[发明专利]一种三相分离器数字孪生模拟方法及装置

说明书

本发明提供了一种三相分离器数字孪生模拟方法及装置，三相分离器数字孪生模拟方法包括：分别建立三相分离器中的油位控制方程、水位控制方程以及压力控制方程；建立用于表征液滴流动的运动模型；在所述三相分离器中分区域建立分散相的质量平衡模型；根据所述油位控制方程、所述水位控制方程、所述压力控制方程以及所述运动模型对所述三相分离器进行数字孪生模拟。本发明不仅能够快速、高效的得到影响分离器系统运行的关键因素，而且能及时掌握设备运行情况及工作效果，将模拟仿真与现场情况相结合，完成设备的监控运行，可节省大量人力、物力资源。

技术领域

本发明涉及石油与天然气开发领域，具体涉及一种三相分离器数字孪生模拟方法及装置。

背景技术

在油气田开发技术领域中，油井采出物通常是含有油、气、水和一些杂质的混合物，该混合物必须经过分离后才能外输。油、气、水分离主要采用三相分离器完成初 步分离，再进行精密分离。三相分离器的分离效果直接影响外输处理液的质量。重力 分离法是一种最基本的油田采出物处理方法，该方法利用不同相间的密度差实现分离。 利用该方法具有代表性的分离器为卧式重力三相分离器，其借助重力分离法实现油、 气、水的分离，操作介质为油、气、水的混合物，气相在密度差的作用下上浮，水相 则在重力作用下下沉，形成一定比例的油、气、水相，从而完成分离过程。

随着注水采油技术的不断发展，中国的大部分陆上油田已经进入了高含水期，部分油田采出液综合含水率高达80％以上，有的甚至已超过90％。随着采油方式的改变 及开采时间的推移，给油田地面工程带来了较大的挑战，含水率过高导致多个处理环 节的设备处于超负荷运行状态，严重影响处理效果，其中对油气水三相分离器的影响 尤为明显。例如：含水率过高导致三相分离器出油口原油含水偏高、加热炉能耗显著 增加；同时出水口污水含油量升高，需再次沉降除油后方可进入处理站。因此，原油 处理工艺流程变长、设备增多、能耗投资增大，从而严重影响油田经济效益，甚至出 现设备长期超负荷运转，给生产带来严重的安全隐患。因此油气水三相分离技术已成 为一个越来越受到人们重视的研究课题。

在现有所采用的油气水三相分离技术中，重力分离技术的使用最为广泛。重力分离技术的关键主要可归结为增大油水相间密度差、增大分散相粒径、降低连续相粘度 和减小液滴沉降距离等四个方面。从其发展趋势来看，原油脱水技术越来越重视如何 充分利用来液本身的能量。同时，通过合理设计优化分离器的设备结构，使得分离器 设备向着节能、高效及小型化发展。因此准确预测不同条件下(入口来流组分、流量、 分离器尺寸等)三相分离器的分离效率就显得尤为关键。但是影响三相分离器运行的 因素众多，且受到油气田地面集输系统或其他生产设施试验条件的限制，因此难以对 各影响因素逐个调整，达到流程高效、低耗运行的要求。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明提供的三相分离器数字孪生模拟方法及装置，不仅能够快速、高效的得到影响分离器系统运行的关键因素，而且能及时掌握设备运行 情况及工作效果，将模拟仿真与现场情况相结合，完成设备的监控运行，可节省大量 人力、物力资源。

第一方面，本发明提供一种三相分离器数字孪生模拟方法，包括：

分别建立三相分离器中的油位控制方程、水位控制方程以及压力控制方程；

建立用于表征液滴流动的运动模型；

在所述三相分离器中分区域建立分散相的质量平衡模型；

根据所述油位控制方程、所述水位控制方程、所述压力控制方程以及所述运动模型对所述三相分离器进行数字孪生模拟。

一实施例中，所述建立用于表征液滴流动的运动模型包括：

建立所述三相分离器中液滴流动竖直方向上液滴的速度方程；

建立所述三相分离器中液滴流动水平方向上的运动速度方程。

一实施例中，所述建立三相分离器中的油位控制方程、水位控制方程以及压力控制方程，包括：