專利名稱：一種海洋油田油氣管線中多相流流型的在線監(jiān)測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種海洋油田油氣管線中多相流流型的在線監(jiān)測(cè)方法，屬于石油工程多相流技術(shù)領(lǐng)域
背景技術(shù)：
海底混輸管線的嚴(yán)重段塞流預(yù)測(cè)與控制一直是海洋油氣開采中研究與關(guān)注的重點(diǎn)。嚴(yán)重段塞流是海底管道中常見的現(xiàn)象，發(fā)生嚴(yán)重段塞流時(shí)，壓力、速度等流動(dòng)參數(shù)將出現(xiàn)周期性、大幅度的波動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成系統(tǒng)壓力的劇烈波動(dòng)，乃至出現(xiàn)整個(gè)管線與設(shè)備劇烈振動(dòng)；長(zhǎng)液塞會(huì)增加平臺(tái)上油氣處理設(shè)備的控制難度，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)中斷，而且嚴(yán)重段塞流現(xiàn)象會(huì)產(chǎn)生很高的背壓，這會(huì)對(duì)油氣藏造成諸多不利的影響，甚至出現(xiàn)死井事故。決定油氣管道混輸能否成功的關(guān)鍵因素之一就是段塞流沖擊的消除以及平抑控制，確保首末端生產(chǎn)穩(wěn)定。
國(guó)外很多著名過(guò)程控制公司和油田公司分別都致力于海洋油田中節(jié)流法智能控制嚴(yán)重段塞流方法的研究。ABB公司開發(fā)的slugCon 和Optimize11兩款軟件利用集輸管道入口和出口的壓力信號(hào)抑制段塞流的形成。BP石油公司開發(fā)的系統(tǒng)采用集輸管線上多處壓力信號(hào)的分析給節(jié)流閥提供參考信號(hào)從而控制段塞流的發(fā)展。SPT GROUP的著名軟件OLGAOnline采用的是瞬態(tài)模型模擬的辦法，根據(jù)入口和出口壓力信號(hào)提前預(yù)測(cè)管道內(nèi)的流動(dòng)變化，給節(jié)流閥提供指示。總的來(lái)說(shuō)，國(guó)外的技術(shù)著眼點(diǎn)在于抑制嚴(yán)重段塞流，而沒有對(duì)管道內(nèi)流型的在線監(jiān)測(cè)。在國(guó)內(nèi)，由于國(guó)外的技術(shù)壟斷，對(duì)嚴(yán)重段塞流控制技術(shù)研究較少也無(wú)較多的科技成果。西安交通大學(xué)動(dòng)力工程多相流國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了一套自動(dòng)節(jié)流法能夠消除嚴(yán)重段塞流，但是相比于國(guó)外技術(shù)而言，此方法不能在消除嚴(yán)重段塞流的同時(shí)提高油田的產(chǎn)量，關(guān)鍵原因在于對(duì)集輸管線內(nèi)的流型的變化沒有監(jiān)測(cè)，使得節(jié)流后管線內(nèi)流型發(fā)生變化時(shí)還繼續(xù)節(jié)流導(dǎo)致產(chǎn)量不能升高。目前的流型識(shí)別方法還局限在水平或傾斜管道中，根據(jù)管道上壓力和壓差信號(hào)等能夠識(shí)別其中的泡狀流，分層流，間歇流和環(huán)狀流，并且可以得到較高的識(shí)別率。但是，由于石油集輸管線中管道結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，流型也遠(yuǎn)不同于普通水平或傾斜管道中的流型，因此水平或傾斜管道中多相流流型的智能識(shí)別方法無(wú)法推廣到集輸管線中去。目前的判別嚴(yán)重段塞流方法存在幾個(gè)突出問(wèn)題(一)拾取立管底部壓力信號(hào)作為嚴(yán)重段塞流特征區(qū)分的標(biāo)準(zhǔn)，而在實(shí)際操作中，立管底部壓力信號(hào)非常難以獲得；(二)對(duì)提取信號(hào)的特征分析方法比較單一，采取直接觀測(cè)壓力信號(hào)波動(dòng)來(lái)判斷，人為主觀性較大，不能充分利用測(cè)量獲得的信號(hào)的信息。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種海洋油田油氣管線中多相流流型在線監(jiān)測(cè)方法。本發(fā)明提供的海洋油田油氣管線中多相流流型在線監(jiān)測(cè)方法，包括如下步驟將壓力傳感器設(shè)置在所述油氣管線的管道入口端；用所述壓力傳感器采集所述管道入口端的壓力信號(hào)；對(duì)所述壓力信號(hào)進(jìn)行濾波處理得到濾波后的壓力信號(hào)；對(duì)所述濾波后的壓力信號(hào)依次進(jìn)行無(wú)量綱化處理和特征分析及特征量提取后即可得到所述多相流的流型。