CN111220501B - 一种输油管道中减阻剂减阻效果的在线评价方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种输油管道中减阻剂减阻效果的在线评价方法。所述输油管道中减阻剂减阻效果的在线评价方法包括，以下步骤：S1、测试从管道数据采集系统中实时读取管道起点压力、终点压力和流量数据本发明提供的输油管道中减阻剂减阻效果的在线评价方法，实现了输油管道减阻剂减阻效果的在线实时评价，不仅突破了一般方法中需要设置空白对照数据的限制，弥补了空白对照数据中流量数据难以保持一致的缺陷，而且通过实时读取管线压力、流量数据的方式，避免了人为肉眼读取数据的延时、起终点数据不匹配等数据不准确的问题，该评价方法切实可行，并且全程没有人为主观的干扰因素，所得的数据和评价结果准确可靠。

Description

一种输油管道中减阻剂减阻效果的在线评价方法
技术领域
本发明涉及石油化工领域，尤其涉及一种输油管道中减阻剂减阻效果的在线评价方法。
背景技术
目前陆上原油、成品油的运输方式主要以管道输送为主。管道运行过程中，出于管道安全的考虑，管道的输送压力和流量均受到一定的限制。但是，随着油田产量增加和下游用户用油量的增加，供求双方对输油管道的输送能力提出了更高的要求。对于已建成的输油管道，在不增加泵站设备的情况下，采用加注减阻剂的措施可突破管道的输量瓶颈，显著的提高管道的输送能力。
针对减阻剂具有加注剂量少、减阻增输效果显著、不影响油品性质、节约动力消耗的特点，减阻剂在国内的输油管道中得到了广泛的应用。减阻剂的减阻效果主要体现在两个方面，1)保持管道输送压力(上游压力、下游压力)不变的情况下，管道的输送流量显著增加；2)保持管道输送流量不变的情况下，管道的输送压差显著降低。因此，对应的减阻效果指标分别为：减阻率、增输率，该指标的大小对输送现场的加剂量起决定性作用。
输油管道中减阻剂减阻效果的评价方法是当减阻剂充满管道后，根据压力表、流量计的示数，使用DR％＝(ΔPDR-ΔP0)/ΔP0计算得到减阻率。但是，评价过程中存在两方面的问题，1)该方法使用过程中，需要提供未加注减阻剂前管道的压力、流量数据，并且其中流量数据必须与加注减阻剂后管道的流量保持一致，从而才能计算真实、准确的减阻率。但是，由于现场加注过程中难以保持流量数据的高度一致，导致评价过程困难；2)现场加注减阻剂过程中，以经验判断为主。管道的压力表、流量计的示数并不能保持在一个固定量，由于数据的波动性，难以准确实时分析计算得到减阻效果，因此，可能引起输油泵的驱动装置过载，导致异常停泵事故
因此，有必要提供一种输油管道中减阻剂减阻效果的在线评价方法解决上述技术问题。
发明内容
本发明提供一种输油管道中减阻剂减阻效果的在线评价方法，解决了由于数据的波动性，难以准确实时分析计算得到减阻效果，可能引起输油泵的驱动装置过载，导致异常停泵事故的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供的输油管道中减阻剂减阻效果的在线评价方法包括，以下步骤：
S1、测试从管道数据采集系统中实时读取管道起点压力、终点压力和流量数据；
S2、在管道的内部加注减阻剂，并且加注过程中，实时读取管道的起点压力、终点压力和流量数据；
S3、将S1中使用起点压力和终点压力作为边界条件，并且通过驱动管道流动仿真计算引擎来得到未加剂工况下的管道摩阻系数；
S4、将S2中使用起点压力、终点压力和流量数据，来计算加剂工况下的管道摩阻系数；
S5、综合分析加注减阻剂前后管道摩阻系数的变化，分析得到加注浓度下的对应的减阻效果数据；
根据管道起终点压力P1、P2和流量QDR，使用
Figure GDA0003550440030000021
计算得到加注减阻剂情况下的管道摩阻系数λDR；
由此，通过使用压力驱动的管道流动仿真计算引擎，突破了一般评价方法中需要空白对照组数据的限制，将压力和流量数据均综合的体现在摩阻系数上，继而使用DR％＝(λ0-λDR)/λ0得到管线加注减阻剂对应浓度下的实时减阻率。
优选的，所述管道起点压力、终点压力、流量数据，其特征为数据分别为现场压力表和流量计采集的实时数字信号。
优选的，所述管道流动仿真计算引擎，其特征为能够根据管道两端压力边界驱动的管道流动仿真计算程序。
