一种多相混输管道水合物抑制剂加注优化决策方法和系统与流程

1.本发明涉及油气田开发技术领域，具体涉及一种多相混输管道水合物抑制剂加注优化决策方法和系统。


背景技术：

2.水合物是深水海底管道安全运行的最主要风险因素之一。在深水高压低温输送条件下，管道内的天然气与水结合形成类冰状结晶物质。管道内出现水合物后，如果没有及时消除，将会造成管道堵塞，严重时可能会迫使整个气田关停。
3.海底管道水合物防控方法有加热法、降压法和化学药剂控制法。其中，化学药剂控制法是指通过注入天然气水合物抑制剂来抑制管道内形成水合物，这是目前生产现场最常采用的方法之一。常见的水合物抑制剂包括热力学抑制剂(甲醇、乙二醇等)、动力学抑制剂、阻聚剂。目前，管道内水合物抑制剂加注系统通常只能加注1种或2种水合物抑制剂，并且抑制剂的加注量无法随着管道输量和组分的变化作实时调整，导致抑制剂使用量过高，经济性较差。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明的目的是提供一种多相混输管道内水合物抑制剂加注优化决策方法和系统，实现管道内天然气水合物生成风险的实时预测，实时推荐最佳的水合物抑制剂类别，实时优化抑制剂注入量。在保障管道安全运行的前提下，降低水合物抑制剂的用量，节约药剂使用成本。
5.为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
6.第一方面，本发明提供一种多相混输管道水合物抑制剂加注优化决策系统，包括：
7.数据采集单元、中央数据处理器、抑制剂优化计算处理器、水合物抑制剂加注控制单元和水合物抑制剂加注单元；
8.所述数据采集单元用于对多相混输管道的压力温度和流体数据以及所述水合物抑制剂加注单元的抑制剂可用容量数据进行采集，并发送到所述中央数据处理器；
9.所述中央数据处理器用于对采集数据进行处理，得到管道沿线过冷度分布、当前输量下流体从管道起点运移到管道终点所消耗的时间、水合物相态转化特性、油气水各相输量；
10.所述抑制剂优化计算处理器用于根据中央数据处理器的处理结果计算得到抑制剂加注类型和抑制剂最佳使用量；
11.所述水合物抑制剂加注控制单元用于根据抑制剂加注类型和抑制剂最佳使用量对所述水合物抑制剂加注单元进行控制，实现多相混输管道水合物抑制剂加注优化。
12.进一步，所述水合物抑制剂加注单元设置在多相混输管道起点，至少包括四个储罐，分别用于存储甲醇、乙二醇、动力学抑制剂和阻聚剂；各所述储罐与所述多相混输管道起点之间分别设置有抑制剂注入管道，且各抑制剂注入管道上均设置有一阀门，各所述阀
门由所述水合物抑制剂加注控制模块控制。
13.进一步，所述数据采集单元包括至少两个压力传感器、至少两个温度传感器、多相流量计、流体组分在线检测装置、液位计以及数据采集卡；
14.两所述压力传感器分别设置于多相混输管道的起点和终点，用于对多相混输管道起点和终点处的压力进行监测；
15.两所述温度传感器分别设置于多相混输管道的起点和终点，用于对多相混输管道起点和终点处的温度进行监测；
16.所述多相流量计设置在多相混输管道起点，用于监测多相混输管道起点处油、气、水各相流量；
17.所述流体组分检测装置设置在与多相混输管道起点连通的旁接管路上，用于对多相混输管道内的流体组分进行检测；
18.各所述液位计设置在水合物抑制剂加注单元中的各储罐内，用于对各储罐的可用库存量进行检测；
19.所述数据采集卡用于对各压力传感器、温度传感器、多相流量计和流体组分在线检测装置的测量数据进行采集和汇总，并统一上传至所述中央数据处理器。
20.进一步，所述中央数据处理器包括基础物性计算模块、水合物相态转化特性计算模块、管道工艺计算模块、输送时间计算模块和管道水合物生成风险计算模块；
