CN115215483B - 一种油田水罐智能密闭在线排砂方法 - Google Patents

Abstract

一种油田水罐智能密闭在线排砂方法，属于水罐在线排砂技术领域。包括协同处理系统以及如下步骤：步骤1001，系统参数初始化；步骤1002，建立级联系统动态线性化模型；步骤1003，建立关于跟踪设定减量化参数的滑模面；步骤1004，得到减量化系统的控制器；步骤1005，求出当前时刻减量化系统的控制量；步骤1006，调节罐体射流装置参数；步骤1007，对系统进行控制调节；步骤1008，对减量化物质进行测量；步骤1009，如果减量化指标不满足设定数值，则更新伪Jacobian矩阵，如果满足设定数值，结束。在本油田水罐智能密闭在线排砂方法中，通过协同处理系统，实现了对油污水罐内进行不间断清洗作业，同时对排放的油泥砂进行快速减量化处理，保证了油、水、泥砂满足排放标准。

Description

一种油田水罐智能密闭在线排砂方法

技术领域

一种油田水罐智能密闭在线排砂方法，属于水罐在线排砂技术领域。

背景技术

采油厂采出液首先进入初分离罐将水和原油进行分离，所得原油和水分别进入油罐和污水罐。由于采出液含有沙子等固体颗粒物，因此会在油罐和污水罐中沉积形成大量油砂。因此采油厂采出液的处理包括罐内排沙方案以及罐外减量化处理方案。

对于罐内排沙方案而言，大部分采用静压式或负压排泥方式，这种排泥方式排泥效率低，同时缓冲池容积由于油泥砂沉积造成容量减小，不仅增加二次循环水量而且增加了排泥时间，增大了处理站处理负荷。同时目前采油厂以人工清砂为主，危险性大、作业成本高，尤其在清砂的过程中，还会产生大量絮状物极大阻碍了清砂的进行。同时油井采出液含有沙子等固体颗粒物，因此会在油罐和污水罐中沉积形成油砂。采出水罐内的排放物通过静压或负压方式排出，其基本原理是水流携砂效应，为解决高含水沉积物的储存回收问题，国内外进行了许多罐内排泥技术研究，但总体收效不大。同时，目前排沙技术装置、由于工艺复杂、体积庞大，操作困难，运行不稳定，因此仅处于试验阶段，使得排砂技术尚未实现工业化。

对于罐外减量化处理方案而言，国内外含油污泥造成的环境污染问题已经引起了社会的广泛重视，有的油田已开始用一些简单的压滤设备处理污泥，以减少污泥对环境的污染程度。国内有的研究设计单位也已开始研究污泥的处理技术和处理设备，但普遍处理效率低，且价格昂贵。因此，随着环境保护要求的不断提高和含油污泥处理技术研究的不断深入，资源化处理已成为含油污泥处理技术发展的主要目标，也是困扰石油化工行业的一大难题。

传统的油泥减量化系统，主要是利用调制-分离系统进行分离。但是，在传统系统中对于分离产物：泥、水中的含油量以及油中的含水量并没有进行实时检测，当油泥预处理系统的排砂量过大时，超过调制-分离系统的最大工作载荷，则油泥砂的分离质量不能得到保证，不能达到国家含油废物排放标准；当油泥预处理系统的排砂量过小时，调制-分离系统不能相应的做出调整，造成资源的浪费。

在现有技术中，对于采油厂采出液的罐内排沙方案以及罐外减量化处理方案，还提出了如下理论方案：

方案1，在文献“左军心.储油罐机械清洗设备及应用分析[D].西安石油大学，2011.”中，设计了一种冲沙装置，该冲砂装置主要由罐内清砂装置、密闭清砂道和罐外砂处理装置等三部分组成。罐中的污水通过冲砂水泵进入冲砂管道，沉砂在高压水的作用下呈悬浮状态。砂水的混合液通过排砂漏斗进入排砂管道，再进入沉砂池。这种处理装置的特点是工作时可以实现密闭清砂，但是排除物含水量大，对于后续的调质-分离系统的压力增大。

