olga超级经典教程.doc

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1、 OLGA软件计算应用导则CPE西南分公司中国石油大学（北京）2010年 8月 1.软件简介 .32.PVTSIM .53.软件基础操作 .153.1建立文件.153.2 Basic Case介绍.173.3 Blackoil Case介绍.443.4 Network Case介绍.504.软件各种模块 .564.1基础稳态模型.564.2水合物模块.574.3清管模型.654.4节流模型.714.5紧急关断动作模型.784.6输量变化及停输再启动模型.815.川东北项目计算实例 .855.1稳态工况.855.2清管工况.1006.重点参数设置 .1066.1 OPTIONS设置.1066.2

2、传热设置.1086.3源及节点设置.1116.4管线数据设置.1136.5输出设置及结果查看.1156.6 FA-MODELS.119 1.软件简介OLGA是模拟烃类流体在油井、管道、管网中瞬、稳态多相流动的软件包，由挪威的 SINTEF（The Foundation for Scientific and Industrial Research at theNorwegian Institute of technology）和 IFE（The Institute for Energy Technology）联合开发，是 1984-1989年期间一些挪威和国际石油公司（Norsk Hydro,

3、Saga, Statoil,Esso, Texaco, Mobil, Conoco和 Petro Canada）联合资助的两相流项目的产物。从1989年开始，OLGA的商业化运作由 Scandpower A/S负责。利用 SINTEF多相流实验室的大规模高压环道（长 1km，主要为 8英寸管，另有 12英寸、4英寸等管径，压力可达 90bar，实验介质为烃类流体和氮气或氟利昂）的实验数据，OLGA得到不断的改进，相继推出了 84、86、87、90、91、92、94、97、2000等版本，目前最新的是 OLGA6.2版。OLGA的开发和推广得到 Conoco Norway，Elf Petrole

4、um Norway，Mobil Exploration Norway，Norsk Agip，Norsk Hydro和Statoil等许多大型国际石油公司的支持。OLGA软件是开发最早的油气混输管流瞬态模拟软件，是目前世界领先的瞬态多相流模拟软件。可以模拟在油井、管线和油气处理设备中的油气水运动状态，其计算结果相对来说被世界各大石油公司所认可。OLGA已经被广泛应用在可行性研究、工程设计和运行模拟中。OLGA还可用于模拟有问题的油井和输油管线，以求解决办法，找出最佳操作步骤并选择合理的控制系统。还可用于对正常生产过程中的实时模拟控制，用作于工程师训练模拟器。在工程实际中，准确模拟和预测混输工艺能

5、够对油田混输技术方案和油田进一步开发、改造提供有效依据。需要说明的是，OLGA软件目前仍不包含流体物性计算模块，其组分数据的输入是通过 PVTSIM软件模拟，然后生成 OLGA适用的 TAB文件。在 OLGA中调用 TAB文件来完成流体物性输入。PVTSIM是由 Calsep公司提供，具有 PVT模拟、水合物形成预测、结蜡结垢预测、多相闪蒸计算、回归分析、单元操作计算等功能。任选模块包括段塞跟踪（可跟踪水力学段塞、地形起伏引起的段塞、流量变化引起的段塞、清管引起的段塞、启输引起的段塞等）、三相流气液水三相流（主要为层流）模拟、管 束（管束结构中单相流管和多相流管之间的传热计算）、土壤（埋地管道

6、与土壤传热的二维模拟）、多相流泵（离心泵和容积式泵模拟）、腐蚀（井筒和管道内部CO2腐蚀速率、分布规律计算）、蜡（井筒和管道内蜡沉积分布规律计算）、井筒（油气藏流入动态、钻井、试井和井喷过程模拟）、服务器（提供与其他模拟软件，如动态过程模拟器的接口）等模块。本报告将就 OLGA、PVTSIM软件的操作方法及不同模块的功能及一些值得注意的问题做一个简单的介绍。 2.PVTSIM 在 OLGA软件中只能对黑油模型的组分进行简单定义，如果需要使用组分模型，一般需要使用 PVTSIM软件进行定义。PVTSIM是一个专门的流体计算软件，此软件可以给许多多相流或者化工模拟软件建立流体文件。本文只是简单介绍

