Analysis of pressure wave propagation in multiphase flow in oil production lines and numerical modeling of process
Petrol üretim hatlarında çok fazlı akışta basınç dalgası yayılımının analizi ve sürecin sayısal modellemesi
- Tez No: 902262
- Danışmanlar: DOÇ. DR. İSMAİL DURGUT
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği, Petroleum and Natural Gas Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 117
Özet
Boru hatlarındaki basınç yayılımı, çok fazlı akışların çeşitli endüstrilerde, özellikle petrol ve gaz sektöründe taşınmasının analizinde ve optimizasyonunda kritik bir rol oynar. Bu süreç hakkında bilgi sahibi olmak, bu çok fazlı akışların bileşimi, faz dağılımı ve akış rejimi hakkında değerli bilgiler sunar ve boru hattı operasyonlarının verimli ve güvenli bir şekilde yönetilmesini sağlar. Bu çalışma, çok fazlı akışların taşınması sırasında özellikle önemli bir fenomen olan boru hatlarındaki basınç yayılımının kapsamlı bir incelemesini sunmaktadır. Araştırmanın merkezi, çok fazlı sıvı akışlarındaki basınç dalgalarının hızını belirlemek için geliştirilmiş bir yöntemdir. Veriler, Kuzey Denizi'nde bir deniz üretim platformunda gerçekleştirilen bir test operasyonu sırasında toplanmıştır. Yöntem, üretim hatlarındaki normal operasyonel faaliyetler sırasında basınç yayılımlarının detaylı gözlemlerinden doğmuştur. Bu tür faaliyetlerden veya çok fazlı akışın geçici dinamiklerinden kaynaklanan basınç sinyalleri, üretim hattının iki farklı noktasında kaydedilmiştir. Bu sinyaller, sinyalin uçuş süresini hesaplamak ve böylece basınç dalgalarının hızını belirlemek için çapraz korelasyon analizine tabi tutulmuştur. Çok fazlı sıvıdaki basınç dalgalarının ölçülen hızı, sıvı özelliklerine, gaz-petrol oranına (GOR), su kesiti, basınç ve sıcaklığa dayalı olarak ses hızını hesaplayan iki yerleşik ampirik model—Wood modeli ve Dong ve Gudmundsson modeli—ile karşılaştırılmıştır. Ayrıca, aynı PVT özelliklerini kullanarak yapılan bir geçici çok fazlı akış simülatöründen elde edilen simülasyon sonuçları ile de karşılaştırılmıştır. Analiz, Wood modelinin özellikle yüksek basınçlarda ses hızını fazla tahmin etme eğiliminde olduğunu ortaya koymuştur. Buna karşılık, Dong ve Gudmundsson modeli, ölçülen basınç dalgası yayılım hızına daha yakın tahminler sunmaktadır. Ayrıca, geçici akış simülatörü, ölçülen verilerle neredeyse tüm basınç aralığında güçlü bir korelasyon göstererek güvenilirliğini pekiştirmiştir. Bu ampirik ölçümler ve yerleşik modellerle yapılan karşılaştırmaların yanı sıra, bu çalışma, boru hatlarındaki basınç dalgası yayılımının etkilerini daha fazla araştırmak için sayısal modellemeyi de içermektedir. Basınç dalgalarının boru hattı sistemi içinde nasıl davrandığını analiz etmek için hem 1-D hem de 2-D sayısal modeller kullanılmıştır. Bu modellerin sonuçları, ses hızının basınç dalgasının genliğini önemli ölçüde etkilediğini, özellikle hızın yavaşça değiştiği durumlarda veya dalga bir kesintiye uğradığında ortaya koymuştur. Özellikle, bir basınç dalgası düşük hız bölgesinden yüksek hız bölgesine geçtiğinde, daha yüksek basınçlı bir iletilen dalga meydana gelir. Bu etkiler 2-D modelde tespit edilebilse de, modelin karmaşıklığı, basınç dalgalarının yayılma hızını 1-D modelde olduğu kadar etkili bir şekilde hesaplamada zorluklar yaratmıştır. 1-D model, basitleştirilmiş varsayımlarıyla dalga yayılma hızının daha kolay hesaplanmasına olanak tanırken, 2-D modelin karmaşıklığı daha ayrıntılı bir analizi zorunlu kılmıştır.
