CN113959679B - 一种长距离混输管线多相流型转变位置预测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种长距离混输管线多相流型转变位置预测系统及方法，属于石油工程多相流检测技术领域。包括工控机、流型图像采集装置、分析压差传感器和若干沿程压差传感器；流型图像采集装置和分析压差传感器紧邻地设在混输管线的任意位置处，若干沿程压差传感器分布在混输管线上；流型图像采集装置、分析压差传感器和若干沿程压差传感器分别与工控机连接。本发明能够对管线内的沿程流动状态进行识别，最终得到长距离混输管线内沿程局部流型分布，进而判断出流型发生转变的关键位置，对该位置进行重点预防，维护管内油气输运的安全。

Description

一种长距离混输管线多相流型转变位置预测系统及方法

技术领域

本发明属于石油工程多相流检测技术领域，具体涉及一种长距离混输管线多相流型转变位置预测系统及方法。

背景技术

深海油气资源极为丰富，但深海输运由于管线长、大温跨、海底地形复杂、洋流等因素带来的技术性难题，使深海油气开发和输运面临巨大挑战。海底管内外温差大，容易引起管道阀门等设备腐蚀、管内形成水合物和结蜡，堵塞海底管道；海底延绵数公里甚至几十公里的长距离混输管线，会为液塞的发展提供便利的条件，最终可能形成长达数公里的间歇性长液塞。而在油气开采的后期，由于油井开采导致井口流量和压力减小，所以极易在长距离混输管线内出现严重段塞流。严重段塞流最显著的特征就是立管底部液体堵塞上游气体的运动，使得立管段出现气液间歇性流出和剧烈的气液喷发，导致下游分离器溢流、断流和管线振荡，气液间歇性流动产生的大幅压力波动会使得井口压力升高，影响油气田产量。因此，如何实时获取长距离混输管线内多相流动状态对于实际生产过程和研究变得尤为重要。

在海底管线在长距离输运过程中，因为管内外温差大、地形复杂、井口压力和流量变化，可能导致管内出现堵塞、流动失稳等情况，影响油气输运的安全。目前对于海底管线的监控方面的研究极少，很大程度上依赖国外的仿真软件，而仿真软件的准确程度受到模型、边界条件、材料等多个因素影响，在实际应用中效果欠佳。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种长距离混输管线多相流型转变位置预测系统及方法，能够对管线内的沿程流动状态进行识别，最终得到长距离混输管线内沿程局部流型分布，进而判断出流型发生转变的关键位置，对该位置进行重点预防，维护管内油气输运的安全。

本发明是通过以下技术方案来实现：

本发明公开了一种集输立管两相流型在线识别方法，包括工控机、流型图像采集装置、分析压差传感器和若干沿程压差传感器；

流型图像采集装置和分析压差传感器设在混输管线水平管段上的同一位置处，若干沿程压差传感器分布在混输管线上；流型图像采集装置、分析压差传感器和若干沿程压差传感器分别与工控机连接。

优选地，沿程压差传感器的数量≥3。

优选地，流型图像采集装置和分析压差传感器设在长距离混输管线水平段流动充分发展处。

优选地，流型图像采集装置与分析压差传感器所采集信息的管段位置一致。

优选地，流型图像采集装置为电容层析成像仪。

优选地，分析压差传感器和若干沿程压差传感器的型号相同。

优选地，流型图像采集装置、分析压差传感器和若干沿程压差传感器分别通过屏蔽电缆与工控机连接。

优选地，若干沿程压差传感器设在海底管汇处。

本发明公开的采用上述长距离混输管线多相流型转变位置预测系统进行多相流型转变位置预测的方法，包括：

流型图像采集装置采集混输管线内的流型图像信息，分析压差传感器同时采集同一位置处的压差信息，均发送至工控机，工控机根据流型图像信息和压差信息建立两者的对应关系；若干沿程压差传感器采集混输管线沿程各位置处的压差信息，实现多相流型转变位置的预测。

优选地，具体包括：

S1：工控机对采集到的压差信息进行数模转换、降噪滤波和数据同步，计算包括均值、幅值、标准差和主频特征的压差信号特征量；

S2：将流型图像采集装置采集的流型图像信息与S1得到的压差信号特征量组合成流型特征参数集，利用人工神经网络对所述流型特征参数集进行训练，得到流行识别模型；

S3：以若干沿程压差传感器采集到的压差信号的特征参数集作为流行识别模型的输入信号，得到混输管线沿程局部流型的空间分布；

S4：对混输管线从上游到下游依次判断流型发生转变的位置，实现多相流型转变位置的预测。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明公开的长距离混输管线多相流型转变位置预测系统，通过流型图像采集装置采集混输管线内的流型图像信息，分析压差传感器同时采集同一位置处的压差信息，工控机根据采集到的流型图像信息和压差信息建立两者的对应关系；若干沿程压差传感器采集混输管线沿程各位置处的压差信息，实现多相流型转变位置的预测。本发明采用相对造价低、易安装的压差传感器去表征管内不可视的流动状态；能够对管线内的沿程流动状态进行识别，最终得到长距离混输管线内沿程局部流型分布，进而判断出流型发生转变的关键位置。对于局部流型转变的位置，因其管内气液界面长期处于失稳状态，对该段管内壁和管道结构造成的冲击大，因此对该位置进行重点预防，能够进一步提高流动安全运行的裕度，维护管内油气输运的安全。

