Виртуальная расходометрия на штуцереChoke-based virtual flow metering

Текущая ситуацияStarting point

Задача состояла в том, чтобы подстраховать расходомеры Вентури расчётом дебита, не зависящим от их показаний. Ключевыми метриками были расход газа и расход конденсата. На платформе работала 21 газоконденсатная скважина, и на каждой был установлен расходомер Вентури, который измерял дебит по перепаду давления в сужении трубы. Скважины были разделены на две группы, каждая из которых работала на свой сепаратор с точным расходомером по газу.The objective was to back up the Venturi meters with a rate calculation independent of their readings. The key metrics were gas rate and condensate rate. The platform had 21 gas condensate wells, each fitted with a Venturi meter that measured the rate from the pressure drop across a constriction in the pipe. The wells were split into two groups, each flowing to its own separator with an accurate gas meter.

Расходомер Вентури мог выйти из строя или быть выведен на обслуживание, и на это время скважина оставалась без замера. Кроме того, погрешность его замеров по воде и конденсату заказчик оценивал примерно в 20% и 10% соответственно. Поэтому был нужен независимый расчёт, который продолжал бы определять дебит, когда Вентури показывал бы ноль или явно ошибался.A Venturi meter could fail or be taken out for maintenance, leaving the well unmetered for that time. In addition, the client estimated its measurement error at about 20% for water and 10% for condensate. An independent calculation was therefore needed that would keep determining the rate when a Venturi read zero or was clearly wrong.

Модель виртуального расходомераVirtual flowmeter model

Объектом расчёта были расходы газа и конденсата через устьевой штуцер каждой скважины. Штуцер регулирует поток из скважины, и по давлениям до и после него, а также по степени его открытия можно определить, сколько продукции через него проходит. Для расчёта использовались два подхода.The calculation targets were the gas and condensate rates through the wellhead choke of each well. The choke regulates flow from the well, and the pressures upstream and downstream of it, together with its opening, determine how much fluid passes through. Two approaches were used.

Физическая модель штуцера рассчитывала расход газожидкостной смеси по давлениям до и после штуцера и проценту его открытия. Модель настраивалась по калибровкам штуцера отдельно для каждого процента открытия: единого поправочного коэффициента было недостаточно, когда скважина работала вне откалиброванного диапазона. Параллельно для каждой скважины была обучена модель машинного обучения на истории эксплуатации: открытии штуцера, давлениях и температурах на забое, устье и в манифольде. Показания самих расходомеров Вентури в неё не входили. Расход конденсата рассчитывался с помощью собственной PVT-модели, которая описывает фазовое поведение газоконденсатной смеси при изменении давления и температуры.A physical choke model calculated the gas-liquid flow from the pressures upstream and downstream of the choke and its percentage opening. The model was tuned on choke calibrations separately for each opening: a single correction factor was not enough when a well ran outside the calibrated range. In parallel, a machine learning model was trained for each well on its operating history: choke opening, pressures and temperatures at the bottomhole, wellhead and manifold. The Venturi readings themselves were not used as inputs. Condensate rate was calculated using our own PVT model, which describes the phase behaviour of the gas condensate mixture as pressure and temperature change.

Точность проверялась по сумме: расчётные расходы скважин группы должны были сходиться с точным замером на её сепараторе. Хорошая сходимость была получена по обеим фазам — и по газу, и по конденсату. После перехода месторождения на режим низких давлений модель была дообучена на новых данных. На одной из скважин расходомер Вентури показывал ноль при открытом штуцере, тогда как модель продолжала рассчитывать расход в рабочем диапазоне. Именно для таких ситуаций и создавалась подстраховка.Accuracy was checked by the totals: the calculated rates of a group's wells had to match the accurate meter on its separator. Good agreement was achieved for both phases, gas and condensate. After the field moved to low-pressure operation, the model was retrained on the new data. On one well, the Venturi meter read zero with the choke open, while the model continued to calculate a rate in the normal range. This is exactly the situation the backup was built for.