Özet (Çeviri)
Pressure propagation in pipelines plays a critical role in analyzing fluid flow behavior and optimizing the transportation of multiphase flows in various industries, including the oil and gas sector. Understanding this process in these multiphase flows offers valuable insights into their composition, phase distribution, and flow regime, enabling efficient and safe pipeline operations. This study offers a comprehensive examination of pressure propagation in pipelines, a particularly significant phenomenon in the transportation of multiphase flows within the oil and gas industry. The core of this research lies in a method developed to determine the speed of pressure waves in multiphase fluid flows along oil production lines. Data were collected during a testing operation conducted on an offshore production platform in the North Sea. The method emerged from detailed observations of pressure propagations along production lines during normal operational activities. Pressure signals, potentially generated by such activities or by the transient dynamics inherent to multiphase flow, were recorded at two distinct locations along the production line. These signals were then subjected to cross-correlation analysis to calculate the flight time of the signal, thereby determining the speed of the pressure waves. The measured speed of pressure waves in the multiphase fluid was compared against two established empirical models—the Wood model and the Dong and Gudmundsson model—both of which calculate the speed of sound based on fluid properties, gas-oil ratio (GOR), water cut, pressure, and temperature. Additionally, the measurements were compared with simulation results from a transient multiphase flow simulator, utilizing the same PVT properties. The analysis revealed that the Wood model tends to overestimate the speed of sound, particularly at higher pressures. In contrast, the Dong and Gudmundsson model offers closer approximations to the measured pressure wave propagation speed. Moreover, the transient flow simulator strongly correlated with the measured data across almost the entire pressure range, reinforcing its reliability. In addition to the empirical measurements and comparisons with established models, this study also incorporates numerical modeling to further investigate the effects of pressure wave propagation in pipelines. Both 1-D and 2-D numerical models were employed to analyze how pressure waves behave within the pipeline system. The results from these models revealed that the speed of sound significantly impacts the amplitude of a pressure pulse, particularly when the velocity changes gradually or when the pulse encounters a discontinuity. Specifically, when a pressure pulse moves from a low-speed region to a high-speed region, it results in a transmitted pulse with higher pressure. While these effects were detectable in the 2-D model, the complexity of the model posed challenges in calculating the propagation speed of pressure waves as effectively as in the 1-D model. The 1-D model, with its simplified assumptions, allowed for a more straightforward calculation of wave propagation speed, whereas the 2-D model's complexity necessitated a more detailed analysis.
Benzer Tezler
- İçerisinde akışkan bulunan öngerilmeli ince elastik tüplerde nonlineer dalga yayılması
Nonlinear wave propagation in a prestressed fluid-filled thin elastic tabes
NALAN ANTAR
- Matlab ortamında kesme dalgalarının ayrımlanması ölçümleri kullanılarak deprem tahmini
Earthquake prediction using shear wave measurements in matlab
AHMET RAOOF NASSER
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET SERTBAŞ
YRD. DOÇ. DR. ŞADİ EVREN ŞEKER
- Ön gerilmeli elastik tüp içerisinde pulsatif akımın incelenmesi
An investigation of pulsatile flow in a prestressed thin elastic tube
İLKAY BAKIRTAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiMekanik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HİLMİ DEMİRAY
- İçi sıvı dolu ince cidarlı kompozit tüplerde dalga yayılması
Propagation of waves in composites tubes containing a fluid
HASAN SELİM ŞENGEL
Doktora
Türkçe
2003
İnşaat MühendisliğiEskişehir Osmangazi Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. TACETTİN SARIOĞLU
- Modeling of split step parabolic wave equation using the graphics processing unit
Grafik işlemci ünitesi ile adım adım parabolik dalga denkleminin paralelleştirilmesi
SELİN SEKMEN
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolOrta Doğu Teknik ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TOLGA CAN
ÖĞR. GÖR. CEVAT ŞENER