优选的，所述S2中的加注减阻剂的加注浓度以ppm为单位。
优选的，所述S2中未加减阻剂之前，使用OPC通信协议，将通讯模块和现场管道系统的数据采集系统链接，测试并确保能够从数据采集系统中实时读取现场压力、流量仪表的数据。
优选的，所述S2中未加减阻减阻剂时，管道的起终点压力和流量数据，驱动管道流动仿真计算引擎，反演管道内壁面的真实粗糙度。
优选的，所述S2中开始加注减阻剂时，实时读取并记录管道的起点压力，记为P1，管道的终点压力记为P2，以及管道的流量，记为QDR。
优选的，所述S3中将管道起点压力P1和终点压力P2数据传给管道流动仿真计算引擎，从而驱动管道流动仿真计算引擎根据管道首末端的压力边界条件，将管道起点压力P1和终点压力P2进行相差形成压差，通过特征线法计算得到该压差下对应的为加注减阻剂工况下的管道流量Q0，以及对应的摩阻系数λ0。
优选的，所述S4中将压力和流量数据均综合的体现在摩阻系数上，继而使用DR％＝(λ0-λDR)/λ0得到管线加注减阻剂对应浓度下的实时减阻率。
优选的，所述输油管道的输送油品包括：原油、汽油和柴油，所述减阻剂为高分子聚合物减阻剂，所述在线评价为每时每刻获取管道加注减阻剂过程中管道的压力、流量数据和分析计算减阻率。
与相关技术相比较，本发明提供的输油管道中减阻剂减阻效果的在线评价方法具有如下有益效果：
本发明提供一种输油管道中减阻剂减阻效果的在线评价方法，实现了输油管道减阻剂减阻效果的在线实时评价，不仅突破了一般方法中需要设置空白对照数据的限制，弥补了空白对照数据中流量数据难以保持一致的缺陷，而且通过实时读取管线压力、流量数据的方式，避免了人为肉眼读取数据的延时、起终点数据不匹配等数据不准确的问题，该评价方法切实可行，并且全程没有人为主观的干扰因素，所得的数据和评价结果准确可靠。
附图说明
图1为本发明的输油管道中减阻剂效果的在线评价方法的系统结构示意图；
图2为本发明的在线减阻效果评价方法流程图；
图3为本发明实例1中现场采集的压力信号数据示意图；
图4为本发明实例1中使用本发明的在线减阻效果评价方法评价结果示意图。
图中标号：1、输油管道，2、管道起点处的压力表，3、管道起点处的流量计，4、管道终点处的压力表，5、管道系统控制中心的PLC和数据库，6、管道流动仿真计算引擎，7、减阻效果评价计算模型，8、减阻效果评价结果数据。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
请结合参阅图1、图2、图3和图4，其中，图1为本发明的输油管道中减阻剂效果的在线评价方法的系统结构示意图；图2为本发明的在线减阻效果评价方法流程图；图3为本发明实例1中现场采集的压力信号数据示意图；图4为本发明实例1中使用本发明的在线减阻效果评价方法评价结果示意图。输油管道中减阻剂减阻效果的在线评价方法包括，以下步骤：
S1、测试从管道数据采集系统中实时读取管道起点压力、终点压力和流量数据；
S2、在管道的内部加注减阻剂，并且加注过程中，实时读取管道的起点压力、终点压力和流量数据；
S3、将S1中使用起点压力和终点压力作为边界条件，并且通过驱动管道流动仿真计算引擎来得到未加剂工况下的管道摩阻系数；
S4、将S2中使用起点压力、终点压力和流量数据，来计算加剂工况下的管道摩阻系数；
S5、综合分析加注减阻剂前后管道摩阻系数的变化，分析得到加注浓度下的对应的减阻效果数据；
根据管道起终点压力P1、P2和流量QDR，使用
Figure GDA0003550440030000041
计算得到加注减阻剂情况下的管道摩阻系数λDR；
由此，通过使用压力驱动的管道流动仿真计算引擎，突破了一般评价方法中需要空白对照组数据的限制，将压力和流量数据均综合的体现在摩阻系数上，继而使用DR％＝(λ0-λDR)/λ0得到管线加注减阻剂对应浓度下的实时减阻率；
本发明中，所述空白实验数据，是指与加注减阻剂过程中那个一致的，未加注减阻剂工况下的该管道的起点压力、终点压力数据；
本发明中，所述管道数据采集系统指的是输油管道中现场设备仪表、PLC和上位机组成的压力、温度、流量等数据的采集、传输、存储、发布系统；
本发明中，所述的管道起点压力P1，管道终点压力P2，管道流量QDR均为数字信号的连续波动数据；
