title: Development of a slug analysis tool for slugging in gas-oil-water multiphase pipelines and comparison with Aspen Hysys
Creators: name: Mittlböck, Sebastian
Publisher: name: TU Wien
Year: 2014
Subjects: subject: Mehrphasenströmung
subject: Analysetool
subject: Pipeline
subject: Multiphse flow
subject: analysis tool
subject: pipeline

description: Bei der Öl- und Gasförderung ist es eine der wichtigsten Aufgaben, den konstanten Transport der Mehrphasenströmung durch die Pipeline von der Produktionsbohrung zu den nachfolgenden Prozessen zu sichern. Die unterschiedlichen Anordnungen der Grenzflächen zwischen flüssiger und gasförmiger Phase machen es für einen Ingenieur zu einer schwierigen Aufgabe die Durchflusscharakteristika vorherzusagen. Es wäre wünschenswert ein einfaches Werkzeug am Beginn eines Projektes zur Verfügungzu haben, mit dem es möglich ist, das Mehrphasenverhalten in Pipelines mit nur wenigen Eingabeparametern abzuschätzen. Um Wissen im Bereich der Mehrphasenströmung aufzubauen, wurde eine gründliche Literaturrecherche durchgeführt, auf deren Basis das Petals und Aziz Modell ausgewählt wurde. Darauf aufbauend wurde SEM-Flow, ein Programm zur Vorhersage von Mehrphasenströmung entwickelt. Um die Unabhängigkeit von anderen Programmen zu ermöglichen, wurde ein Modul zur Abschätzung der Eigenschaften von Flüssig- und Gasphase inkludiert und es ist darüber hinaus möglich, den Wärmeverlust über die Pipeline vorherzuberechnen. Für die Berechnung der Fluideigenschaften wird ein "black oil model" verwendet, wodurch es möglich ist, die Anzahl der Eingabeparameter gering zu halten. Auf Grund des häufigen Auftretens der Pfropfenströmung wird spezielles Augenmerk auf diesen Bereich gelegt, wobei verschiedene Modelle zur Berechnung des Druckverlustes, des Flüssigkeitsinhaltes und der translatorischen Geschwindigkeit miteinander verglichen werden. Im Verlauf des Berechnungsprozesses ist es mehrmals nötig, die Nullstellen verschiedener Funktionen zu bestimmen. Damit die Berechnungszeit möglichst gering gehalten werden kann, wird das Pegasusverfahren als iterative Methode zur Nullstellenbestimmung vewendet. Um die Anwendbarkeit von SEM-Flow zu überprüfen, werden Ergebnisse wie Fluideigenschaften, Druckverlust und Parameter der Mehrphasenströmung mit dem kommerziellen Simulationsprogramm Aspen Hysys verglichen.
description: During the oil and gas production process it is a crucial goal to ensure the constant transport of the multiphase flow in the pipeline from the producing wells to the downstream facilities. The multiple distributions of the interface between the liquid and gas phase make it difficult for engineers to predict the flow characteristics. A simple tool, which estimates the multiphase flow behavior in pipelines with just a few input parameters is desirable, especially at the early stages of a project in order to estimate the order of magnitude. Based on a thorough literature review, which enables one to gain knowledge in the field of multiphase flow, the Petalas and Aziz model is selected. On this basis the multiphase flow prediction tool SEM-Flow is developed from scratch. To create a stand alone tool, SEM-Flow is capable of estimating the fluid properties of the gas and liquid phase, as well as the heat loss over the pipeline. A black oil model, which enables one to keep the number of required input parameters low is used. Special emphasis is put on the slug flow region due to its frequent occurrence and several models to calculate the pressure drop, liquid hold up and translational velocity are compared. During the calculation process it is necessary to obtain several roots of functions. Therefore the Pegasus algorithm is used as iterative method to keep the computing time low. To verify the applicability of SEM-Flow, the results like fluid properties, pressure drop and multiphase flow variables are compared to the commercial simulation software Aspen Hysys.