CN113864540A - 一种管道内天然气水合物柔性感知和消除系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种管道内天然气水合物柔性感知和消除系统及方法，其特征在于，包括柔性传感器、加热层和中央处理器；若干所述柔性传感器间隔敷设在管道的内壁面，用于实时采集所述管道对应位置处的运行温度和压力数据；所述加热层设置在所述管道的外壁面，用于加热所述管道内的流体；所述中央处理器分别连接每一所述柔性传感器和所述加热层，用于根据各所述柔性传感器采集的运行温度和压力数据，确定所述管道内天然气水合物的生成位置，并通过所述加热层进行加热，以消除所述管道内的天然气水合物，本发明可以广泛应用于油气田开发技术领域中。
Description
技术领域
本发明涉及油气田开发技术领域，特别是关于一种管道内天然气水合物柔性感知和消除系统及方法。
背景技术
天然气凝析液管道由于存在游离态的水，在一定温度与压力条件下，天然气与水结合形成天然气水合物。随着环境温度的降低和管输压力的升高，管道内更易生成天然气水合物，管道堵塞的风险增加，导致管道内压力波动，从而引起管道堵塞事故的可能性增大，影响管道安全稳定运行。如何及时发现并有效地检测到天然气水合物的存在并对其进行定位，以及如何减少天然气水合物对正常生产的影响并避免事故发生，是业界人士关注的焦点，也是研究的重点和难点。
工程上，管道内天然气水合物生成预测主要依据压力表和温度计的测量结果进行判定。但是，这种方式只能凭借经验预测特定位置是否有天然气水合物生成。此外，现场经常还面临着弯头、盲管段的温度、压力无法测量等问题，导致天然气水合物难以预测。因此，需要一种安装简单、成本低廉、测量精度高、可自由布置且可智能预测的管道天然气水合物生成感知装置。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种安装简单、成本低廉、测量精度高、可自由布置且可智能预测的管道内天然气水合物柔性感知和消除系统及方法。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一方面，提供一种管道内天然气水合物柔性感知和消除系统，包括柔性传感器、加热层和中央处理器；
若干所述柔性传感器间隔敷设在管道的内壁面，用于实时采集所述管道对应位置处的运行温度和压力数据；
所述加热层设置在所述管道的外壁面，用于加热所述管道内的流体；
所述中央处理器分别连接每一所述柔性传感器和所述加热层，用于根据各所述柔性传感器采集的运行温度和压力数据，确定所述管道内天然气水合物的生成位置，并通过所述加热层进行加热，以消除所述管道内的天然气水合物。
进一步地，所述管道采用钢管，所述钢管的外侧由内到外依次设置有所述加热层、保温层和保护层。
进一步地，所述加热层是由若干加热纸拼接而成，若干所述加热纸敷设在所述管道的外壁面。
进一步地，所述加热层采用石墨烯加热纸。
进一步地，所述中央处理器内设置有：
运行参数获取模块，用于获取各所述柔性传感器采集的运行温度和压力数据；
匹配模块，用于匹配确定所述加热层的每一加热纸所在管道的位置；
水合物定位模块，用于根据各所述柔性传感器采集的运行温度和压力数据，确定所述管道内天然气水合物的生成位置；
加热控制模块，用于根据所述管道内天然气水合物的生成位置，控制对应位置处的所述加热纸进行加热。
进一步地，所述水合物定位模块内设置有：
临界曲线获取单元，用于预先获取天然气水合物生成临界曲线，其中，天然气水合物生成临界曲线内各点的横坐标为运行温度、纵坐标为压力；
水合物定位单元，用于根据各柔性传感器采集的运行温度和压力数据，确定管道沿线各监测位置的运行工作点，并基于天然气水合物生成临界曲线，确定管道沿线是否有天然气水合物生成。
进一步地，所述柔性传感器包括柔性压力传感器和柔性温度传感器；
所述柔性压力传感器用于实时采集所述管道对应位置处的压力数据；