方案2，在文献“石熠，陈家庆，刘美丽，等.大型立式储油罐机械清洗技术及其工程应用进展[J]油气储运.2015，34(02)：128-133.”设计了一种旋转冲沙装置，该冲砂管由罐底引至罐心，用滑动密封法兰与罐内活动冲砂管联结。冲砂管上分布着射流喷嘴，在喷嘴冲扫沉砂的同时，水流产生的反作用力通过喷嘴作用到冲砂管上，使冲砂管对圆心上的滑动轴产生旋转扭矩。旋转扭矩作用在圆心的滑动密封法兰上，在冲砂管上安装的多只喷嘴在射流冲扫沉砂的同时，随着法兰的转动向射流的反方向运动。结果使冲砂管上喷嘴喷射出的液柱轨迹随之改变，使得对沉砂的冲击呈扇形分布，沉砂自罐心向罐壁逐步推移。在罐壁死角处设有吸入管道，由此沉砂进入罐外。这种旋转冲砂装置的特点是罐底十字花喷头全覆盖清砂，但是冲砂用水量很高，无法实现智能化控制射流排砂。

方案3，在文献“关金华，金维增，洪鹤.旋转式负压排泥装置的设计和应用[J].化工装备技术，2020，41(06)：33-36.”中设计了一种旋转式负压排泥装置，可增加排泥器吸取面积，同时在沉降罐内产生涡流效应，搅动沉淀泥沙，分离混合液体，提高泥沙泵的工作效率。但是，该旋转式负压排泥装置结构复杂，与本发明专利工作环境不符，易发生堵塞的状况，不适用于油田水罐排砂作业。

方案4，在申请号为201520518350.7，专利名称为“一种含油污水处理用内置式刮吸泥装置”的中国实用新型专利中设计了一种含油污水处理用内置式刮吸泥装置，该方案采用对数刮泥方式，刮吸泥效率高，排泥无死角，具有清理效果好、清理周期短、节省人力和物力资源的优点；整套装置安装在沉降池底部，操作简单、维护方便，可实现远程控制和自动刮排泥。但是该方案对罐体内部结构要求较高，同时需要对罐体进行大规模改造，安装成本高，不适用于油田水罐大规模改造排砂作业。

方案5：在申请号为202120423563.7，专利名称为“含油泥杂物的多级热洗筛分系统”的中国实用新型专利中设计了含油泥杂物的多级热洗筛分系统，通过把减量化系统分为上料、热洗筛分、离心分离和辅助子系统，并设计尺寸筛，对油泥杂物中不同大小的物料按照尺寸筛选分类并分布进行不同的出油处理，可以实现将排料的含油率减小到较低的水平。但是该系统没有考虑排料物中油的含水率问题。

方案6：在申请号为201821466280.5，专利名称为“一种新型含油污泥清洗分离装置”的中国实用新型专利中设计了一种新型含油污泥清洗分离装置，该装置包括预处理、调质、多级清洗、收油、固液分离、换热、加药等系统。该处理装置实现了连续运行，处理后的含油污泥能够实现油、泥、水三项分离，整个过程具备一定的自动化控制能力。但是该方法只是简单对设备的开停进行控制，没有设置相应的检测和控制模组，无线实现特定排放指标减量化系统控制。

方案7：在文献“肖立光，龚朝兵，李海华，花飞.炼厂污水场三泥减量化处理的探讨[J].中外能源，2017，22(09)：85-90.”中提到的工艺路线关键点为化学药剂的筛选+离心技术的应用，研制了撬装化的含油污泥处理装置，固液相的分离采用卧式螺旋离心机，二级离心采用旋流技术，该技术的特点是处理方式灵活，处理效率高，处理工艺相对简单。但是，该工艺流程没有考虑罐内智能密闭排砂，同时没有考虑各分离参数的优化。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种通过协同处理系统，实现了对油污水罐内进行不间断清洗作业，同时对排放的油泥砂进行快速减量化处理，保证了油、水、泥砂满足排放标准的油田水罐智能密闭在线排砂方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该油田水罐智能密闭在线排砂方法，其特征在于：包括协同处理系统，还包括如下步骤：