7、其用于 OLGA流体文件的一些基本操作。图 2.1是 PVTSIM软件的初始界面，其主界面主要分为三个部分：左上部的Simulations Explorer（模拟导航）、左下部的 Output Explorer（输出导航）和右侧的操作界面。图 2.1初始界面在 Simulations Explorer界面的最下方有三个选项，分别是：Fluid Management（流体管理）、Simulation（模拟）、Interfaces（接口）。这三个选项的具体内容见图 2.2。其中 Fluid Management为建立流体组分数据；Simulation为对流体进行闪蒸、相包线等其他一些参数进行模拟计

8、算；Interfaces为建立可供多相流或化工软件使用的流体物性文件，PVTSIM可以给 PIPESIM、PIPEPHASE、OLGA、HYSYS、PRO/II等许多软件建立流体物性文件。 图 2.2 Simulations Explorer界面首先在 Simulations Explorer中选定 Fluid Management选项。如果之前已经使用过 PVTSIM软件，要使用已建立的流体或者修改之前的流体，可以 OpenDatebase（打开数据库）选择已经建立的流体。打开之后的界面见图 2.3。 图 2.3 Datebase的界面如果之前没有使用过 PVTSIM软件，需要新建一个流体，

9、则会出现下图 2.4的界面。 图 2.4新建流体界面其中 Well、Test、Fluid、Sample、Text、History都是一些描述流体的选项。一般只需要输入 Well（井名）、Test、Fluid（流体类型）。Input composition in（数据使用摩尔分数或者质量分数）；Fluid options中 Save Char/Regres表示将流体保存到数据库；Adjust to Sat point(c7+ dens)通过其他数据进行调整，一般不使用此选项。Fluid type有三个选项：Plus fraction（进行组分拆分）、No- Plus fraction（不进行组分

10、拆分）、Characterized（特征化的，已经拆分过的）。详见图 2.5。如果要输入默认之外的组分，可以通过点击 Add Comps来实现。如果要更改默认组分，可以通过 Simulations Explorer- Fluid Management-Defaults-Default comp list来进行设置，更改默认组分的界面见图 2.6。 图 2.5新建流体界面设置图 2.6更改默认组分界面 所有设定都完成之后，点击 OK键。然后可以继续新建流体，定义另外的流体组分。然后将 Simulations Explorer选到 Interfaces界面，FLOW下面可以建立 OLGA三种文件：

11、OLGA（一般使用这个，就是普通物流组分文件）、OLGA compositionaltracking（组分跟踪文件，专门为 OLGA采用组分跟踪计算所设置的）、OLGA wax（为含蜡和结蜡计算所设置的）。左键点击 OLGA会出现下图 2.8的界面，最上面的的Fluid selection显示一个TAB文件可以包含多种流体。在water specification（含水量）中进行含水的定义，可以有四种单位的设定：water cut（液相含水量）、mol spec water/mol feed（水与其他组分的摩尔比）、mole% of feed+spec water（水与总组分的摩尔比）、wei

12、ght% of feed+spec water（水与总组分的质量比）。下面的 inhibitor specification（水合物抑制剂含量）与之相类似。Pressure and temperature是设定进行流体工艺计算的压力和温度范围。一般压力可以取 1200 bara，温度取-50100。在其下方有 Intelligrid（自动划分网格）选项，可以勾上使网格划分更为合理，不过有些流体组成使用自动划分网格会使生成的 TAB文件在OLGA中使用时报错，遇到此种情况可以尝试修改。还有 Emulsion（乳状液）选项，一般不常用到。下面是 Output table的相态选择，一般含水会选三相

13、然后在 extrapolation method（外推方法）中可以选择 derivatives（根据压力边界外推）、compositional（根据组分数据外推）进行压力温度外推。一般在压力温度设定中要使设定范围足够大，此处则不太重要，一般选定 derivatives方法。在water properties中定义水组分的处理方法，可选 EOS（状态方程）、water package（水组分包）计算，两种方法都可以。在下面可以选择 Composition，左键点击在数据库中选择建好的流体数据。在 Fluid label中对流体进行标号，此标号为了在 OLGA中进行不同流体的区分。 图 2.7O