21.所述基础物性计算模块根据流体组分检测装置检测的流体组分数据，计算管输流体密度、粘度、比热容、导热系数物性参数分布情况；
22.所述水合物相态转化特性计算模块根据流体组分检测装置检测的流体组分数据，计算水合物相态转化特性，包括管输流体在不同压力条件时，不同水合物抑制剂作用下的水合物生成临界温度和水合物抑制剂的抑制成核、聚并时间；
23.所述管道工艺计算模块利用采集到管道起点温度、压力和多相流量计测量的油气水各相流量，结合基础物性计算模块提供的管输流体物性参数分布情况，计算油气水各相输量，包括管道沿线温度、压力、流速参数分布情况；
24.所述输送时间计算模块利用管道工艺计算模块提供的管道沿线流速分布情况，计算当前管道输量下，流体从管道起点运移到管道终点所消耗的时间；
25.所述管道水合物生成风险计算模块利用管道工艺计算模块提供的管道沿线温度、压力分布情况和水合物相态转化特性计算模块提供的不同压力下水合物生成临界温度，计算管道沿线过冷度分布。
26.进一步，所述管道工艺计算模块中，当计算得到的管道终点温度、压力与数据采集系统采集到的管道终点温度、压力的相对偏差超过预设值，则通过调整水力修正系数和热力修正系数，使得管道终点温度、压力的理论计算值与实测值的相对偏差不超过预设值。
27.第二方面，本发明提供一种多相混输管道水合物抑制剂加注优化决策方法，包括以下步骤：
28.获取多相混输管道的基本参数，包括压力、温度、流体数据以及水合物抑制剂加注单元的抑制剂可用容量数据；
29.基于获取的多相混输管道的基本参数，计算得到管道沿线过冷度分布、当前输量下流体从管道起点运移到管道终点所消耗的时间、水合物相态转化特性、油气水各相输量；
30.基于管道沿线过冷度分布、当前输量下流体从管道起点运移到管道终点所消耗的时间、水合物相态转化特性、油气水各相输量，计算得到抑制剂加注类别和抑制剂最佳使用量；
31.基于得到的抑制剂加注类别和抑制剂最佳使用量，对注入多相混输管道的抑制剂进行调整，实现多相混输管道水合物抑制剂加注优化。
32.进一步，所述基于管道沿线过冷度分布、当前输量下流体从管道起点运移到管道终点所消耗的时间、水合物相态转化特性、油气水各相输量，计算得到抑制剂加注类别和抑制剂最佳使用量，包括：
33.3.1)基于管道沿线过冷度分布，判断管道起点是否需要注入水合物抑制剂，若需要则进入步骤3.2)，否则持续判断；
34.3.2)基于水合物相态转换特性、油气水各相输量和当前输量下流体从管道起点运移到管道终点所消耗的时间和抑制剂的可用库存量，筛选出能够阻止水合物生成的可用抑制剂，并分别计算每种可用抑制剂的最佳使用量；
35.3.3)对于筛选出的可用抑制剂，根据计算得到的最佳使用量，分别计算使用成本；
36.3.4)选择使用成本最低的可用抑制剂作为最终推荐注入的水合物抑制剂，并将推荐注入的抑制剂类别和最佳使用量传输至水合物抑制剂加注控制模块。
37.进一步，所述基于水合物相态转换特性，筛选出能够阻止水合物生成的可用抑制剂，并分别计算每种水合物抑制剂的最佳使用量的方法，包括：
38.根据不同压力下的水合物生成临界温度，结合管道内水相的输送流量分别计算水合物热力学抑制剂的最佳使用量；
39.当判定动力学抑制剂的性能满足要求时，计算动力学抑制剂的最佳使用量；
40.当判定阻聚剂的性能满足要求时，计算阻聚剂的最佳使用量；
41.根据结合抑制剂的可用库存量，对满足要求的抑制剂进行筛选，得到可用抑制剂及其最佳使用量。
42.第三方面，本发明提供一种处理设备，所述处理设备至少包括处理器和存储器，所述存储器上存储有计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序时执行以实现所述多相混输管道水合物抑制剂加注优化决策方法的步骤。