上述的監(jiān)測(cè)方法中，所述壓力傳感器可為壓阻式壓力傳感器。上述的監(jiān)測(cè)方法中，所述壓力傳感器的壓力測(cè)點(diǎn)位于所述所述油氣管線的管道入口端的下側(cè)；所述壓力信號(hào)為所述管道入口端的靜壓力信號(hào)。上述的監(jiān)測(cè)方法中，所述無(wú)量綱化處理可由所述濾波后的壓力信號(hào)除以所述管線內(nèi)的最高壓力得到。上述的監(jiān)測(cè)方法中，所述濾波處理的母小波可為db2小波或dbio小波；所述濾波處理的濾波級(jí)數(shù)可為5-10，如10 ;所述母小波和濾波級(jí)數(shù)的選擇以提高信號(hào)的信噪比為主
要參考準(zhǔn)則。上述的監(jiān)測(cè)方法中，所述無(wú)量綱化處理為所述濾波后的壓力信號(hào)除以所述油氣管 線內(nèi)的最大壓力。上述的監(jiān)測(cè)方法中，所述特征分析及特征量提取的特征量可為偏度系數(shù)；所述特征分析及特征量提取的特征量可為偏度系數(shù)和方差值；所述特征分析及特征量提取的特征量可為偏度系數(shù)、方差值和壓力平均值；如果壓力信號(hào)的上述特征量可以滿足某種流型的識(shí)別規(guī)則，則可立即判斷此流動(dòng)下的流型，不能判斷或者較難判斷的流動(dòng)采用模式識(shí)別的方法，尋找與其距離最近的樣本所對(duì)應(yīng)的流型來(lái)賦予該流動(dòng)的流型類別。上述的監(jiān)測(cè)方法中，所述偏度系數(shù)小于O. 00035，則所述多相流的流型主要為第一類嚴(yán)重段塞流，很好部分的第二類嚴(yán)重段塞流。上述的監(jiān)測(cè)方法中，當(dāng)所述偏度系數(shù)大于O. 00035且所述方差值大于O. 0126時(shí)，則所述多相流的流型屬于第二類嚴(yán)重段塞流；當(dāng)所述偏度系數(shù)大于O. 00035且所述方差值小于O. 002且小于-O. 12939X時(shí)均壓力+0. 1404時(shí)，則所述多相流的流型屬于穩(wěn)態(tài)流型；當(dāng)所述偏度系數(shù)大于O. 00035且所述方差值小于O. 004且小于-O. 03203X時(shí)均壓力+0. 03682時(shí)，則所述多相流的流型屬于過(guò)渡流型。本發(fā)明提供的監(jiān)測(cè)方法有效地提高了海洋管線中流型在線識(shí)別的實(shí)時(shí)性，為國(guó)產(chǎn)自動(dòng)節(jié)流法提供了流型監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)，為穩(wěn)定油田生產(chǎn)及提高產(chǎn)量起到了一定的指導(dǎo)意義。


圖I為本發(fā)明的油氣管線和壓力傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中各標(biāo)記如下1管道、2壓阻式壓力傳感器。
具體實(shí)施例方式下述實(shí)施例中所使用的實(shí)驗(yàn)方法如無(wú)特殊說(shuō)明，均為常規(guī)方法。下述實(shí)施例中所用的材料、試劑等，如無(wú)特殊說(shuō)明，均可從商業(yè)途徑得到。如圖I所示，在實(shí)驗(yàn)管道I的入口端設(shè)置了一個(gè)壓阻式壓力傳感器2 ;其壓力測(cè)點(diǎn)位于管道I的下側(cè)。壓阻式壓力傳感器2測(cè)量的是管道I壁面的靜壓力，量程為0-5bar。其量程可以根據(jù)不同的實(shí)際情況選擇不同的范圍。(I)對(duì)壓力信號(hào)進(jìn)行濾波用dblO小波對(duì)測(cè)量得到的管道I的入口端的壓力信號(hào)進(jìn)行10級(jí)濾波，母小波和濾波級(jí)數(shù)的選擇以提高信號(hào)的信噪比為主要參考準(zhǔn)則。