所述柔性温度传感器用于实时采集所述管道对应位置处的运行温度数据。
另一方面，提供一种管道内天然气水合物柔性感知和消除方法，包括：
实时获取管道沿线各监测位置处的运行温度和压力数据，得到各监测位置处的运行工作点；
根据各监测位置处的运行工作点，实时判断管道沿线是否有天然气水合物生成；
若管道沿线有天然气水合物生成，则实时确定管道内天然气水合物的生成位置，并通过加热层进行加热，消除管道内生成的天然气水合物。
进一步地，所述根据各监测位置处的运行工作点，实时判断管道沿线是否有天然气水合物生成，包括：
获取天然气水合物生成临界曲线，其中，天然气水合物生成临界曲线内各点的横坐标为运行温度、纵坐标为压力；
若监测位置处的运行工作点位于天然气水合物生成临界曲线的左侧，则该监测位置为有天然气水合物生成区域；
若监测位置处的运行工作点位于天然气水合物生成临界曲线的右侧，则该监测位置为无天然气水合物生成区域。
进一步地，所述若管道沿线有天然气水合物生成，则实时确定管道内天然气水合物的生成位置，并通过加热层进行加热，消除管道内生成的天然气水合物，包括：
若管道沿线有天然气水合物生成，则实时确定管道内天然气水合物的生成位置，并通过加热层对应位置处的加热纸进行加热；
当管道内无天然气水合物生成区域时，则停止加热。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
1、本发明通过在管道的内壁敷设内衬层和柔性传感器，能够精准测量管道内任意位置的温度和压力。
2、本发明通过在管道的外壁敷设加热层，能够加热管道，提升管道运行温度，进而能够消除管道内的水合物。
3、本发明由于设置有中央处理器，根据柔性传感器采集的数据，能够对管道内的天然气水合物精准定位，进而能够控制加热层对天然气水合物的所在位置进行精准加热，消除管道内生成的水合物。
综上所述，本发明可以广泛应用于油气田开发技术领域中。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：
图1是本发明一实施例提供的系统的结构示意图；
图2是是本发明一实施例提供的系统内管道的结构示意图；
图3是是本发明一实施例提供的系统内中央处理器的结构示意图；
图4是是本发明一实施例提供的天然气水合物生成临界曲线的示意图；
图5是是本发明一实施例提供的方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施方式。虽然附图中显示了本发明的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。
尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。
为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“上面”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。
本发明实施例提供的管道内天然气水合物柔性感知和消除系统及方法，通过设置柔性传感器，实现类似人手触摸实现对温度、压力的感知，利用局部温度、压力等信号感知，实现管道温度、压力、水合物生成等信息的实时监测，为多相流仿真与监测软件的校验与改进提供支持，同时也为天然气水合物智能堵塞等提供解决方法，能够实现管道内天然气水合物生成情况的精准检测，并及时消除天然气水合物，避免天然气水合物造成管道堵塞。
实施例1
如图1至图3所示，本实施例提供一种管道内天然气水合物柔性感知和消除系统，包括内衬层1、柔性传感器2、加热层3、中央处理器4和光纤5。
管道6的内壁面设置有内衬层1，内衬层1的表面间隔敷设有若干柔性传感器2，柔性传感器2用于实时采集管道6对应位置处的运行温度和压力数据。管道6的外壁面设置有加热层3，用于加热管道6内的流体。