步骤1001，系统初始化，包括初始化协同处理系统的控制变量以及泥砂的含油量、水的含油量和油的含水量的观测数值、初始化伪Jacobian矩阵；

步骤1002，建立级联系统动态线性化模型；

步骤1003，建立关于跟踪设定减量化参数的滑模面；

步骤1004，将步骤1002中建立的级联系统动态线性化模型代入步骤1003中得到的滑模面，求解得到第i个子系统减量化系统的控制器；

步骤1005，通过步骤1004中得到的减量化系统的控制器求出当前时刻减量化系统的控制量；

步骤1006，调节罐体射流装置参数；

步骤1007，将控制量送入实际减量化系统，对系统进行控制调节，同时对最近历史时刻控制信息进行存储；

步骤1008，对减量化物质进行测量；

步骤1009，判断减量化指标是否满足设定数值，如果减量化指标不满足设定数值，则更新伪Jacobian矩阵，如果减量化指标满足设定数值，结束。

优选的，所述的协同处理系统包括油污水罐，油污水罐的出口连接调制分离器，在调制分离器的顶部设置有搅拌装置和加药装置，在调制分离器内通过溢流堰内间隔成为气浮室和缓冲罐，油污水罐连接至气浮室的上端，搅拌装置竖直伸入气浮室内；

在调制分离器的外部设置有空压机，空压机与气浮室内的气浮装置相连，油砂输出管路一端自缓冲罐侧部进入调制分离器，油砂输出管路的另一端连接螺杆泵的入口，螺杆泵的出口连接三相卧螺离心机的入口，在螺杆泵和三相卧螺离心机之间的管路上安装有电磁流量计；

自三相卧螺离心机引出油砂排出管路、浮油排出管路和污水排出管路；在油污水罐内还设置有旋流喷射装置，旋流喷射装置包括多条导轨以及设置在每条导轨上的至少一个滑块，在每个滑块上设置有一个喷头，每个喷头上可转动的设置有喷嘴。

优选的，所述的导轨包括第一导轨、第二导轨、第三导轨以及第四导轨，四条导轨两两垂直呈“十”字布置，且四条导轨沿顺时针排布，在第一导轨上由内而外依次设置有第五喷头和第一喷头，在第二导轨上由内而外依次设置有第六喷头和第二喷头；在第三导轨上由内而外依次设置有第七喷头和第三喷头；在第四导轨上由内而外依次设置有第八喷头和第四喷头；第一喷头、第二喷头、第三喷头和第四喷头组成外圈喷头单元，第五喷头、第六喷头、第七喷头和第八喷头组成内圈喷头单元。

优选的，第一喷头上喷嘴的喷射方向朝向第二喷头，第二喷头上喷嘴的喷射方向朝向第三喷头，第三喷头上喷嘴的喷射方向朝向第四喷头，第四喷头上喷嘴的喷射方向朝向内圈喷头单元的第五喷头，第五喷头上喷嘴的喷射方向朝向第六喷头，第六喷头上喷嘴的喷射方向朝向第七喷头，第七喷头上喷嘴的喷射方向朝向第八喷头，第八喷头上喷嘴的喷射方向向下正对油污水罐的中心处。

优选的，步骤1001中所述的初始化协同处理系统的控制变量包括：旋流喷射装置中滑块位置、旋流喷射装置流量、气浮装置送气量、加药量装置送药量、三相卧螺离心机转鼓速度。

优选的，步骤1002中所述的级联系统动态线性化模型为：

Δy(k+1)＝Φ(k)ΔU(k)

其中，Δy(k)＝[Δy₁(k),Δy₂(k),Δy₃(k)]^T，矩阵内各元素分别表示三个关键评价指标的变化量，

为伪Jacobian矩阵，且为上下对角矩阵，其维数为3×5，

Φ(k),i＝1,2,3表示矩阵的其中一行，

ΔU(k)＝[Δu₁(k),Δu₂(k),Δu₃(k),Δu₄(k),Δu₅(k)]^T，

同时，将模型拆解成为子系统i的形式，

优选的，步骤1003中所述的滑模面为：

其中，为第i个子系统的期望指标，具体地，/>分别表示是分离出三相物质中泥砂的含油量、水的含油量和油的含水量设定值。

优选的，步骤1004中所述的减量化系统的控制器为：

其中调节系数选取值范围ε＞0,0＜q＜1，稳定性调节参数λ_i>0,c_i>0，sgn为切换函数。

优选的，在执行步骤1008时，利用电导率传感器测量得到三相卧螺离心机(8)分离出的油、水和泥砂的电导率，再将电导率数值给到浓度状态观测器，得到水的油含量、油的含水量和泥砂的含油量并传入至下一阶段控制器的设计当中。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：