14、LGA接口界面一种流体定义完成之后，可以单击 FLUID 2再定义其他流体。 所有流体定义完成之后点击 Output file来选择输出的 TAB文件名称和位置，见图 2.8。 图 2.8选择输出的 TAB文件名称和位置的界面选择好之后点击 OK，PVTSIM软件会对 TAB文件包含的流体进行 OLGA软件中会用到的工艺计算，计算完成之后生成一个 txt文件，见图 2.9，这样一个OLGA TAB文件的定义就完成了。 图 2.9生成 txt文件 3. 软件基础操作3.1建立文件在最新的 OLGA6.2版本中，给出了几种较为简单的基本模型，我们进行工程计算的时候，可以新建一个基本模型文件，然后在

15、此基础上修改，这样一来大大方便了用户的使用。现在简单介绍一下软件的基本操作。首先从开始菜单栏或者桌面快捷方式打开 OLGA软件，会出现如图 3.1的界面。图 3.1 OLGA软件初始界面OLGA文件分两级，首先需要建立一个 Project，然后在其下级建立 Case（算例）文件。点击 File按钮选择 New，来新建一个 Project项目文件，见图 3.2。 图 3.2新建 Project界面如果需要更改文件默认保存文件，可以在 Tools菜单下选择 Options下 MyProject Location选项点击 Browse按钮，选择好之后点击 OK，见图 3.3。 图 3.3修改文件默认

16、设置界面建立一个项目文件之后再次点击 File按钮选择 New，来新建一个 Case文件。OLGA6.2默认提供四种基本模型，分别是：OLGA Basic Case（基本模型）、OLGABlackoil Case（黑油模型）、OLGA Basic Network Case（基本管网模型）、OLGAEmpty File（空白文件）。前三种是 OLGA为方便用户使用提供的具有基本框架的模型，可以在这些模型的基础上进行修改，极大简化了 OLGA建模的过程。而 OLGA Empty File是一个空白的 OLGA Case文件。图 3.4建立 Case文件的模板3.2 Basic Case介绍以 OL

17、GA Basic Case文件为例进行说明。首先新建一个 OLGA Basic Case文件，会出现以下图 3.4的界面。这个界面主要分为四个小窗口，其中中间的是主界面窗口，此窗口显示各模型的各组件和整体模型；左边的界面窗口是文件的各类参数列表；右边的界面窗口为左窗口参数对应的详细属性数据；下方的窗口可在 Output和 Connections两个选项间切换，Output选项显示的是算例运行时的提示、警告和错误信息。而 Connections可以设定各类型控制调节模型中数据传递 的连接方式。图 3.5 OLGA Basic Case文件初始界面OLGA 6.2版中四种基本模型都包括一些基本的组

18、块：Library（材料数据库），CaseDefinition（模型定义），Output（输出）。可以看到 OLGA Basic Case文件除了包括以上 3个组块，还包括 FlowComponent组块，这些组块在界面的最左边，见图 3.6。图 3.6 Case基本组块这几个组块中最先设置 CaseDefinition，CaseDefinition包括 CASE、FILES、 INTEGRATION、OPTIONS和 RESTART五个设置，如图 3.7。图 3.7 CaseDefinition中的设置下面简要介绍一下 CaseDefinition中的这五个设置界面。其中 CASE设置中包含

19、的是文件的一些简单描述，如：作者、日期、项目、标题和信息等，见图3.8。图 3.8 CASE设置FILES设置中包含的是用到的组分、压缩机、泵的一些外部数据文件，值得注意的是，OLGA软件相当重视含蜡油计算，单独设置一个含蜡文件。这些外部 文件除了组分（PVT数据），其它几组都可以不输入，这里输入的组分数据就是使用 PVTSIM软件建立的 TAB组分文件，见图 3.9。图 3.9 FILES设置INTEGRATION设置包含的是模拟的时间、时间步长的选取，这里主要需要设置的是 ENDTIME（模拟结束时间），模拟时间一般需要根据模型的实际情况来设置，见图 3.10。需要说明的是，模拟时如果开始