本发明中，所述的管道流动仿真计算引擎，指的是遵循管道流动基本方程，并能够根据传输的压力边界数据，实时分析计算并发布计算结果(流量、摩阻系数等)的计算机程序；
本发明中，所述D为输油管道内直径，L为输油管道长度，ΔZ管道首末端高差，ρ油品密度，ΔP管道首末端压差，Q为管道流量，DR％为减阻率，ΔPDR为加注减阻剂后管道首末端的压差，ΔP0为未加注减阻剂后管道的首末端压差，λ0是加剂管道压差对应下的未加减阻剂的管道摩阻系数，λDR是加剂管道压差、流量下的加注减阻的管道摩阻系数；
本发明中，所述加注减阻剂的对应浓度，指的是管道起点处加入的减阻剂浓度，单位为ppm；
本发明中，所述的空白对照组数据，指的是一般减阻效果评价方法中需保持未加注减阻剂管道的流量与加注减阻剂后管道流量数据相同的管道的压力数据。
所述管道起点压力、终点压力、流量数据，其特征为数据分别为现场压力表和流量计采集的实时数字信号。
所述管道流动仿真计算引擎，其特征为能够根据管道两端压力边界驱动的管道流动仿真计算程序。
所述S2中的加注减阻剂的加注浓度以ppm为单位。
所述S2中未加减阻剂之前，使用OPC通信协议，将通讯模块和现场管道系统的数据采集系统链接，测试并确保能够从数据采集系统中实时读取现场压力、流量仪表的数据。
所述S2中未加减阻减阻剂时，管道的起终点压力和流量数据，驱动管道流动仿真计算引擎，反演管道内壁面的真实粗糙度。
所述S2中开始加注减阻剂时，实时读取并记录管道的起点压力，记为P1，管道的终点压力记为P2，以及管道的流量，记为QDR。
所述S3中将管道起点压力P1和终点压力P2数据传给管道流动仿真计算引擎，从而驱动管道流动仿真计算引擎根据管道首末端的压力边界条件，将管道起点压力P1和终点压力P2进行相差形成压差，通过特征线法计算得到该压差下对应的为加注减阻剂工况下的管道流量Q0，以及对应的摩阻系数λ0。
所述S4中将压力和流量数据均综合的体现在摩阻系数上，继而使用DR％＝(λ0-λDR)/λ0得到管线加注减阻剂对应浓度下的实时减阻率。
所述输油管道的输送油品包括：原油、汽油和柴油，所述减阻剂为高分子聚合物减阻剂，所述在线评价为每时每刻获取管道加注减阻剂过程中管道的压力、流量数据和分析计算减阻率；
通过在输油管道减阻剂能够在添加少量药剂的情况下，较为显著的提高管道输量，或者降低管道的输送压差；
输油管道常用的减阻效果评价方法是人为的读取压力、流量表的数据以后，根据加注减阻剂前后的管道压差的变化值，并且保证加剂前后管道的流量数据保持一致，分析计算管道的减阻率，从而实现减阻效果的评价；
但是，对于输油管道系统，首先管道的压力、流量数据时刻在波动，因此很难做到空白实验组的流量数据和实验组的数据保持完全一致；
其次，由于数据的波动性，导致人为读取的管道起终点压力可能不能对应匹配，由此造成评价结果不及时且准确。本专利提供的一种输油管道减阻剂减阻效果的在线评价方法，通过标准的通信协议直接从管道数据采集系统中获取实时的管道压力表、流量计的实时数值，进而使用管道起终点压力数据实时驱动管道流动仿真计算引擎，得到该压力条件下对应的未加剂工况下的管道输量、摩阻系数等参数；
紧接着根据获取的管道压力、流量数据，得到加剂工况下的摩阻系数。最后，将加剂数据和未加剂的摩阻系数进行对比，实现了减阻效果的实时在线评价。
本发明提供的输油管道中减阻剂减阻效果的在线评价方法的工作原理如下：
测试从管道数据采集系统中实时读取管道起点压力、终点压力和流量数据；
在管道的内部加注减阻剂，并且加注过程中，实时读取管道的起点压力、终点压力和流量数据；
使用起点压力和终点压力作为边界条件，并且通过驱动管道流动仿真计算引擎来得到未加剂工况下的管道摩阻系数；
使用起点压力、终点压力和流量数据，来计算加剂工况下的管道摩阻系数；
综合分析加注减阻剂前后管道摩阻系数的变化，分析得到加注浓度下的对应的减阻效果数据。
与相关技术相比较，本发明提供的输油管道中减阻剂减阻效果的在线评价方法具有如下有益效果：
实现了输油管道减阻剂减阻效果的在线实时评价，不仅突破了一般方法中需要设置空白对照数据的限制，弥补了空白对照数据中流量数据难以保持一致的缺陷，而且通过实时读取管线压力、流量数据的方式，避免了人为肉眼读取数据的延时、起终点数据不匹配等数据不准确的问题，该评价方法切实可行，并且全程没有人为主观的干扰因素，所得的数据和评价结果准确可靠。