在本油田水罐智能密闭在线排砂方法中，通过协同处理系统，实现了对油污水罐内进行不间断清洗作业，同时对排放的油泥砂进行快速减量化处理，保证了油、水、泥砂满足排放标准。

在本油田水罐智能密闭在线排砂方法中，通过设置在油污水罐内的旋流喷射装置，经离心泵增压后的水射流注入射流搅拌系统，对污水罐底部的油泥进行冲击破碎，使其溶解成流动性较好的油泥水混合物。溶解后的油泥和水射流经排沙泵进入分离系统处理。进而达到使用高压水射流对污水罐进行清理排砂的效果。

在本油田水罐智能密闭在线排砂方法中，使用调制-离心分离技术将油、水、泥砂三相进行分离，根据离心机分离原理，只要提高离心机转速，分离效果会随之提高。在离心机出口处设置浓度检测器，实时检测出口处的含油量、含水量参数，通过控制算法，对油泥预处理系统的排砂量、调制系统的加药量、分离系统的转数参数进行实时调整，一方面保证了油、水、泥砂满足排放标准，另一方面可以寻找以最适宜的条件进行处理，避免了资源浪费情况的发生。

在本油田水罐智能密闭在线排砂方法中，一方面通过高压水射流将污油水罐底沉积的底泥冲散，另一方面通过快速污油泥减量化系统将油、泥、水高效快速分离，其中分离得到的洁净水通过高压柱塞泵供给谁射流系统，保证污水罐水位以及水的循环再利用；分离得到的油可以回收油田，提高油田企业效益；分离得到的泥，进行无公害化处理，避免对环境造成污染。

为解决缓存池容积缩小及清理过程中沉积物纤维絮状物的堆积问题，排砂效率低及污油泥减量化处理的问题，开展“采用罐内外结合，以罐外罐外分离技术为核心的清砂工艺技术”。实现罐内沉积物高效动用，罐外快速分离得到符合排放标准的沉积物，达到“罐内清理干净、罐外分离彻底”的目标，实现沉积物排放减量。

附图说明

图1为油田水罐智能密闭在线排砂方法流程图。

图2为采油厂采出液的协同处理系统示意图。

图3为油田水罐智能密闭在线排砂系统罐体射流装置结构示意图。

其中：1、油污水罐2、第一球阀3、调制分离器4、第一闸阀5、螺杆泵6、电磁流量计7、压力变送器8、三相卧螺离心机9、油砂排出管路10、污水排出管路11、浮油排出管路12、第二球阀13、离心泵14、第二闸阀15、第四导轨16、第四喷头17、第八喷头18、第五喷头19、第一喷头20、第一导轨21、第六喷头22、第二喷头23、第二导轨24、第七喷头25、第三喷头26、第三导轨。

具体实施方式

图1～3是本发明的最佳实施例，下面结合附图1～3对本发明做进一步说明。

一种油田水罐智能密闭在线排砂方法，包括如图2所示的协同处理系统，协调处理系统包括油污水罐1，油污水罐1通过管路串联第一球阀2后连接调制分离器3，在调制分离器3内设置有溢流堰，溢流堰将调制分离器3内间隔成为气浮室和缓冲罐，气浮室和缓冲罐的顶部连通，其中油污水罐1连接至气浮室的上端，在气浮室的侧壁上还设置有加热器。

在调制分离器3的顶部设置有搅拌装置和加药装置，搅拌装置竖直伸入气浮室内，在调制分离器3的外部设置有空压机，空压机通过管路进入气浮室内，驱动管路上的气帽和磁帽工作。油砂输出管路一端自缓冲罐侧部进入调制分离器3，穿过缓冲罐、并贯穿溢流堰后进入气浮室的底部，油砂输出管路的另一端通过管路串联第一闸阀4后连接螺杆泵5的入口，螺杆泵5的出口通过管路连接三相卧螺离心机8的入口，在螺杆泵5和三相卧螺离心机8之间的连接管路上安装有电磁流量计6和压力变送器7。