43.第四方面，本发明提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令可被处理器执行以实现所述多相混输管道水合物抑制剂加注优化决策方法的步骤。
44.本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：本发明通过在多相混输管道上设置数据采集装置，对管道压力、温度、流体组分流量进行检测，能够实时预测沿线水合物生成风险，并结合抑制剂实时库存量、管道输量和管输流体组分等信息，实时优化确定最佳的抑制剂注入类别和注入量，为海底多相混输管道的智能化、经济化运行提供解决方案。因此，本发明可以广泛应用于油气田开发技术领域。
附图说明
45.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：
46.图1是本发明实施例提供的一种多相混输管道水合物抑制剂加注优化决策系统结构图。
具体实施方式
47.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
48.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
49.本发明提供的一些实施例中，提供一种多相混输管道水合物抑制剂加注优化决策系统，通过对多相混输管道的基本参数进行采集和计算，得到管道沿线过冷度分布、当前输量下流体从管道起点运移到管道终点所消耗的时间、水合物相态转化特性、油气水各相输量、管道水合物生成风险等结果，并根据处理结果对抑制剂注入类别和最佳使用量进行计算，以实现多相混输管道水合物抑制剂加注优化，减少多相混输管道水合物生成。
50.与之相对应地，本发明的另一些实施例中提供一种多相混输管道水合物抑制剂加注优化决策方法、设备和介质。
51.实施例1
52.如图1所示，本实施例提供一种多相混输管道水合物抑制剂加注优化决策系统，其包括：数据采集单元、中央数据处理器、抑制剂优化计算处理器、水合物抑制剂加注控制单元和水合物抑制剂加注单元。其中，数据采集单元用于对多相混输管道的压力温度和流体数据以及水合物抑制剂加注单元的抑制剂可用容量数据进行采集，并发送到中央数据处理器；中央数据处理器用于对采集数据进行处理，得到管道沿线过冷度分布、当前输量下流体从管道起点运移到管道终点所消耗的时间、水合物相态转化特性、油气水各相输量、管道水合物生成风险等；抑制剂优化计算处理器用于根据中央数据处理器的处理结果计算得到抑制剂加注类型和抑制剂最佳使用量；水合物抑制剂加注控制单元用于根据抑制剂加注类型和抑制剂最佳使用量对水合物抑制剂加注单元进行控制，实现多相混输管道水合物抑制剂加注优化，减少多相混输管道水合物生成。
53.优选地，水合物抑制剂加注单元设置在多相混输管道起点，其至少包括四个储罐，分别用于存储甲醇、乙二醇、动力学抑制剂和阻聚剂；各储罐与多相混输管道起点之间分别设置有抑制剂注入管道，且各抑制剂注入管道上均设置有一阀门，通过对阀门的开关状态进行切换，可以选择需要注入的抑制剂，通过对阀门的开度进行调整，可以调整抑制剂的注入流量。
54.优选地，数据采集单元包括至少两个压力传感器、至少两个温度传感器、多相流量计、流体组分在线检测装置、液位计以及数据采集卡。其中，两压力传感器分别设置于多相混输管道的起点和终点，用于对多相混输管道起点和终点处的压力进行监测；两温度传感
器分别设置于多相混输管道的起点和终点，用于对多相混输管道起点和终点处的温度进行监测；多相流量计设置在多相混输管道起点，用于监测多相混输管道起点处油、气、水各相流量；流体组分检测装置设置在与多相混输管道起点连通的旁接管路上，用于对多相混输管道内的流体组分进行检测；各液位计设置在水合物抑制剂加注单元中的各储罐内，用于对各储罐的可用库存量进行检测；数据采集卡用于对各压力传感器、温度传感器、多相流量计和流体组分在线检测装置的测量数据进行采集和汇总，并统一上传至中央数据处理器。