进一步地，沿程压差传感器的数量≥3，能够根据实际需要进行布设，并保证精度。

进一步地，流型图像采集装置和分析压差传感器设在长距离混输管线水平段流动充分发展处，能够避免入口效应带来的干扰。

进一步地，流型图像采集装置与分析压差传感器所采集信息的管段位置一致，使采集到的流型图像信息与压差信号相关度较高，提高预测精度。

进一步地，分析压差传感器和若干沿程压差传感器的型号相同，能够保证采集数据的一致性，提高预测精度。

进一步地，流型图像采集装置、分析压差传感器和若干沿程压差传感器分别通过屏蔽电缆与工控机连接，避免信号受到电磁干扰。

进一步地，若干沿程压差传感器设在海底管汇处，信号容易采集，便于布设。

本发明公开的采用上述长距离混输管线多相流型转变位置预测系统进行多相流型转变位置预测的方法，通过分析大量流型图像采集装置测量的特征参数和该位置处的局部压差信号，作为该流型所固有的特征参数集。利用人工神经网络对沿程压差信号进行识别，从而得到管道沿程的流型分布，进而判断出局部流型转变的位置。对于长距离海底管线内流动状态，本发明不再仅限于依靠仿真软件来监控，而是基于油气田现场实际环境，通过实际采集的数据来进行分析和计算，得到更加准确的结果。

附图说明

图1为本发明的系统整体结构示意图；

图2为本发明的信号处理原理图；

图3为实施例中电容层析成像仪对局部流型的识别结果图；

图4为实施例中沿程压差信号波动及流型转变位置的效果图；

图5为实施例中多相流型转变位置预测的识别结果图。

图中，1为工控机，2为沿程压差传感器，3为流型图像采集装置，4为压差传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述，其内容是对本发明的解释而不是限定：

如图1，本发明的长距离混输管线多相流型转变位置预测系统，包括工控机1、流型图像采集装置3、分析压差传感器4和若干沿程压差传感器2。

流型图像采集装置3和分析压差传感器4紧邻地设在混输管线的任意位置处，若干沿程压差传感器2分布在混输管线上；流型图像采集装置3、分析压差传感器4和若干沿程压差传感器2分别与工控机1连接。

在本发明的一个较优的实施例中，沿程压差传感器2的数量≥3。

在本发明的一个较优的实施例中，流型图像采集装置3和分析压差传感器4设在长距离混输管线水平段流动充分发展处。

在本发明的一个较优的实施例中，流型图像采集装置3与分析压差传感器4所采集信息的管段位置一致。

在本发明的一个较优的实施例中，流型图像采集装置3为电容层析成像仪。

在本发明的一个较优的实施例中，分析压差传感器4和若干沿程压差传感器2的型号相同。

在本发明的一个较优的实施例中，流型图像采集装置3、分析压差传感器4和若干沿程压差传感器2分别通过屏蔽电缆与工控机1连接。

在本发明的一个较优的实施例中，根据油气田实际情况，若干沿程压差传感器2可布置于海底管汇处等信号易于采集的位置。

如图2，采用上述长距离混输管线多相流型转变位置预测系统进行多相流型转变位置预测的方法，包括：

流型图像采集装置3采集混输管线内的流型图像信息，分析压差传感器4同时采集同一位置处的压差信息，均发送至工控机1，工控机1根据流型图像信息和压差信息建立两者的对应关系；若干沿程压差传感器2采集混输管线沿程各位置处的压差信息，实现多相流型转变位置的预测。

具体包括：

S1：工控机1对采集到的压差信息进行数模转换、降噪滤波和数据同步，计算包括均值、幅值、标准差和主频特征的压差信号特征量；

S2：将流型图像采集装置3采集的流型图像信息与S1得到的压差信号特征量组合成流型特征参数集，利用人工神经网络对所述流型特征参数集进行训练，得到流行识别模型；

S3：以若干沿程压差传感器2采集到的压差信号的特征参数集作为流行识别模型的输入信号，得到混输管线沿程局部流型的空间分布；

S4：对混输管线从上游到下游依次判断流型发生转变的位置，实现多相流型转变位置的预测。

如图3，本发明的流型图像采集装置3识别的流型，大类分为分层流和段塞流。分层流有波状分层流和光滑分层流，其特征是管内界面存在波动，但不会在管内形成堵塞。段塞流的显著特征是气液界面波动较大，且管内存在堵塞，导致管内气体不连续，不同流型的持液率变化有显著区别。