20、时给定流量不为零，则默认流体已经充满管道，100s时间足够模拟简单稳态工况，而如果模拟清管工况，则需要根据管道长度和清管球的速度来综合考虑，并且可以多模拟一段时间以考察管路恢复到清管前运行情况的时间。 图 3.10 INTEGRATION设置OPTIONS设置中包含的选项很多，其中几个常用的是 TEMPERATURE（热力计算方式）、STEADYSTATE（瞬态计算时选择使用 /不使用原始稳态数据）、SLUGVOID（段塞模型）、FLASHMODEL（闪蒸模型）、PHASE、NOSLIP、COMPOSITIONAL、 WAXDEPOSITION（蜡沉积）、 DRILLING、TRACERTRA

21、CKING（组分跟踪）、MASSEQSCHEME（质量方程离散格式，一般 OLGA计算中采用一阶格式）、TABLETOLERANCE（流体物性数据外插）、HYDSLUG等几个选项，具体界面见图 3.11。 图 3.11 OPTIONS设置RESTART设置不常用到，见图 3.12，一般当此文件为继续运行已经运行的某文件时，可将此文件在原文件的基础上继续运行，此文件的运行结果可以续写进原文件的结果中。 图 3.12 RESTART设置Library包含 MATERIAL和 WALL两个设置，见图 3.13，其中 MATERIAL为管道材料，包括管壁、保温层、防腐层、土壤等所有涉及到传热性能的材料

22、而 WALL是整体管壁设置，一个 WALL可以包括已经设置的各种 MATERIAL。图 3.13 Library设置MATERIAL设置中主要包含了材料的比热、导热系数、密度、类型等数据。如果类型选为 Fluid（流体）或者 PCM（相变材料），其下面的 Fluid（流体）和Phase change parameters（相变参数）才分别需要定义，见图 3.14。 图 3.14 MATERIAL设置WALL设置中给出的是选定的材料（由内而外排序，用逗号隔开），并且给出对应材料的厚度，见下图 3.15中 THICKNESS输入的 0.009，2：0.02代表 3种材料的厚度依次是 0.009，

23、0.02，0.02m。 图 3.15 WALL设置Output包含了计算结果输出的一些设置，主要有 OUTPUT文本、PROFILE（管道沿线数据），TREND（某点数据随时间变化）、TRENDDATA。下面是 OUTPUT文本中的设置，包括 COLUMNS（列数）、DTOUT（文本输出间隔时间）、TIME（从何时开始输出），见图 3.16。图 3.16 OUTPUT文本设置PROFILE中的设置，包括 DTPLOT（画图间隔时间）、DTTIME（从何时开 始画图），见图 3.17。图 3.17 PROFILE的设置TREND中的设置，包括 DTPLOT（画图间隔时间）、TIME（从何时开始画

24、图），见图 3.18。图 3.18 TREND的设置然后在 TRENDDATA（此项可以添加多个）中在 VARIABLE选项中选择变量，见图 3.19。 图 3.19 TRENDDATA设置OLGA Basic Case文件是一个简单的稳态工况模拟，在一系列模型描述定义完成之后就可以定义 FlowComponent。FlowComponent主要包括两个组件：FLOWPATH（管道）、NODE（节点），见图 3.20。 图 3.20 FlowComponent设置这两个组件的添加可以在显示于此页面底部与 Model View并列的Components中进行，也可以右击 FlowComponen

25、t设置，然后 Add来添加，具体的过程见图 3.21。 图 3.21添加组件界面在 FLOWPATH设置中包含 Boundary&InitialConditions（边界和初始条件）、Output、Piping（管道系统）三个方面，见图 3.22。图 3.22 FLOWPATH设置其中 Boundary&InitialConditions主要包含 HEATRANSFER和 SOURCE两个方面。右键单击 Boundary&InitialConditions-Add可以看到还可以添加InitialConditions（初始条件）和 NEARWALLSOURCE、WELL两种物流源。见 图 3.2

26、3。图 3.23 FLOWPATH设置其中 HEATRANSFER是关于管道传热参数的设置，主要包括传热数据分段、环境温度、传热系数设置等，见图 3.24。 图 3.24 HEATRANSFER设置SOURCE是 OLGA之前版本中对物流进行设定的方式，当时 NODE不具备物流设定功能。而在 OLGA6之后的版本中 SOURCE和 NODE都可以对物流进行设定。SOURCE模式中首先需要给出的是 SOURCETYPE：MASS（质量方式）、PRESSUREDRIV（压力驱动方式）、TRACER（跟踪方式）。然后根据不同的SOURCE方式，给出设定的不同的详细参数。各种不同 SOURCE都需要设

