一种用于深水作业水合物抑制的水下树安全系统及抑制方法技术方案

本发明专利技术公开一种用于深水作业水合物抑制的水下树安全系统，包括：抑制剂注入点，其沿水下树轴向等间距设置在水下树之间；第一注入阀，其设置在所述抑制剂注入点处，用于注入热力学抑制剂；第二注入阀，其设置在所述抑制剂注入点处，用于注入动力学抑制剂；绞车，其与所述水下树连接，用于控制所述水下树沿井下管柱轴向运动，使得所述抑制剂注入点覆盖整个井下管柱。能够对水下管柱进行多点监测，达到高效的水合物抑制。本发明专利技术还公开一种用于深水作业水合物抑制的水下树安全抑制方法，基于BP神经网络确定第一注入阀和第二注入发的开启以及抑制剂的加入深度，还能控制热力学抑制剂和动力学抑制剂的加入量，有效抑制水合物的形成。

【技术实现步骤摘要】
一种用于深水作业水合物抑制的水下树安全系统及抑制方法
本专利技术涉及海上深水石油、天然气勘探
，更具体的是，本专利技术涉及一种用于深水作业水合物抑制的水下树安全系统及抑制方法。
技术介绍
目前的技术现状是作业时将地层的石油、天然气引至地面进行数据录取。但在石油天然气引至地面的过程中，由于压力、温度的变化，特别是海床附近接近零度的海水温度，极易使得管柱内形成水合物，一旦形成水合物会很快的造成油管的损坏或堵塞，对整个作业平台的安全造成威胁，巨额的勘探投入将前功尽弃。现有的管柱工艺无法监测石油天然气的温度变化，无法注入水合物抑制剂，仅能在紧急情况下关闭安全阀门。但一旦管柱在安全阀门以下刺漏，安全阀门也无法保障安全，使整个作业暴露在危险之中。据研究水合物在油管中形成时会由明显的温压变化，形成初期是最佳的抑制点，但已有的技术无法监测到数据变化，错过抑制的最佳时期，给深水测试作业安全留下了巨大的隐患。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是设计开发了一种用于深水作业水合物抑制的水下树安全系统，能够对水下管柱进行多点监测，达到高效的水合物抑制。本专利技术的另一个目的是设计开发了一种用于深水作业水合物抑制的水下树安全抑制方法，基于BP神经网络确定第一注入阀和第二注入发的开启以及抑制剂的加入深度，高效抑制水合物形成。本专利技术还能根据第一注入阀和第二注入阀的开启状态控制热力学抑制剂和动力学抑制剂的加入量，有效抑制水合物的形成。本专利技术提供的技术方案为：一种用于深水作业水合物抑制的水下树安全系统，包括：抑制剂注入点，其沿水下树轴向等间距设置在水下树之间；第一注入阀，其设置在所述抑制剂注入点处，用于注入热力学抑制剂；第二注入阀，其设置在所述抑制剂注入点处，用于注入动力学抑制剂；绞车，其与所述水下树连接，用于控制所述水下树沿井下管柱轴向运动，使得所述抑制剂注入点覆盖整个井下管柱。优选的是，还包括：温度传感器，其等间距设置在所述井下管柱内壁面、外壁面以及海床泥面处，用于检测温度；压力传感器，其分别设置在所述温度传感器处，用于检测压力；深度传感器，其分别设置在所述温度传感器处，用于检测深度；控制器，其与所述温度传感器、压力传感器、第一注入阀、第二注入阀和绞车连接，用于接收所述温度传感器和压力传感器的检测数据并控制所述第一注入阀、第二注入阀和绞车工作。