55.优选地，中央数据处理器包括基础物性计算模块、水合物相态转化特性计算模块、管道工艺计算模块、输送时间计算模块和管道水合物生成风险计算模块。其中，
56.基础物性计算模块根据流体组分检测装置检测的流体组分数据，利用pr方程或rks方程等计算管输流体在不同温度、压力条件下的密度、粘度、比热容等物性参数分布情况；
57.水合物相态转化特性计算模块根据流体组分检测装置检测的流体组分数据，利用chen-guo模型等计算管输流体在不同压力条件时，不同水合物抑制剂作用下的水合物生成临界温度和水合物抑制剂的抑制成核、聚并时间；
58.管道工艺计算模块利用采集到管道起点温度、压力和多相流量计测量的油气水各相流量，结合基础物性计算模块提供的流体物性参数分布情况，利用beggs&brill模型、baker模型等计算管道沿线温度、压力、流速等参数分布情况；
59.输送时间计算模块利用管道工艺计算模块提供的管道沿线流速分布情况，计算当前管道输量下，流体从管道起点运移到管道终点所消耗的时间；
60.管道水合物生成风险计算模块利用管道工艺计算模块提供的管道沿线温度、压力分布情况和水合物相态转化特性计算模块提供的不同压力下水合物生成临界温度，计算管道沿线过冷度分布。
61.优选地，管道工艺计算模块中，如果发现计算得到的管道终点温度、压力与数据采集系统采集到的管道终点温度、压力的相对偏差超过5％，则需要引入水力修正系数和热力修正系数。通过调整水力修正系数和热力修正系数，使得管道终点温度、压力的理论计算值与实测值的相对偏差不超过5％。
62.优选地，水合物抑制剂加注控制单元接收抑制剂优化计算处理器提供的抑制剂加注类型和最佳使用量后，结合管道内水相的输送流量和阀门特性，计算该抑制剂注入管线阀门的开度。对于未被推荐注入的药剂阀门均应切换为关闭状态。根据水合物抑制剂加注控制模块提供的阀门开关状态及开度控制信息，调整水合物抑制剂加注单元所连接管线上的阀门开关状态及开度。
63.实施例2
64.上述实施例1提供了一种多相混输管道水合物抑制剂加注优化决策系统，本实施例提供一种多相混输管道水合物抑制剂加注优化决策方法，包括以下步骤：
65.1)获取多相混输管道的基本参数，包括压力、温度、流体数据以及水合物抑制剂加注单元的抑制剂可用容量数据；
66.2)基于获取的多相混输管道的基本参数，计算得到管道沿线过冷度分布、当前输量下流体从管道起点运移到管道终点所消耗的时间、水合物相态转化特性、油气水各相输量、管道水合物生成风险等；
67.3)基于管道沿线过冷度分布、当前输量下流体从管道起点运移到管道终点所消耗的时间、水合物相态转化特性、油气水各相输量、管道水合物生成风险等，计算得到抑制剂加注类别和抑制剂最佳使用量；
68.4)基于得到的抑制剂加注类别和抑制剂最佳使用量，对注入多相混输管道的抑制剂进行调整，实现多相混输管道水合物抑制剂加注优化。
69.优选地，上述步骤3)中，抑制剂优化计算处理器从中央数据处理器获取管道沿线过冷度分布、当前管道输量下流体从管道起点运移到管道终点所消耗的时间、水合物相态转化特性、油气水各相输量，计算抑制剂加注类别优选、抑制剂最佳使用量。
70.具体地，包括以下步骤：
71.3.1)基于管道沿线过冷度分布，判断管道起点是否需要注入水合物抑制剂，若需要则进入步骤3.2)，否则持续判断；
72.3.2)基于水合物相态转换特性、油气水各相输量和当前输量下流体从管道起点运移到管道终点所消耗的时间和抑制剂的可用库存量，筛选出能够阻止水合物生成的可用抑制剂，并分别计算每种可用抑制剂的最佳使用量；