自三相卧螺离心机8引出油砂排出管路9、浮油排出管路11和污水排出管路10，污水排出管路10通过管路串联第二球阀12后连接离心泵13的入口，离心泵13的出口通过管路连接第二闸阀14后输出。

来自油污水罐1的油泥砂经管路送至调制分离器3的气浮室内，经加热组件(加热器)进行初步加热，并通过加药装置添加药剂进行初步分离，并通过搅拌装置将药剂充分搅拌，在气浮室中最终通过气浮装置(气帽和磁帽)进行分层分离，底层沉降的油泥砂经过沉降油砂排放管路排出，上层油泥砂在溢流堰的作用下进入到缓冲室，其中缓冲室上层的浮油经浮油排出管路11可以直接回收利用，下层油泥砂将通过处理后含油泥砂污水管路输送至三相卧螺离心机8进行处理。该调制分离器3可以将油泥砂分离出三项(排出油泥砂、浮油、待处理油泥砂)，从而大大减轻三相卧螺离心机8的分离压力。

在上述油污水罐1内还设置有旋流喷射装置，如图3所示，旋流喷射装置包括处在同一个水平面上的四条导轨：第一导轨20、第二导轨23、第三导轨26以及第四导轨15，四条导轨两两垂直呈“十”字布置，且四条导轨沿顺时针排布，四条导轨的一端固定于一处，另一端分别固定在油污水罐1的内壁上。

在每一条导轨上通过相对应的滑块滑动连接有多个喷头，每条导轨上的滑块以电机(如伺服电机)为动力，通过常规的传动方式(如链条传动)独立在相应的导轨上滑动。在本旋流喷射装置中，每条导轨上设置有两个喷头：在第一导轨20上由内而外依次设置有第五喷头18和第一喷头19，在第二导轨23上由内而外依次设置有第六喷头21和第二喷头22；在第三导轨26上由内而外依次设置有第七喷头24和第三喷头25；在第四导轨15上由内而外依次设置有第八喷头17和第四喷头16。

其中第一喷头19、第二喷头22、第三喷头25和第四喷头16组成外圈喷头单元，第五喷头18、第六喷头21、第七喷头24和第八喷头17组成内圈喷头单元。每个喷头上可转动的设置有喷嘴，当各个喷嘴处于初始状态时，第一喷头19上喷嘴的喷射方向朝向第二喷头22，第二喷头22上喷嘴的喷射方向朝向第三喷头25、第三喷头25上喷嘴的喷射方向朝向第四喷头16，第四喷头16上喷嘴的喷射方向朝向内圈喷头单元的第五喷头18，第五喷头18上喷嘴的喷射方向朝向第六喷头21，第六喷头21上喷嘴的喷射方向朝向第七喷头24，第七喷头24上喷嘴的喷射方向朝向第八喷头17，第八喷头17上喷嘴的喷射方向向下正对油污水罐1的中心处。因此通过四条导轨上的所有喷头在进行喷射时，由外向内形成螺旋状的喷射旋流。

第一喷头19上喷嘴与第二喷头22之间的夹角定义为θ₁，第二喷头22上喷嘴与第三喷头25之间的夹角定义为θ₂，第三喷头25上喷嘴与第四喷头16之间的夹角定义为θ₃，第四喷头16上喷嘴与第五喷头18之间的夹角定义为θ₄，第五喷头18上喷嘴与第六喷头21之间的夹角定义为θ₅，第六喷头21上喷嘴与第七喷头24之间的夹角定义为θ₆，第七喷头24上喷嘴与第八喷头17之间的夹角定义为θ₇，第八喷头17上喷嘴与油污水罐1轴向之间的夹角定义为θ₈。