相应地，本专利技术还提供一种用于深水作业水合物抑制的水下树安全抑制方法，当进行井下作业时，基于BP神经网络确定抑制剂的加入深度和第一注入阀以及第二注入阀的状态，包括如下步骤：步骤1：按照采样周期，通过传感器测量井下管柱内部温度和压力、外部温度和压力以及海床泥面处温度和压力；步骤2：确定三层BP神经网络的输入层神经元向量x＝{x1,x2,x3,x4,x5,x6}；其中，x1为井下管柱内部温度，x2为井下管柱内部压力，x3为井下管柱外部温度，x4为井下管柱外部温度，x5为海床泥面处温度，x6为海床泥面处压力；步骤3：所述输入层向量映射到中间层，中间层的神经元为m个；步骤:4：得到输出层神经元向量o＝{o1,o2,o3}；其中，o1为第一注入阀的状态，o2为第二注入阀的状态，o3为抑制剂的加入深度，所述输出层神经元值为k为输出层神经元序列号，k＝{1,2}，当ok为1时，注入阀处于开启状态，当ok为0时，注入阀处于关闭状态。优选的是，所述中间层节点个数m满足：其中n为输入层节点个数，p为输出层节点个数。优选的是，所述中间层及所述输出层的激励函数均采用S型函数fj(x)＝1/(1+e-x)。优选的是，当o1＝1,o2＝0时，控制热力学抑制剂的量为：其中，mt0为当抑制剂只有热力学抑制剂时热力学抑制剂的量，ρ为水的密度，ΔT为形成水合物的温度降，α为热力学抑制剂在待采集物质中的浓度和热力学抑制剂在水溶液中的浓度之比，M为热力学抑制剂的分子量，K为常数，Q为管柱中待采集物质的流量，C为热力学抑制剂的摩尔浓度，π为圆周率，r为管柱内径，l为管柱中加入热力学抑制剂影响的区域高度。优选的是，当o1＝0,o2＝1时，控制动力学抑制剂的量为：其中，md0为当抑制剂只有动力学抑制剂时动力学抑制剂的量，ρ为水的密度，π为圆周率，r为管柱内径，l为管柱中加入动力学抑制剂影响的区域高度。优选的是，当o1＝1,o2＝1时，控制热力学抑制剂和动力学抑制剂的量分别为：其中，mt1为抑制剂中热力学抑制剂的量，md1为抑制剂中动力学抑制剂的量，ρ为水的密度，ΔT为形成水合物的温度降，α为热力学抑制剂在待采集物质中的浓度和热力学抑制剂在水溶液中的浓度之比，M为热力学抑制剂的分子量，K为常数，Q为管柱中待采集物质的流量，C为热力学抑制剂的摩尔浓度，π为圆周率，r为管柱内径，l为管柱中加入抑制剂影响的区域高度。本专利技术所述的有益效果：(1)本专利技术所述的用于深水作业水合物抑制的水下树安全系统，能够对水下管柱进行多点监测，达到高效的水合物抑制。(2)本专利技术所述的用于深水作业水合物抑制的水下树安全抑制方法，基于BP神经网络确定第一注入阀和第二注入发的开启以及抑制剂的加入深度，高效抑制水合物形成。还能根据第一注入阀和第二注入阀的开启状态控制热力学抑制剂和动力学抑制剂的加入量，有效抑制水合物的形成。附图说明图1为本专利技术所述深水作业水合物抑制的水下树安全系统的示意图。图2为本专利技术所述的水合物形成模拟校核的温度压力相态曲线。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。如图1所示，本专利技术提供一种用于深水作业水合物抑制的水下树安全系统，包括：抑制剂注入点，其沿水下树轴向等间距设置在水下树之间；第一注入阀，其设置在所述抑制剂注入点处，用于注入热力学抑制剂；第二注入阀，其设置在所述抑制剂注入点处，用于注入动力学抑制剂；绞车，其与所述水下树连接，用于控制所述水下树沿井下管柱轴向运动，使得所述抑制剂注入点覆盖整个井下管柱。还包括：温度传感器，其等间距设置在所述井下管柱内壁面、外壁面以及海床泥面处，用于检测温度；压力传感器，其分别设置在所述温度传感器处，用于检测压力；深度传感器，其分别设置在所述温度传感器处，用于检测深度；控制器(底面电控面板)，其与所述温度传感器、压力传感器、第一注入阀、第二注入阀和绞车连接，用于接收所述温度传感器和压力传感器的检测数据并控制所述第一注入阀、第二注入阀和绞车工作。