(2)對(duì)經(jīng)過(guò)(I)處理的壓力信號(hào)進(jìn)行無(wú)量綱處理用濾波后的信號(hào)除以管線內(nèi)所能產(chǎn)生的最高壓力，最高壓力根據(jù)不同的管線結(jié)構(gòu)而有不同的選擇。(3)對(duì)經(jīng)過(guò)(I)和(2)處理后的壓力信號(hào)進(jìn)行特征分析和特征量提取采用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，對(duì)壓力信號(hào)提取了壓力平均值，偏度系數(shù)(三階中心矩值)和方差值等特征量。(4)進(jìn)行流行識(shí)別根據(jù)國(guó)內(nèi)外研究成果，將海洋集輸管線中的多相流動(dòng)流型歸納總結(jié)，然后分為四類，分別是第一類嚴(yán)重段塞流、第二類嚴(yán)重段塞流、過(guò)渡流型和穩(wěn)態(tài)流型。第一類嚴(yán)重段塞流可以描述為，在較低的氣液流量下，液體會(huì)在立管底部發(fā)生積聚并且阻塞立管底部氣體流過(guò)，因此造成系統(tǒng)內(nèi)氣體壓縮及液塞生長(zhǎng)，立管中可以長(zhǎng)時(shí)間充滿液體，且氣體經(jīng)壓縮進(jìn)入立管后噴發(fā)非常劇烈。當(dāng)增大氣體流量或液體流量變化時(shí)，立管中仍然會(huì)出現(xiàn)存在充滿液體的情況，且氣體噴發(fā)也較劇烈，但立管充滿液體的持續(xù)時(shí)間較短，這時(shí)形成的嚴(yán)重段塞流可稱為第二類嚴(yán)重段塞流。過(guò)渡流型是由于進(jìn)入立管前傾斜管內(nèi)的液塞長(zhǎng)度很短，液塞生長(zhǎng)達(dá)不到立管的頂部，傾斜管內(nèi)的氣體就有可能到達(dá)立管底部造成氣泡進(jìn)入立管，此時(shí)流出管道的液塞長(zhǎng)度就小于立管高度，但遠(yuǎn)大于常規(guī)水動(dòng)力段塞流中的 液塞長(zhǎng)度。穩(wěn)態(tài)流型包括立管中出現(xiàn)的短段塞流和泡狀流及氣體流量很大時(shí)的塊狀流等，短段塞流和泡狀流表現(xiàn)為壓力波動(dòng)較小，但是均值較高，塊狀流表現(xiàn)為壓力波動(dòng)較小，但是均值較低。根據(jù)流型規(guī)則先對(duì)(3)中提取的特征量，逐層判斷，直至最后得出明確的流動(dòng)型態(tài)和一些較難判別的流型，下面進(jìn)行初步判斷如果(如果壓力波動(dòng)的三階中心矩值小于O. 00035)，那么I)該流動(dòng)屬于第一類嚴(yán)重段塞流和很少部分第二類嚴(yán)重段塞流，否則2)該流動(dòng)屬于第二類嚴(yán)重段塞流或過(guò)渡流型或穩(wěn)態(tài)流型。對(duì)于第I)種，采用模式識(shí)別方法，尋找與其距離最近的樣本所對(duì)應(yīng)的流型來(lái)賦予該流動(dòng)的流型類別。對(duì)第2)種，根據(jù)方差特征再次進(jìn)行分類如果(如果壓力波動(dòng)的方差值大于O. 0126)，那么I)該流動(dòng)屬于第二類嚴(yán)重段塞流，否則；2)該流動(dòng)屬于過(guò)渡流型或穩(wěn)態(tài)流型。對(duì)第2)種，采用新的流型判別規(guī)則來(lái)判斷，即利用壓力方差值特征參數(shù)在時(shí)均壓力域上展開特性如果(壓力方差值小于O. 002且小于-O. 12939X時(shí)均壓力+0. 1404)時(shí)，那么I)該流動(dòng)為穩(wěn)態(tài)流型；2)該流動(dòng)為過(guò)渡流型或其他未定流型；對(duì)于2)為了確定過(guò)渡流型，同樣使用壓力方差值特征參數(shù)在時(shí)均壓力域上展開特性的方法如果(壓力方差值小于O. 004且小于-O. 03203X時(shí)均壓力+0. 03682)時(shí)，I)該流動(dòng)為過(guò)渡流型；2)該流型處于幾種流型邊界，較難判斷。對(duì)于較難判斷的流型，采用模式識(shí)別的方法進(jìn)行分類，尋找與其距離最近的樣本所對(duì)應(yīng)的流型來(lái)賦予該流動(dòng)的流型類別。表I是本方法在實(shí)際的應(yīng)用結(jié)果。水平-下傾(-2度)-立管集輸管路中多相流動(dòng)，流動(dòng)參數(shù)范圍氣相折算速度0. 07-6m/s，液相折算速度0. 1-1. 3m/s，含油率0^,35%,50%，75%，90%，100 %。識(shí)別結(jié)果第一類嚴(yán)重段塞流識(shí)別準(zhǔn)確度83. 1%，第二類嚴(yán)重段塞流識(shí)別準(zhǔn)確度86. 5%，過(guò)渡流型識(shí)別準(zhǔn)確度為93. 5%，穩(wěn)態(tài)流型識(shí)別準(zhǔn)確度為97. 1%。表I本發(fā)明的監(jiān)測(cè)方法的識(shí)別結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種海洋油田油氣管線中多相流流型在線監(jiān)測(cè)方法，包括如下步驟將壓力傳感器設(shè)置在所述油氣管線的管道入口端；用所述壓力傳感器采集所述管道入口端的壓力信號(hào)；對(duì)所述壓力信號(hào)進(jìn)行濾波處理得到濾波后的壓力信號(hào)；對(duì)所述濾波后的壓力信號(hào)依次進(jìn)行無(wú)量綱化處理和特征分析及特征量提取后即可得到所述多相流的流型。