同时对四条导轨上的所有喷头进行如下定义：将第一喷头19和第二喷头22之间的距离定义为L₁，第二喷头22和第三喷头25之间的距离定义为L₂，第三喷头25和第四喷头16之间的距离定义为L₃，第四喷头16和第五喷头18之间的距离定义为L₄，第五喷头18和第六喷头21之间的距离定义为L₅，第六喷头和第七喷头24之间的距离定义为L₆，第七喷头24和第八喷头17之间的距离定义为L₇，第八喷头17和油污水罐1轴线之间的距离定义为L₈。第一喷头19～第八喷头17与油污水罐1轴线之间的距离分别定义为D₁～D₈，同时将L1中垂线与油污水罐1内壁之间的距离定义为P。

当第一喷头19～第四喷头16与油污水罐1轴线之间的距离箱体，且第五喷头18位于第一喷头19与油污水罐1轴线之间的中点、……、第八喷头17分别位于第四喷头16与油污水罐1轴线之间的中点时，从而进一步得到如下关系：

其中：k₀为管径系数，k₁为流量系数，d为喷嘴直径，Q为喷嘴流量。

综上所述，以L₁为例，根据几何关系可得：

故射流距离和流量满足如下关系：

R——为油污水罐1的半径。

综上所述，协同处理系统的控制电路结构如下：

包括PLC、PLC的输出端分别与第一变频器、第二变频器、……、第五变频器的输入端相连，第一变频器的输出端连接驱动喷嘴滑动的驱动电机，第二变频器的输出端连接向喷嘴送入水流的高压水泵，第三变频器的输出端连接向气浮室送入高压气体的空压机，第四变频器的输出端连接向气浮室送入药剂的计量泵，第五变频器的输出端三相卧螺离心机8。还设置有用于对三相卧螺离心机8排出油泥的电导率进行检测的电导率传感器，电导率传感器的输出端连接PLC的输入端。

如图1所示，一种油田水罐智能密闭在线排砂方法，包括如下步骤：

步骤1001，系统初始化；

包括初始化系统的控制变量：基准滑块位置、排砂装置流量、气浮装置送气量、加药量装置送药量、离心机转鼓速度，初始化泥砂的含油量、水的含油量和油的含水量的观测数值以及初始化伪Jacobian矩阵。

步骤1002，建立级联系统动态线性化模型；

三相卧螺离心机8最后分离出三相物质中泥砂的含油量、水的含油量和油的含水量(y₁、y₂、y₃)是三个关键评价指标，其数值与排砂装置的射流量、空压机的送气量、加药装置的送药量和离心机的转鼓速度相关，同时相对应的控制量分别为滑块控制器的输出脉冲、水泵变频器的输出频率、空压机变频器的输出频率、计量泵变频器的输出频率和离心机变频器的输出频率(u₁、u₂、u₃、u₄、u₅)。

设计其MIMO减量化处理系统的PFDL数据模型可表示为：

Δy(k+1)＝Φ(k)ΔU(k)

其中：

Δy(k)＝[Δy₁(k),Δy₂(k),Δy₃(k)]^T，矩阵内各元素分别表示三个关键评价指标的变化量，

为伪Jacobian矩阵，且为上下对角矩阵，其维数为3×5。同时，Φ(k),i＝1,2,3表示矩阵的其中一行。

ΔU(k)＝[Δu₁(k),Δu₂(k),Δu₃(k),Δu₄(k),Δu₅(k)]^T，

同时，可以将模型拆解成为子系统i的形式，方便控制器的设计

步骤1003，建立关于跟踪设定减量化参数的滑模面。

定义第i个子系统滑模面为：

其中，为第i个子系统的期望指标，具体地，/>分别表示是分离出三相物质中泥砂的含油量、水的含油量和油的含水量设定值。

步骤1004，代入减量化参数的滑动面，设计减量化系统无模型自适应控制器。

将步骤1002中建立的级联系统动态线性化模型代入步骤1003中得到的滑模面，求解得到第i个子系统减量化系统的控制器：

其中调节系数选取值范围ε＞0,0＜q＜1，稳定性调节参数λ_i>0,c_i>0，sgn为切换函数。

从控制器的设计可以看出，参数γ,q、λ_i,c_i∈(0,1]，i＝1,2,3和为设计及给定的常数，控制器按照Δu₁(k),Δu₂(k),Δu₃(k),Δu₄(k),Δu₅(k)的顺序进行求解，则Δu_j(k)项是可知的，/>和s_i(k),i＝1,2,3通过每一步计算更新可以得到。故所设计的控制器可以实现实时更新，且关键为不断更新三个关键评价指标的数值和伪Jacobian矩阵的数值。