中央处理器4通过光纤5分别连接每一柔性传感器2和加热层3，中央处理器4用于根据各柔性传感器2采集的运行温度和压力数据，确定管道6内天然气水合物的生成位置，并通过加热层3进行加热，以消除管道6内的天然气水合物。
在一个优选的实施例中，如图2所示，管道6采用钢管，钢管的外侧设置内衬层1，钢管的外侧由内到外依次设置有加热层3、保温层7和保护层8，其中，加热,3是由若干加热纸拼接而成，保温层7采用聚氨酯材料，保护层8采用金属管。
具体地，加热纸采用石墨烯加热纸。
更具体地，若干加热纸完全敷设在管道6的外壁面，中央处理器4分别连接每一加热纸。
在一个优选的实施例中，柔性传感器2包括柔性压力传感器和柔性温度传感器，柔性压力传感器用于实时采集管道6对应位置处的压力数据，柔性温度传感器用于实时采集管道6对应位置处的运行温度数据。
在一个优选的实施例中，如图3所示，中央处理器4内设置有运行参数获取模块41、匹配模块、水合物定位模块42和加热控制模块43。
运行参数获取模块41用于通过光纤5获取各柔性传感器2采集的运行温度和压力数据，并发送至水合物定位模块42。
匹配模块用于匹配确定加热层3的每一加热纸所在管道6的位置。
水合物定位模块42用于根据各柔性传感器2采集的运行温度和压力数据，确定管道6内天然气水合物的生成位置，并发送至加热控制模块43。
加热控制模块43用于根据管道6内天然气水合物的生成位置，控制对应位置处的加热纸进行加热，进而消除管道6内的天然气水合物。
在一个优选的实施例中，水合物定位模块42内设置有临界曲线获取单元和水合物定位单元。
临界曲线获取单元用于预先获取天然气水合物生成临界曲线，如图4所示，其中，天然气水合物生成临界曲线内各点的横坐标为运行温度、纵坐标为压力。具体地，天然气水合物生成临界曲线可以通过实验获得、Multiflash软件获得或Chen-Guo等理论模型计算获得。
水合物定位单元，用于根据各柔性传感器2采集的运行温度和压力数据，确定管道6沿线各监测位置的运行工作点，并基于天然气水合物生成临界曲线，确定管道6沿线是否有天然气水合物生成，其中，若监测位置处的运行工作点位于天然气水合物生成临界曲线的左侧，则该监测位置为有天然气水合物生成区域；若监测位置处的运行工作点位于天然气水合物生成临界曲线的右侧，则该监测位置为无天然气水合物生成区域。
实施例2
如图5所示，本实施例提供一种管道内天然气水合物柔性感知和消除方法，包括以下步骤：
1)实时获取管道6沿线各监测位置处的运行温度和压力数据，得到各监测位置处的运行工作点，运行工作点的横坐标为运行温度，纵坐标为压力。
2)基于天然气水合物生成临界曲线，根据各监测位置处的运行工作点，实时判断管道6沿线是否有天然气水合物生成，具体为：
获取天然气水合物生成临界曲线，其中，天然气水合物生成临界曲线内各点的横坐标为运行温度、纵坐标为压力。
若监测位置处的运行工作点位于天然气水合物生成临界曲线的左侧，则该监测位置为有天然气水合物生成区域。
若监测位置处的运行工作点位于天然气水合物生成临界曲线的右侧，则该监测位置为无天然气水合物生成区域。
具体地，天然气水合物生成临界曲线内各点的横坐标为运行温度、纵坐标为压力。
3)若管道6沿线有天然气水合物生成，则实时确定管道6内天然气水合物的生成位置，并通过加热层3对应位置处的加热纸进行加热，提升管道6内流体的温度，进而消除管道6内生成的天然气水合物，具体为：
若管道6沿线有天然气水合物生成，则实时确定管道6内天然气水合物的生成位置，并通过加热层3对应位置处的加热纸进行加热。
一旦管道6内无天然气水合物生成区域时，则停止加热。
通过不断实时地检测管道内是否有天然气水合物生成，并自适应智能启动或停止加热，一方面可以保证及时消除管道内的天然气水合物，避免管道堵塞；另一方面，可以降低管道天然气水合物防控运行成本。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。