73.3.3)对于筛选出的可用抑制剂，根据计算得到的最佳使用量，分别计算使用成本；
74.3.4)选择使用成本最低的可用抑制剂作为最终推荐注入的水合物抑制剂，并将推荐注入的抑制剂类别和最佳使用量传输至水合物抑制剂加注控制模块。
75.优选地，上述步骤3.1)中，基于管道沿线过冷度分布，判断管道起点是否需要注入水合物抑制剂时：若中央数据处理器提供的管道沿线过冷度最高值《-3℃，则说明管道无水合物生成风险，此时无需注入水合物抑制剂；若管道沿线过冷度最高值≥-3℃，则说明管道内有水合物生成风险，此时需要注入水合物抑制剂。
76.优选地，上述步骤3.2)中，基于水合物相态转换特性、油气水各相输量和当前输量下流体从管道起点运移到管道终点所消耗的时间和抑制剂的可用库存量，筛选出能够阻止水合物生成的可用抑制剂，并分别计算每种水合物抑制剂的最佳使用量的方法，包括：
77.3.2.1)根据不同压力下的水合物生成临界温度，结合管道内水相的输送流量分别计算水合物热力学抑制剂甲醇、乙二醇的最佳使用量；
78.3.2.2)当判定动力学抑制剂的性能满足要求时，计算动力学抑制剂的最佳使用量；
79.3.2.3)当判定阻聚剂的性能满足要求时，计算阻聚剂的最佳使用量；
80.3.2.4)结合抑制剂的可用库存量，对满足要求的抑制剂进行筛选，得到可用抑制剂及其最佳使用量。
81.优选地，上述步骤3.2.2)中，判定动力学抑制剂的性能满足要求，是指：当动力学抑制剂的抑制成核时间大于当前管道输量下流体从管道起点运移到管道终点所消耗的时间，则动力学抑制剂的性能满足要求；否则，不建议注入动力学抑制剂。
82.优选地，上述步骤3.2.3)中，判定阻聚剂的性能满足要求，是指：当阻聚剂的抑制聚并时间大于流体从管道起点运移到管道终点所消耗的时间，则阻聚剂的性能满足要求；否则，不建议注入阻聚剂。
83.优选地，上述步骤3.2.4)中，根据结合抑制剂的可用库存量，对满足要求的抑制剂进行筛选时：若某抑制剂的最佳使用量大于其可用库存量，则该抑制剂不建议注入。
84.实施例3
85.本实施例提供一种与本实施例2所提供的多相混输管道水合物抑制剂加注优化决策方法对应的处理设备，处理设备可以是用于客户端的处理设备，例如手机、笔记本电脑、平板电脑、台式机电脑等，以执行实施例2的方法。
86.所述处理设备包括处理器、存储器、通信接口和总线，处理器、存储器和通信接口通过总线连接，以完成相互间的通信。存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序时执行本实施例2所提供的多相混输管道水合物抑制剂加注优化决策方法。
87.在一些实施例中，存储器可以是高速随机存取存储器(ram：random access memory)，也可能还包括非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。
88.在另一些实施例中，处理器可以为中央处理器(cpu)、数字信号处理器(dsp)等各种类型通用处理器，在此不做限定。
89.实施例4
90.本实施例1的多相混输管道水合物抑制剂加注优化决策方法可被具体实现为一种计算机程序产品，计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于执行本实施例2所述的多相混输管道水合物抑制剂加注优化决策方法的计算机可读程序指令。
91.计算机可读存储介质可以是保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意组合。
92.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。