向东输送流体。WO2009/024545描述了适于对分支的输入和输出进行控制的单个分支，而WO2013/192516描述了用于在用户输入的辅助下评估分支中的流量的方法。开发了根据本专利技术的算法以用于处理具有无限数量的分支的单个或多个流网络。流网络分支网格(网络模型)包括在交叉点处连接的分支。交叉点被定义为在网络内部，而对于远东和远西边界而言在外部。网络分支网格内的质量、压力、能量的基本本构方程是本专利技术的基本基础。流网络被分成由交叉节点指示的“层”，交叉节点连接来自远西的分支，远西表示单独的井入流，井入流终止于远东边界处，远东边界由具有限定的流量、或者压力和/或温度的单独的终端来表示。网络分支的外部边界条件或者由外部储层流动模型、开采现场原位传感器数据、来自表格、数据库的静态数据来定义，或者由人类个体定义的时间关系来定义。本专利技术涉及油气上游工业。本专利技术的动机是建立一种用于多相和单相流网络的流模拟器，该流模拟器具有可操作的实际致动器(节流阀、泵、压缩机)型控制器设施。作为开采优化问题的一部分，本专利技术可以被用于预测开采性能并且根据传感器监控来辅助日常现场计算。本专利技术的益处是更好的规划、更准确的可行性研究以及就经济和安全而言的改进的油气开采现场的操作。专用的求解程序逻辑用于对流量压力关系中的不连续性和非线性进行处理，同时对与实际生活情况一致的致动器型控制器进行处理。由于有效的子网络处理和记忆原理提供了计算机存储器和处理器的有效使用，因此可以对大型的单个或多个网络进行处理。现有的流量保障软件产品应用被离散成差分系数稀疏带矩阵的质量、动量和能量方程。求解程序取决于方程的特性除了是干净的抛物线以外，是完整的抛物线还是部分的抛物线曲线、是椭圆形的还是双曲线形的，从而导致大的计算机工作量。逆矩阵导致分配给分支网络节点的线性近似的压力与流场。US7672818中具有示出了这样的系统的一个示例。大型的流网络需要大的矩阵以及根据以及压力、质量动量和能量本构方程的解耦和串行处理进行的迭代计算。传统方法需要大量的计算机工作量并且需要得到合理的预测。平衡方程和病态数值模型中的不连续性可能导致不稳定和错误的解。在US9212538中讨论了解决这一问题的一种已知解决方案，该已知解决方案使用子系统模块和矩阵。本专利技术使用已建立的基本质量和动量平衡方程方法。然而，本专利技术的关键部分表示为算法，以对在沿着网络轨迹的流量与压力的计算期间进入井中的储层输送的强烈的不均匀性和流量压力关系的不连续性进行处理。在时间基础上为各个实际井操作范围预测压力带，以限定允许流动的条件受限的最大压力和最小压力。受限的井压带还取决于可用的泵/压缩机性能和动力流体。该算法随时间记录每个交叉点上的压力与流量关系，该压力与流量关系根据先前时间结果求出的交叉点处的压力与流量关系进行更新。将与压力无关的局部网络进行分类并且记录，以提高计算速度并减少计算机负载。求解程序在子网络的上层与下层之间交换相关消息，以有助于获取与每个网络层目标值和类型、目标函数的准确度、响应于局部层约束的实际分支有关的必要信息，并且如果存在压力受限的井则进行切换以允许弱井首先尝试生存，或者如果不可能则关闭弱井。因此，本专利技术的目的是提供一种系统和方法，所述系统和方法能够以容易扩展的方式对分支系统中的流进行优化。该目的如所附权利要求所呈现的被实现。本专利技术提供了用于在稳态和瞬态条件下使用的模拟原理。物理现象包括单相和多相流模型。该方法计算网络中的流量与压力的关系而不需要线性关系。该方法采用学习逻辑来提高计算速度或性能。该方法允许在合理的时间内对大型的流网络进行模拟。系统基本原理以通用术语描述而不集中于细节。下面将参照附图描述本专利技术，从而借助于示例图示本专利技术。图1图示了网络开采系统的概述。图2图示了如图1中所图示的系统中的一个分支。图3图示了本专利技术的优选实施方式的简化流程图。在图1中，开采系统被示意性地图示为分支1，该分支1具有例如在根据本领域的常见术语的西W中、在表面0处连接至顶侧系统5的出口点2，从而接收来自地质地层的碳氢化合物。分支1的另一、下端部具有进入点3、3a，进入点3、3a是连接至许多流入口4的节点，所述许多流入口4位于系统的根据术语的东E中。流输入部可以以串联的方式连接至其他分支1a或连接至通过入口4开采流体的地质地层。在图2中，图示了一个分支1，该分支1具有出口点2和节点进入点3，以及多个流入口4。如以上所提及的，位于进入点3处的流输入部可以充当与任一其他分支1a的交叉点或者直接连接至位于地质地层处的入口4，在该地质地层处，包括地层中的碳氢化合物的开采流体进入井系统中。流输入部或入口4可以优选地还包括流量控制单元7，比如用于关闭和限制进入系统的流的阀。分支1、1a将优选地还包括分支流量控制单元6，如阀、流量限制器和/或泵或压缩机和/或如用于对分支中的流量和压力进行调节的气举装置的其他相关的物品。