Claims (10)
1.一种管道内天然气水合物柔性感知和消除系统，其特征在于，包括柔性传感器、加热层和中央处理器；
若干所述柔性传感器间隔敷设在管道的内壁面，用于实时采集所述管道对应位置处的运行温度和压力数据；
所述加热层设置在所述管道的外壁面，用于加热所述管道内的流体；
所述中央处理器分别连接每一所述柔性传感器和所述加热层，用于根据各所述柔性传感器采集的运行温度和压力数据，确定所述管道内天然气水合物的生成位置，并通过所述加热层进行加热，以消除所述管道内的天然气水合物。
2.如权利要求1所述的一种管道内天然气水合物柔性感知和消除系统，其特征在于，所述管道采用钢管，所述钢管的外侧由内到外依次设置有所述加热层、保温层和保护层。
3.如权利要求1所述的一种管道内天然气水合物柔性感知和消除系统，其特征在于，所述加热层是由若干加热纸拼接而成，若干所述加热纸敷设在所述管道的外壁面。
4.如权利要求3所述的一种管道内天然气水合物柔性感知和消除系统，其特征在于，所述加热层采用石墨烯加热纸。
5.如权利要求3所述的一种管道内天然气水合物柔性感知和消除系统，其特征在于，所述中央处理器内设置有：
运行参数获取模块，用于获取各所述柔性传感器采集的运行温度和压力数据；
匹配模块，用于匹配确定所述加热层的每一加热纸所在管道的位置；
水合物定位模块，用于根据各所述柔性传感器采集的运行温度和压力数据，确定所述管道内天然气水合物的生成位置；
加热控制模块，用于根据所述管道内天然气水合物的生成位置，控制对应位置处的所述加热纸进行加热。
6.如权利要求5所述的一种管道内天然气水合物柔性感知和消除系统，其特征在于，所述水合物定位模块内设置有：
临界曲线获取单元，用于预先获取天然气水合物生成临界曲线，其中，天然气水合物生成临界曲线内各点的横坐标为运行温度、纵坐标为压力；
水合物定位单元，用于根据各柔性传感器采集的运行温度和压力数据，确定管道沿线各监测位置的运行工作点，并基于天然气水合物生成临界曲线，确定管道沿线是否有天然气水合物生成。
7.如权利要求1所述的一种管道内天然气水合物柔性感知和消除系统，其特征在于，所述柔性传感器包括柔性压力传感器和柔性温度传感器；
所述柔性压力传感器用于实时采集所述管道对应位置处的压力数据；
所述柔性温度传感器用于实时采集所述管道对应位置处的运行温度数据。
8.一种管道内天然气水合物柔性感知和消除方法，其特征在于，包括：
实时获取管道沿线各监测位置处的运行温度和压力数据，得到各监测位置处的运行工作点；
根据各监测位置处的运行工作点，实时判断管道沿线是否有天然气水合物生成；
若管道沿线有天然气水合物生成，则实时确定管道内天然气水合物的生成位置，并通过加热层进行加热，消除管道内生成的天然气水合物。
9.如权利要求8所述的一种管道内天然气水合物柔性感知和消除方法，其特征在于，所述根据各监测位置处的运行工作点，实时判断管道沿线是否有天然气水合物生成，包括：
获取天然气水合物生成临界曲线，其中，天然气水合物生成临界曲线内各点的横坐标为运行温度、纵坐标为压力；
若监测位置处的运行工作点位于天然气水合物生成临界曲线的左侧，则该监测位置为有天然气水合物生成区域；
若监测位置处的运行工作点位于天然气水合物生成临界曲线的右侧，则该监测位置为无天然气水合物生成区域。
10.如权利要求8所述的一种管道内天然气水合物柔性感知和消除方法，其特征在于，所述若管道沿线有天然气水合物生成，则实时确定管道内天然气水合物的生成位置，并通过加热层进行加热，消除管道内生成的天然气水合物，包括：
若管道沿线有天然气水合物生成，则实时确定管道内天然气水合物的生成位置，并通过加热层对应位置处的加热纸进行加热；
当管道内无天然气水合物生成区域时，则停止加热。
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