27、定的是温度和 SOURCE的位置，而 TRACER类型则需要之前的 OPTIONS选项下面将 TRACERTRACKING选项设定成 ON。MASS类型另外需要输入的参数是物流的质量流量，见图 3.25。 图 3.25设定为 MASS类型的 SOURCE界面PRESSUREDRIV类型需要输入的参数是压力，并且要确定阀门模型。阀门模型主要有液动和气动两种。SOURCE设置成 TRACER类型，意为跟踪组分模型，见图 3.26。 图 3.26设定为 PRESSUREDRIV类型的 SOURCE界面FlowComponent选项下的 Output设定与最下面的 Output选项相类似，但是其主要包

28、含与管道相关的变量，见图 3.27。 图 3.27 Output设置FlowComponent选项下的 Piping包含三个方面的设定：BRANCH、GEOMETRY、PIPE（可多段）。其中 BRANCH主要包括 GEOMETRY（地形选择）、INIFLOWDIR（内部物流方向）、FLIUD（物流选择）。GEOMETRY包含 地形在主窗口中显示的位置，见图 3.28。图 3.28 Piping设置右键点击 Piping选择属性会出现图 3.29的界面。图 3.29 Piping属性界面将主选项卡选择到表格界面，可以对管线数据进行设定。主要包括 X、Y向距离、管道长度（三者需要两个）、高差（自

29、动计算）、分段数、每段长度（可手动设定）、内径、绝对粗糙度、管壁，见图 3.30。 图 3.30 Piping属性表格界面对管线数据进行设定以后，需要进行确定，见图 3.31。图 3.31管线数据确认界面管线的参数也可以在右侧的选项卡里简单设置，见图 3.32。 图 3.32管线外部设置节点可以根据 TYPE设定类型，主要有 CLOSED、PRESSURE、MASSFLOW、INTERNAL这几种类型。其中 CLOSED（关闭）、INTERNAL（内部）类型不需输入参数。而 PRESSURE、MASSFLOW两种类型的设定与 SOURCE的同种设定一致。如果选择 CLOSED类型，表示此节点封

30、闭，不输入物流数据。而INTERNAL类型表示其为内部节点，只需选择流体即可，见图 3.33。 图 3.33 INTERNAL类型如果选择 PRESSURE类型，则主要输入温度、压力、选择流体，见图 3.34。 图 3.34 PRESSURE类型MASSFLOW类型则需要输入质量流量、温度和选择流体，见图 3.35。 图 3.35 MASSFLOW类型所有设定完成之后，可以点击菜单栏中的运行按钮来启动 CASE。在主界面的下方有一个 Output界面，CASE运行的提示、警告、错误数据都会在这个界面内显示，见图 3.36。 图 3.36 Output界面在此界面的最下方可切换成 Connect

31、ions选项。可设定各类型控制调节模型中数据传递的连接方式，见图 3.37。图 3.37 Connections选项界面在菜单栏有这样一组按钮。当所有数据都输入完成之后，可以先点击进行检测，如果最下面的 Output界面提示没有错误就可以点击前面的或者 运行 CASE。为正常运行，为批次运行（在 DOS系统内完成，速度较快），二者无本质区别，运行结果一样。待运行结束后，可以通过菜单栏 的两个按钮查看运行结果。（TREND）代表选定位置或全线随模拟时间某参数的变化情况。下图3.38中黑色曲线即为管道起点压力随时间变化趋势，而红线表示管道总积液量随时间变化趋势。图 3.38 TREND结果界面（P

32、ROFILE）表示某参数沿管道全线的变化情况。下图中即画出了管道全线纵断面、压力、温度、持液率的变化，见图 3.39。另外，根据 Output中 Profile的画图间隔时间的设置，可以通过拖动此页面下端的时间轴来选择观看每个时步各参数沿管道全线变化情况。 图 3.39 PROFILE结果界面为了数据读取方便，OLGA的画图软件包含一些非常有用的小工具，例如可以通过 EDIT选项下面的 COPY选择复制图形或者数据；Configuration选项来调整图形的外观。也可以通过 VIEW选项下面的 Track Values来读取某处的参数数据，见图 3.40。图 3.40结果查看演示 至此，一个完