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于所述壓力傳感器為壓阻式壓力傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于所述壓力傳感器的壓力測(cè)點(diǎn)位于所述油氣管線的管道入口端的下側(cè)；所述壓力信號(hào)為所述管道入口端的靜壓力信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一所述的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于所述濾波處理的母小波為db2小波或dblO小波；所述濾波處理的濾波級(jí)數(shù)為5-10。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一所述的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于所述無(wú)量綱化處理為所述濾波后的壓力信號(hào)除以所述油氣管線內(nèi)的最大壓力。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一所述的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于所述特征分析及特征量提取的特征量為偏度系數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一所述的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于所述特征分析及特征量提取的特征量為偏度系數(shù)和方差值。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一所述的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于所述特征分析及特征量提取的特征量為偏度系數(shù)、方差值和壓力平均值。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于所述偏度系數(shù)小于O.00035，則所述多相流的流型主要為第一類嚴(yán)重段塞流。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于當(dāng)所述偏度系數(shù)大于O.00035且所述方差值大于O. 0126時(shí)，則所述多相流的流型屬于第二類嚴(yán)重段塞流；當(dāng)所述偏度系數(shù)大于O. 00035且所述方差值小于O. 002且小于-O. 12939X時(shí)均壓力+0. 1404時(shí)，則所述多相流的流型屬于穩(wěn)態(tài)流型；當(dāng)所述偏度系數(shù)大于O. 00035且所述方差值小于O. 004且小于-O. 03203X時(shí)均壓力+0. 03682時(shí)，則所述多相流的流型屬于過(guò)渡流型。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種海洋油田油氣管線中多相流流型在線監(jiān)測(cè)方法，包括如下步驟將壓力傳感器設(shè)置在所述油氣管線的管道入口端；用所述壓力傳感器采集所述管道入口端的壓力信號(hào)；對(duì)所述壓力信號(hào)進(jìn)行濾波處理得到濾波后的壓力信號(hào)；對(duì)所述濾波后的壓力信號(hào)依次進(jìn)行無(wú)量綱化處理、特征分析和特征量提取后即可得到所述多相流的流型。本發(fā)明的方法有效地提高了海洋管線中流型在線識(shí)別的實(shí)時(shí)性，為國(guó)產(chǎn)自動(dòng)節(jié)流法提供了流型監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)，為穩(wěn)定油田生產(chǎn)及提高產(chǎn)量起到了一定的指導(dǎo)意義。
文檔編號(hào)F17D3/01GK102878431SQ20111019499
公開日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2011年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月12日
發(fā)明者郭烈錦, 李清平, 葉晶, 李乃良, 王躍社, 周宏亮, 張西民, 程兵, 姚海元, 王濤 申請(qǐng)人:中國(guó)海洋石油總公司, 中海石油研究中心, 西安交通大學(xué)