下面以一个具体实施例来对本发明进行进一步地解释说明：

本实施例在西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室内的油气水多相流大型实验环路上进行，实验的管内径为75mm，主要由水平管段、下倾管段和立管三个部分组成。水平管段长314m，下倾管段长25m，立管高度21.5m。本发明要求沿程压差传感器的数目大于等于4，因此在水平段布置了17个压差传感器，电容层析成像仪布置在压差传感器DP10N附近位置。如图4所示给出了系统压力为1MPa，入口折算气速为0.1m/s，折算液速为0.065m/s时沿程压差波动图。从图4中可以看出沿程局部流型的分布和流型转变位置，第一次出现的由分层流转变为段塞流的位置记为流型转变的位置。从而得出该工况下流型转变位置发生在传感器DP11N位置处。

图5给出了系统的识别面板，任意时间可通过面板上开关按钮执行采集和识别。通过对沿程17个压差信号进行采集、滤波和特征值计算，从而对沿程压差传感器位置处的流型进行识别，得到流型空间分布。编写程序对流型转变位置进行判断，从而在面板上显示局部流型发生的位置。对发生流型转变的关键位置进行预防，保持管线结构内流动处于安全稳定运行状态，对油气混输管线的安全保障具有重要的意义。

以上所述，仅为本发明实施方式中的部分，本发明中虽然使用了部分术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了方便的描述和解释本发明的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。以上所述仅以实施例来进一步说明本发明的内容，以便于更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。

Claims (7)

1.一种长距离混输管线多相流型转变位置预测系统，其特征在于，包括工控机(1)、流型图像采集装置(3)、分析压差传感器(4)和若干沿程压差传感器(2)；

流型图像采集装置(3)和分析压差传感器(4)设在混输管线水平管段上的同一位置处，若干沿程压差传感器(2)分布在混输管线上；沿程压差传感器(2)的数量≥4，分布在水平管段，并且通过沿程压差信号得到沿程局部流型空间分布，对混输管线从上游到下游依次判断流型发生转变的位置，实现多相流型转变位置的预测；流型图像采集装置(3)、分析压差传感器(4)和若干沿程压差传感器(2)分别与工控机(1)连接；流型图像采集装置(3)和分析压差传感器(4)设在长距离混输管线水平段流动充分发展处；流型图像采集装置(3)为电容层析成像仪。

2.根据权利要求1所述的长距离混输管线多相流型转变位置预测系统，其特征在于，流型图像采集装置(3)与分析压差传感器(4)所采集信息的管段位置一致。

3.根据权利要求1所述的长距离混输管线多相流型转变位置预测系统，其特征在于，分析压差传感器(4)和若干沿程压差传感器(2)的型号相同。

4.根据权利要求1所述的长距离混输管线多相流型转变位置预测系统，其特征在于，流型图像采集装置(3)、分析压差传感器(4)和若干沿程压差传感器(2)分别通过屏蔽电缆与工控机(1)连接。

5.根据权利要求1所述的长距离混输管线多相流型转变位置预测系统，其特征在于，若干沿程压差传感器(2)设在海底管汇处。

6.采用权利要求1-5任意一项所述的长距离混输管线多相流型转变位置预测系统进行多相流型转变位置预测的方法，其特征在于，包括：

流型图像采集装置(3)采集混输管线内的流型图像信息，分析压差传感器(4)同时采集同一位置处的压差信息，均发送至工控机(1)，工控机(1)根据流型图像信息和压差信息建立两者的对应关系；若干沿程压差传感器(2)采集混输管线沿程各位置处的压差信息，实现多相流型转变位置的预测。

7.根据权利要求6所述的采用长距离混输管线多相流型转变位置预测系统进行多相流型转变位置预测的方法，其特征在于，具体包括：

S1：工控机(1)对采集到的压差信息进行数模转换、降噪滤波和数据同步，计算包括均值、幅值、标准差和主频特征的压差信号特征量；

S2：将流型图像采集装置(3)采集的流型图像信息与S1得到的压差信号特征量组合成流型特征参数集，利用人工神经网络对所述流型特征参数集进行训练，得到流行识别模型；

S3：以若干沿程压差传感器(2)采集到的压差信号的特征参数集作为流行识别模型的输入信号，得到混输管线沿程局部流型的空间分布；

S4：对混输管线从上游到下游依次判断流型发生转变的位置，实现多相流型转变位置的预测。