第二实施例
输油管道中减阻剂减阻效果的在线评价方法，包含以下步骤：
S1、加注减阻剂前，从管道数据采集系统同实时读取管道起点压力，记为P1(3～4MPa)，中间RTU阀室的压力，记为PRTU，终点压力，记为P2(0.14～0.22MPa)，管道输量Q(400～450m3/h)；
S2、使用第一实施例中所述的数据，驱动管道流动仿真计算引擎，得到管道内壁面的真实粗糙度ε＝0.04mm；
S3、开始加注减阻剂，减阻剂的加注浓度为5～15ppm；
S4、实时读取管道数据采集系统中管道其中、中间阀室、终点的压力数值信号以及起点流量计的流量数值信号；
S5、使用起点压力、终点压力驱动管道流动仿真计算引擎，得到该压力下对应的未加工况下的管道的流量和摩阻系数；
S6、使用起点压力、终点压力、管道流量数据，分析计算得到该组数据对应下的加注减阻工况下的管道的摩阻系数；
S7、经过14小时38分钟，加注的减阻剂油头到达管道的终点，整条管线的减阻率达到最大值为54％。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种输油管道中减阻剂减阻效果的在线评价方法，其特征在于，包括，以下步骤：
S1、测试从管道数据采集系统中实时读取管道起点压力、终点压力和流量数据；
S2、在管道的内部加注减阻剂，并且加注过程中，实时读取管道的起点压力、终点压力和流量数据；
S3、将S1中使用起点压力和终点压力作为边界条件，并且通过驱动管道流动仿真计算引擎来得到未加剂工况下的管道摩阻系数；
S4、将S2中使用起点压力、终点压力和流量数据，来计算加剂工况下的管道摩阻系数；
S5、综合分析加注减阻剂前后管道摩阻系数的变化，分析得到加注浓度下的对应的减阻效果数据。
2.根据权利要求1所述的输油管道中减阻剂减阻效果的在线评价方法，其特征在于，所述管道起点压力、终点压力、流量数据，其特征为数据分别为现场压力表和流量计采集的实时数字信号。
3.根据权利要求1所述的输油管道中减阻剂减阻效果的在线评价方法，其特征在于，所述管道流动仿真计算引擎，其特征为能够根据管道两端压力边界驱动的管道流动仿真计算程序。
4.根据权利要求1所述的输油管道中减阻剂减阻效果的在线评价方法，其特征在于，所述S2中的加注减阻剂的加注浓度以ppm为单位。
5.根据权利要求1所述的输油管道中减阻剂减阻效果的在线评价方法，其特征在于，所述S2中未加减阻剂之前，使用OPC通信协议，将通讯模块和现场管道系统的数据采集系统链接，测试并确保能够从数据采集系统中实时读取现场压力、流量仪表的数据。
6.根据权利要求5所述的输油管道中减阻剂减阻效果的在线评价方法，其特征在于，所述S2中未加减阻减阻剂时，管道的起终点压力和流量数据，驱动管道流动仿真计算引擎，反演管道内壁面的真实粗糙度。
7.根据权利要求1所述的输油管道中减阻剂减阻效果的在线评价方法，其特征在于，所述S2中开始加注减阻剂时，实时读取并记录管道的起点压力，记为P1，管道的终点压力记为P2，以及管道的流量，记为QDR。
8.根据权利要求1所述的输油管道中减阻剂减阻效果的在线评价方法，其特征在于，所述S3中将管道起点压力P1和终点压力P2数据传给管道流动仿真计算引擎，从而驱动管道流动仿真计算引擎根据管道首末端的压力边界条件，将管道起点压力P1和终点压力P2进行相差形成压差，通过特征线法计算得到该压差下对应的为加注减阻剂工况下的管道流量Q0，以及对应的摩阻系数λ0。
9.根据权利要求1所述的输油管道中减阻剂减阻效果的在线评价方法，其特征在于，所述S4中将压力和流量数据均综合的体现在摩阻系数上，继而使用DR％＝(λ0-λDR)/λ0得到管线加注减阻剂对应浓度下的实时减阻率。
10.根据权利要求1所述的输油管道中减阻剂减阻效果的在线评价方法，其特征在于，所述输油管道的输送油品包括：原油、汽油和柴油，所述减阻剂为高分子聚合物减阻剂，所述在线评价为每时每刻获取管道加注减阻剂过程中管道的压力、流量数据和分析计算减阻率。
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