所述动力学抑制剂是一些水溶性或水分散性聚合物，它们仅在水相中抑制水合物的形成，加入浓度很低(在水相中通常小于1％)，它不影响水合物生成的热力学条件。在水合物结晶成核和生长的初期，它们吸附于水合物颗粒的表面，抑制剂的环状结构通过氢键与水合物的晶体结合，延缓水合物晶体成核时间或者阻止晶体的进一步成长从而使管柱中流体在其温度低于水合物形成温度(即在一定过冷度)下流动，而不出现水合物堵塞现象，通常有PVP(聚乙烯吡咯烷酮)、甲基丙烯酸乙酯、N－酰基聚烯烃亚胺、N－乙烯基已内酰胺、N，N－烷基丙烯酰胺、聚异丙基甲基丙烯酰胺、2－丙基－2－咪唑啉等。所述热力学抑制剂则通过改变待开采物质、水和水合物三相平衡的热力学生成条件，降低水的活度系数，致使生成水合物需要更高压强或者更低温度，在一般油气管道的温度和压强条件下不易形成水合物。热力学抑制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于深水作业水合物抑制的水下树安全系统，其特征在于，包括：抑制剂注入点，其沿水下树轴向等间距设置在水下树之间；第一注入阀，其设置在所述抑制剂注入点处，用于注入热力学抑制剂；第二注入阀，其设置在所述抑制剂注入点处，用于注入动力学抑制剂；绞车，其与所述水下树连接，用于控制所述水下树沿井下管柱轴向运动，使得所述抑制剂注入点覆盖整个井下管柱。

【技术特征摘要】
1.一种用于深水作业水合物抑制的水下树安全系统，其特征在于，包括：抑制剂注入点，其沿水下树轴向等间距设置在水下树之间；第一注入阀，其设置在所述抑制剂注入点处，用于注入热力学抑制剂；第二注入阀，其设置在所述抑制剂注入点处，用于注入动力学抑制剂；绞车，其与所述水下树连接，用于控制所述水下树沿井下管柱轴向运动，使得所述抑制剂注入点覆盖整个井下管柱。2.如权利要求1所述的用于深水作业水合物抑制的水下树安全系统，其特征在于，还包括：温度传感器，其等间距设置在所述井下管柱内壁面、外壁面以及海床泥面处，用于检测温度；压力传感器，其分别设置在所述温度传感器处，用于检测压力；深度传感器，其分别设置在所述温度传感器处，用于检测深度；控制器，其与所述温度传感器、压力传感器、第一注入阀、第二注入阀和绞车连接，用于接收所述温度传感器和压力传感器的检测数据并控制所述第一注入阀、第二注入阀和绞车工作。3.一种用于深水作业水合物抑制的水下树安全抑制方法，其特征在于，当进行井下作业时，基于BP神经网络确定抑制剂的加入深度和第一注入阀以及第二注入阀的状态，包括如下步骤：步骤1：按照采样周期，通过传感器测量井下管柱内部温度和压力、外部温度和压力以及海床泥面处温度和压力；步骤2：确定三层BP神经网络的输入层神经元向量x＝{x1,x2,x3,x4,x5,x6}；其中，x1为井下管柱内部温度，x2为井下管柱内部压力，x3为井下管柱外部温度，x4为井下管柱外部温度，x5为海床泥面处温度，x6为海床泥面处压力；步骤3：所述输入层向量映射到中间层，中间层的神经元为m个；步骤:4：得到输出层神经元向量o＝{o1,o2,o3}；其中，o1为第一注入阀的状态，o2为第二注入阀的状态，o3为抑制剂的加入深度，所述输出层神经元值为k为输出层神经元序列号，k＝{1,2}，当ok为1时，注入阀处于开启状态...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙维洲，关利军，田向东，杨昆，魏安超，茅春，蒋政达，
申请(专利权)人：中海艾普油气测试天津有限公司，
类型：发明
国别省市：天津,12