分支1、1a也可以包括用于温度控制的热源和/或散热器。流量控制单元6、7可以单独地用于对每个分支中和系统入口4的进入点处的压力/流量条件进行控制。在井系统中，可以在选定的位置处包括多个传感器，例如在流入口4处、在控制单元6、7中以及在分支1、1a中包括多个传感器，从而提供与井系统有关的最新数据，并且将采样的信息报告给主要控制单元5，该主要控制单元5通常位于井的外部，包括用于执行用于实行本专利技术的计算的计算机。根据本专利技术的方法定义了网络级，该网络级从终端边界(远)东(e)节点3和入口4处开始到达西(w)方向处，从而为连接分支1、1a的每个上游分支交叉点定义了层(l)，直到在(远)西5处到达井边界入流为止。从西到分支交叉点的一个或更多个源分支以及从交叉点的西到东的平行分支是可行的。可选定义的多流网络可能交换质量和能量或者可能不交换质量和能量，并且在其他网络层的任何层处可能具有压力连续性或可能不具有压力连续性。可以重新分布(重新定路径)网络分支到分支的连接，或者可以在运行时间期间通过条件事件处理命令来被改变网络交叉点的连接。分支1、1a包括在系统中被识别的“主要元件”(元件)或影响流量的控制单元。元件或控制单元6可以是管部段、泵、压缩机、井流入物品、流入源、流出汇、分离器、分流器、加热器、冷却器、节流阀、收敛扩散测量喷嘴(CDMN)、泵、压缩机。能量平衡被施加在管部段、节流阀、动力设施上，其中，流量与压力的关系意味着来自旋转动力设施的耗散能量损失或压力增加。物品被定义为用作致动器的可控元件。非主动元件是管部段、分流器、分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于对井系统中的流动条件进行建模的系统，所述井系统由多个分支(1、1a)表示，所述多个分支(1、1a)将碳氢化合物从至少一个分支进入点(3、3a)引导至分支出口点(2)，所述分支中的至少一个分支构成全局井系统出口点，/n其中，每个分支具有分支进入点(3、3a)，所述分支进入点(3、3a)设置有至少一个流入口(4)且与已知的边界条件相关并且设置有输入流量控制单元(7)，所述输入流量控制单元(7)与可调节的流动特性相关以用于对通过所述输入部的流量进行控制，所述边界条件包括与所述输入流量控制单元处的压力、温度和流量中的至少一者相关的预定数据，/n并且所述分支导管包括分支流量控制单元(6)，所述分支流量控制单元(6)具有可调节的流动特性以用于对通过所述分支的流量进行控制，/n其中，所述井系统包括以并联和串联的方式连接的多个分支，分支构成分支网络，将出口点连接至输入点的分支网络中的至少一部分分支网络是一系列的，这些分支网络分支包括与周围地质地层联接的多个流输入点，/n系统控制单元适于根据所述边界条件以及在所述输入部、所述分支和所述分支出口点中的至少一者中的所选定的流动条件来计算每个输入点处的和穿过所述分支的流量，并且其中，所述系统适于基于所述边界条件来计算模型，所述边界条件包括每个输入点处的和提供所选定流量输出的分支处的选定流动特性，所述系统控制单元能够控制所述分支和所述输入控制单元，以便在所述全局井系统出口点处提供预定输出，并且其中，/n所述系统控制单元适于递归地遍历每个分支和控制器、计算和平衡每个分支中的流动条件以获得所述预定输出。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180105 NO 201800191.一种用于对井系统中的流动条件进行建模的系统，所述井系统由多个分支(1、1a)表示，所述多个分支(1、1a)将碳氢化合物从至少一个分支进入点(3、3a)引导至分支出口点(2)，所述分支中的至少一个分支构成全局井系统出口点，
其中，每个分支具有分支进入点(3、3a)，所述分支进入点(3、3a)设置有至少一个流入口(4)且与已知的边界条件相关并且设置有输入流量控制单元(7)，所述输入流量控制单元(7)与可调节的流动特性相关以用于对通过所述输入部的流量进行控制，所述边界条件包括与所述输入流量控制单元处的压力、温度和流量中的至少一者相关的预定数据，
并且所述分支导管包括分支流量控制单元(6)，所述分支流量控制单元(6)具有可调节的流动特性以用于对通过所述分支的流量进行控制，
其中，所述井系统包括以并联和串联的方式连接的多个分支，分支构成分支网络，将出口点连接至输入点的分支网络中的至少一部分分支网络是一系列的，这些分支网络分支包括与周围地质地层联接的多个流输入点，
系统控制单元适于根据所述边界条件以及在所述输入部、所述分支和所述分...

【专利技术属性】
技术研发人员：古德布兰德·内尔比，
申请(专利权)人：罗克斯软件解决方案有限公司，
类型：发明
国别省市：挪威;NO