步骤1005，求解当前时刻减量化系统的控制量。

通过步骤1004中得到的减量化系统的控制器求出当前时刻减量化系统的控制量(滑块位置、排砂装置压力流量、气浮装置送气量、加药量装置送药量、离心机转鼓速度)。

步骤1006，调节罐体射流装置参数。

通过上述公式计算得到的基准滑块位置、流量相对应的射流距离，换算射流喷嘴的角度，形成罐体射流装置射流布局，能够自适应根据控制量的大小，调整排砂强度，保证排砂量控制在最优数值，相应的形成的射流布局会直接作用于实际减量化系统。

步骤1007，将控制量送入实际减量化系统；

将控制量送入实际减量化系统，对系统进行控制调节，同时对最近历史时刻控制信息进行存储。

步骤1008，对减量化物质进行测量；

将求解得到的控制器参数给到减量化系统，之后通过电导率传感器测量被控后三相卧螺离心机分离出的油、水、泥沙的电导率，再将电导率数值给到浓度状态观测器，可以观测到水的油含量、油的含水量和泥砂的含油量。同时将观测到的数值传入至下一阶段控制器的设计当中。

步骤1009，减量化指标是否满足条件；

判断减量化指标是否满足设定数值，如果减量化指标满足设定数值，则执行步骤1011，如果减量化指标不满足设定数值，执行步骤1010。

步骤1010，更新伪Jacobian矩阵；

减量化指标不满足设定数值时，更新伪Jacobian矩阵Φ(k)：

υ>0是权重因子,κ∈(0,2]是加入的步长因子。

从伪雅可比矩阵的设计可以看出，参数υ和κ∈(0,2]为设计及给定的常数，Δy_i(k)通过每一步计算更新可以得到，为存储的历史时刻数值。故所设计的伪雅可比矩阵可以实现实时更新，并返回步骤1004，用于后续控制的设计。

步骤1011，结束；

结束，并将目前的设计控制参数持续用于目前减量化处理。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (5)

1.一种油田水罐智能密闭在线排砂方法，其特征在于：包括协同处理系统，协同处理系统包括油污水罐(1)，油污水罐(1)的出口连接调制分离器(3)，在调制分离器(3)的顶部设置有搅拌装置和加药装置，在调制分离器(3)内通过溢流堰内间隔成为气浮室和缓冲罐，油污水罐(1)连接至气浮室的上端，搅拌装置竖直伸入气浮室内；

在调制分离器(3)的外部设置有空压机，空压机与气浮室内的气浮装置相连，油砂输出管路一端自缓冲罐侧部进入调制分离器(3)，油砂输出管路的另一端连接螺杆泵(5)的入口，螺杆泵(5)的出口连接三相卧螺离心机(8)的入口，在螺杆泵(5)和三相卧螺离心机(8)之间的管路上安装有电磁流量计(6)；

自三相卧螺离心机(8)引出油砂排出管路(9)、浮油排出管路(11)和污水排出管路(10)；在油污水罐(1)内还设置有旋流喷射装置，旋流喷射装置包括多条导轨以及设置在每条导轨上的至少一个滑块，在每个滑块上设置有一个喷头，每个喷头上可转动的设置有喷嘴；