33、整的 OLGA Basic Case文件的演示完成。3.3 Blackoil Case介绍首先新建一个 OLGA Blackoil Case，见图 3.41。图 3.41新建 OLGA Blackoil Case界面观察图 3.42可以看出 OLGA Blackoil Case比 OLGA Basic Case多出一个Compositional选项，这是因为黑油模型的组分数据较为简单，我们可以在 OLGA里面直接定义组分数据，而不必须使用 PVTsim进行组分定义。相应地，可以看到在 CaseDefinition下面的 FILES设置中无需输入 PVTFILE。 图 3.42 OLGA Bla

34、ckoil Case的 FILES界面Compositional选项中可以先通过 BLACKOILCOMPONENT定义单种组分，此 CASE中定义了气、油组分，没有定义水组分。然后，通过 BLACKOILFEED混合单种组分，形成物流总组分，见 3.43。 图 3.43组分定义界面单种组分中的定义比较简单，一般只需要输入组分的类型（气、油、水）、SPECIFICGRAVITY（比重），如果类型选择气体，还可以输入硫化氢、二氧化碳、氮气的摩尔分数，见图 3.44。图 3.44单种组分定义界面 BLACKOILFEED设置中可以包含油气水三相的数据，然后通过定义WATERCUT（含水率）和 GO

35、R（气油比）定义三种组分的比例，见图 3.45。图 3.45定义三相组分界面相应地，在下面的 SOURCE中进行定义时，即使 SOURCE类型选成 MASS，MASSFLOW（质量流量）也无法定义，而需要在 SOURCE下的 Compositional选项中进行组分和流量的定义。图 3.46中 MASSFLOW显示 18 KG/S，但是颜色变暗，其值不采用。 图 3.46采用 MASSFLOW方式 SOURCE界面黑油模型其他方面的定义与 Basic模型相差不大，不再一一介绍。运行模型之后，首先查看 TREND结果，图 3.47中显示了管道起点 PT（压力）、TM（温度）、LIQC（管道总积液

36、量）随时间变化情况。 图 3.47 TREND结果演示然后查看 PROFILE结果。图 3.48显示了全线 Geometry（地形）、HOL（持液率）、PT（压力）、TM（温度）的变化趋势，同样可以点击下方时间轴，来查看不同模拟时间管道全线上述参数的变化情况。图 3.48 PROFILE结果演示3.4 Network Case介绍同样地，新建一个 Basic Network Case文件，见图 3.49。 图 3.49新建 Basic Network Case文件的界面建立一个 Basic Network Case会出现下面界面，其模型与 Basic Case主要区别在于管线为一 Y字型管网而

37、不是单独的一根管线，如图 3.50。图 3.50 Basic Network Case基本界面 这种管网是一种最简单的管网，共有三条管段，相应地，在模型中需要在Flow component里面建立三个 FLOWPATH，每条管段参数都是分别定义，见图3.51。图 3.51 FLOWPATH设置在 OLGA Basic Network Case中，若热力模型定义为 ADIABATIC（绝热），则不需要定义管壁材料和环境温度、导热系数等一系列传热参数，但是一般绝热工况很少，此处仅为演示需要，见图 3.52。 图 3.52热力模型设置相应地，在管段下面的 Boundry&InitialConditi

38、ons下面就没有定义HEATTRANSFER。在 Basic Network Case加入了一个 INITIALCONDITIONS（管段初始条件），如图 3.53。 图 3.53 INITIALCONDITIONS界面INITIALCONDITIONS中是关于管段初始条件的一些定义，在大多数模拟计算中都是不需要输入的。其中相对较为常用的是 INTERPOLATION（插值）的定义，这个设置是描述管段内部分段数值计算的方式。其默认值是 LENGTH（管线长度），还可以选择成 HORIZONTAL（水平距离）、VERTICAL（垂直距离），见图 3.54。 图 3.54 INITIALCONDITIONS设置Network Case模型的其它定义与 Basic Case模型相类似，其模拟结果也没有太大差异，此处就不再重复介绍。 4. 软件各种模块4.1基础稳态模型稳态模型是最为基础的模型，之后的其他模