مدل‌سازی و شبیه‌سازی تزریق گاز به‌منظور کاهش لختگی شدید در جریان سه فازی در سیستم لوله-بالابرنده‌

از آنجا که لختگی شدید در بالابرنده‌ها مانع تولید پایا و باعث از کار افتادن تجهیزات تولید می‌شود، یافتن روشی مناسب برای پیشگیری از این پدیده از اهمیت به‌سزایی برخوردار است. هدف از این پژوهش ارائه‌ یک مدل ریاضی برای تحقیق در مورد رفتار جریان آب، نفت و گاز در سیستم لوله بالابرنده است. برای این منظور، جریان سیالات در شبیه‌سازی خط لوله توسط یک مدل توده‌ای در دو حالت مدل‌سازی شده است. در حالت اول، گاز توانایی نفوذ در بالابرنده را دارد و جریان گاز به‌صورت پیوسته است و در حالت دوم، تجمع مایع صورت گرفته در پایه‌ بالابرنده، مانع نفوذ گاز می‌شود و لذا جریان گاز به‌صورت ناپیوسته است. در مدل‌سازی بالابرنده از گره‌های متحرک برای سنجش شرایط محلی استفاده شده است. همچنین، انتقال جرم بین فازهای نفت و گاز توسط تقریب نفت سیاه تخمین زده شده است. پس از مدل‌سازی لختگی شدید، به‌منظور کاهش این پدیده و برای پایدارسازی جریان و جلوگیری از مشکلات احتمالی، تزریق گاز به پایه‌ بالابرنده، شبیه‌سازی و سپس معیاری برای محاسبه‌ میزان تزریق گاز جهت دست‌یابی به پایداری نسبی ارائه شده است. در نهایت، معادلات با استفاده از یک روش ضمنی و با استفاده از سعی و خطا برای رفتار غیر‌خطی، گسسته‌سازی و انتگرال‌گیری شده‌اند. نتایج به‌دست آمده برای مدل‌سازی لختگی شدید و اثر تزریق گاز بر این مدل‌سازی، با نرم‌افزار شبیه‌سازی الگا (olga) مقایسه شدند که تشابه خوبی حاصل شد.

Modeling and Simulation Study of Gas Injection in ThreePhase Flow RiserPipe System to Mitigate Severe Slugging

Severe slugging in risers hinders the steady production of oil, and it may also damage the equipment. Thus, finding a proper way to prevent such a phenomenon is of great importance. The aim of this study was to provide a mathematical model to investigate the threephase flow of oil, water and gas in a riserpipeline system. To do so, a bulk model was chosen to simulate the pipeline under two scenarios. In the first scenario, gas can penetrate the riser and flow upward whereas, in the second scenario, liquid holdup limits the gas flow in the riser. Moreover, the riser system was modeled with the assumption of a distribution parameter system that used dynamic nodes to evaluate the local conditions. Mass transfer between the oil and gas phase was also estimated by the blackoil approximation. After modeling the riserpipeline system, gas injection at the riser base was simulated to stabilize the flow and prevent the upcoming issues. In addition, a criterion to determine the amount of the injected gas was proposed. Finally, results obtained from modeling were compared with the results of the OLGA simulation software which showed good agreement.