还包括如下步骤：

步骤1001，系统初始化，包括初始化协同处理系统的控制变量以及泥砂的含油量、水的含油量和油的含水量的观测数值、初始化伪Jacobian矩阵；

步骤1001中所述的初始化协同处理系统的控制变量包括：旋流喷射装置中滑块位置、旋流喷射装置流量、气浮装置送气量、加药量装置送药量、三相卧螺离心机(8)转鼓速度；

步骤1002，建立级联系统动态线性化模型；

步骤1003，建立关于跟踪设定减量化参数的滑模面；

步骤1004，将步骤1002中建立的级联系统动态线性化模型代入步骤1003中得到的滑模面，求解得到第i个子系统减量化系统的控制器；

步骤1005，通过步骤1004中得到的减量化系统的控制器求出当前时刻减量化系统的控制量；

步骤1006，调节罐体射流装置参数；

步骤1007，将控制量送入实际减量化系统，对系统进行控制调节，同时对最近历史时刻控制信息进行存储；

步骤1008，对减量化物质进行测量；

步骤1009，判断减量化指标是否满足设定数值，如果减量化指标不满足设定数值，则更新伪Jacobian矩阵，如果减量化指标满足设定数值，结束；

步骤1002中所述的级联系统动态线性化模型为：

Δy(k+1)＝Φ(k)ΔU(k)

其中，Δy(k)＝[Δy₁(k),Δy₂(k),Δy₃(k)]^T，矩阵内各元素分别表示三个关键评价指标的变化量，

为伪Jacobian矩阵，且为上下对角矩阵，其维数为3×5，

Φ(k),i＝1,2,3表示矩阵的其中一行，

ΔU(k)＝[Δu₁(k),Δu₂(k),Δu₃(k),Δu₄(k),Δu₅(k)]^T，

同时，将模型拆解成为子系统i的形式，

在执行步骤1008时，利用电导率传感器测量得到三相卧螺离心机(8)分离出的油、水和泥砂的电导率，再将电导率数值给到浓度状态观测器，得到水的油含量、油的含水量和泥砂的含油量并传入至下一阶段控制器的设计当中；

泥砂的含油量y₁、水的含油量y₂和油的含水量y₃的数值与排砂装置的射流量、空压机的送气量、加药装置的送药量和离心机的转鼓速度相关，同时相对应的控制量分别为滑块控制器的输出脉冲u₁、水泵变频器的输出频率u₂、空压机变频器的输出频率u₃、计量泵变频器的输出频率u₄和离心机变频器的输出频率u₅。

2.根据权利要求1所述的油田水罐智能密闭在线排砂方法，其特征在于：其特征在于：所述的导轨包括第一导轨(20)、第二导轨(23)、第三导轨(26)以及第四导轨(15)，四条导轨两两垂直呈“十”字布置，且四条导轨沿顺时针排布，在第一导轨(20)上由内而外依次设置有第五喷头(18)和第一喷头(19)，在第二导轨(23)上由内而外依次设置有第六喷头(21)和第二喷头(22)；在第三导轨(26)上由内而外依次设置有第七喷头(24)和第三喷头(25)；在第四导轨(15)上由内而外依次设置有第八喷头(17)和第四喷头(16)；第一喷头(19)、第二喷头(22)、第三喷头(25)和第四喷头(16)组成外圈喷头单元，第五喷头(18)、第六喷头(21)、第七喷头(24)和第八喷头(17)组成内圈喷头单元。

3.根据权利要求2所述的油田水罐智能密闭在线排砂方法，其特征在于：第一喷头(19)上喷嘴的喷射方向朝向第二喷头(22)，第二喷头(22)上喷嘴的喷射方向朝向第三喷头(25)，第三喷头(25)上喷嘴的喷射方向朝向第四喷头(16)，第四喷头(16)上喷嘴的喷射方向朝向内圈喷头单元的第五喷头(18)，第五喷头(18)上喷嘴的喷射方向朝向第六喷头(21)，第六喷头(21)上喷嘴的喷射方向朝向第七喷头(24)，第七喷头(24)上喷嘴的喷射方向朝向第八喷头(17)，第八喷头(17)上喷嘴的喷射方向向下正对油污水罐(1)的中心处。

4.根据权利要求1所述的油田水罐智能密闭在线排砂方法，其特征在于：步骤1003中所述的滑模面为：

其中，为第i个子系统的期望指标，具体地，/>分别表示是分离出三相物质中泥砂的含油量、水的含油量和油的含水量设定值。

5.根据权利要求1所述的油田水罐智能密闭在线排砂方法，其特征在于：步骤1004中所述的减量化系统的控制器为：

其中调节系数选取值范围ε＞0,0＜q＜1，稳定性调节参数λ_i>0,c_i>0，sgn为切换函数。