基于沿程信号耦合的气液两相流整体流型快速识别方法技术

本发明专利技术公开了基于沿程信号耦合的气液两相流整体流型快速识别方法，其特征在于，步骤一：采集集输立管系统沿程不同位置压差测量装置的压差信号，采集过程中进行实时滤波；其中，安装于立管段的压差测量装置≥2台，安装于立管顶部至气液分离器之间的压差测量装置≥1台；步骤二：对滤波后的压差信号进行无量纲化得到无量纲化样本；步骤三：计算无量纲化样本的各压差信号的无量纲特征；步骤四：将无量纲特征输入预设的判别模型中，得到流型类别。本发明专利技术基于集输立管系统沿程压差信号在短时间内的耦合关系对流型类别的快速指示作用，实现整体流型的快速识别。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于石油工程多相流检测
，具体涉及基于沿程信号耦合的气液两相流整体流型快速识别方法。
技术介绍
在海洋油气开发中，为节约管道铺设成本，常采用气液集输(混合输运)方式，将原油、天然气及水等产出物自海底举升到海面生产平台。其中，自海底脱离与海床接触处至海面的管段称为立管。由于一座平台通常汇集多口油井的产出物，因而自立管底部至井口间存在一定长度沿海底铺设的管段。海底管-立管这一特殊结构使得立管内气液混合物的流动形态有别于气液在底部混合的垂直管或近垂直管内的流型。具体而言，在某一局部、某一时刻，流型可能为泡状流、弹状流、混状流、环状流等基本形态；而同一时刻沿程不同位置的流型未必相同、同一位置不同时刻的流型也未必相同——局部流型的时空分布构成了整体流型。立管整体流型与海洋油气集输管线及海面平台设备的安全运行具有密切联系。在一定气液流速下，立管内将出现以长液塞为特征、气液交替流出的强烈间歇性流动，称为严重段塞流。以严重段塞流为代表的不稳定流型危害影响生产效率及生产安全，具体表现为产量剧烈波动、压力剧烈波动与管线振动、气液分离器无法正常工作甚至溢流、加剧管道腐蚀与结蜡等。因此，必须对此类流型严密监控以保障生产安全，而立管整体流型的快速识别为有害流型有效、及时、多样化控制的基础。集输立管系统整体流型识别目前主要基于单个压力信号的波动特征分析的方法，如中国专利技术专利(公布号CN102878431B)采用的是信号的幅域特征；中国专利技术专利申请(公布号CN104807589A)采用的是信号的幅域特征与功率谱曲线特征。基于单个压力信号的识别方法的本质是比较不同流型的波形形状，由此要求信号长度一般需覆盖压力波动的完整周期。在实验室中，严重段塞流的波动周期最长超过2h，而现场管道的压力波动周期可达实验室的10～20倍甚至更高，因此，信号长度的选取十分保守，识别实时性成为重大挑战。此外，在局部流型识别与整体流型识别中，支持向量机均是一种有效的模型。然而在现有识别方法中，采用的均为“一对一”模式(中国专利技术专利CN100573100C、中国专利技术专利申请CN104807589A)或“一对多”模式(中国专利技术专利CN100507509C)，由于支持向量机是一种二分类机制，以上模式所需的支持向量机数量较多，而且每次判别时，所有的支持向量机都要工作一次，判别过程复杂。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供基于沿程信号耦合的气液两相流整体流型快速识别方法，以克服上述现有技术存在的缺陷，本专利技术基于集输立管系统沿程压差信号在短时间内的耦合关系对流型类别的快速指示作用，实现整体流型的快速识别。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：基于沿程信号耦合的气液两相流整体流型快速识别方法，包括以下步骤：步骤一：采集集输立管系统沿程不同位置压差测量装置的压差信号，采集过程中进行实时滤波；其中，安装于立管段的压差测量装置≥2台，安装于立管顶部至气液分离器之间的压差测量装置≥1台；步骤二：对滤波后的压差信号进行无量纲化得到无量纲化样本；步骤三：计算无量纲化样本的各压差信号的无量纲特征；步骤四：将无量纲特征输入预设的判别模型中，得到流型类别。进一步地，步骤一中压差测量装置测量的是集输立管系统沿程上两个取压口的静压差。进一步地，步骤二中对滤波后的信号进行无量纲化具体为将滤波后的各压差信号除以当各压差测试段充满液相工质时的静压差。进一步地，步骤三中无量纲特征为无量纲化样本的各压差信号的均值和极差。进一步地，步骤四中所述判别模型为树状判别模型。进一步地，树状判别模型的结构为二叉树。进一步地，二叉树的树状判别模型中，各子树均为最小二乘支持向量机。进一步地，步骤四中将无量纲特征输入预设的判别模型中得到流型类别具体为：首先根据压差信号的无量纲特征及预设的判别模型得到大类类别，然后根据大类类别及预设的判别模型得到细化类别。进一步地，所述大类类别包括不稳定流型和稳定流型。进一步地，不稳定流型的细化类别包括严重段塞流和过渡流型，稳定流型的细化类别包括第一类稳定流型与第二类稳定流型。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术采集集输立管系统不同位置处的多个压差信号，从直观上即可看出，它们在不同流型下耦合关系在很短的时长内即体现出不同，因此可以极大缩短信号采集时间，实现整体流型快速识别，首先，本专利技术通过压差信号的空间耦合，极大突破了现有整体流型识别技术在信号时长方面的限制，显著改善了识别实时性；其次，识别所需的特征仅为信号的均值和极差，无需频域相关的特征，因而计算可靠迅速，特别是在变频干扰下也可使用；再次，识别所需的各参数有清晰直观的物理意义，同时因避免了频域特征的计算，训练判别模型所需的样本既可通过实验也可通过数值计算获得，且判别过程简单，在应用中十分灵活。附图说明图1为基于沿程信号耦合的气液两相流整体流型快速识别方法流程图；其中，1、第一压差传感器；2、第二压差传感器；3、第三压差传感器；图2为各流型压差波动示例；其中，(a)——不稳定流型UST之严重段塞流SS；(b)——不稳定流型UST之过渡流型TR；(c)——稳定流型ST之第一类稳定流型ST1；(d)——稳定流型ST之第二类稳定流型ST2；图3为用于整体流型快速识别的树状判别模型。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述：参见图1，本专利技术基于沿程信号耦合的气液两相流整体流型快速识别方法，首先采集集输立管系统沿程不少于3处压差信号(在立管段采集不少于2个压差信号，在立管至分离器间采集1个压差信号)，采集过程中进行实时滤波；然后对采集的每一信号除以当各压差测试段充满液相工质时的静压差以无量纲化；随后计算每一无量纲化信号的均值与极差作为流型指示特征参数；最后将特征参数输入预先训练好的树状判别模型中，得到流型类别。以上方法可用于集输立管系统整体流型的快速识别，所识别的流型包括不稳定流型(Unstable,UST)与稳定流型(Stable,ST)。进一步地，不稳定流型包括严重段塞流(SevereSlugging,SS)与过渡流型(Transition,TR)；稳定流型包括第一类稳定流型(Stable1,ST1)与第二类稳定流型(Stable2,ST2)。一种上述各流型的划分标准如下：·UST：立管压差波动幅值不低于当立管内充满液相工质时静压差的20％；·ST：立管压差本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于沿程信号耦合的气液两相流整体流型快速识别方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：采集集输立管系统沿程不同位置压差测量装置的压差信号，采集过程中进行实时滤波；其中，安装于立管段的压差测量装置≥2台，安装于立管顶部至气液分离器之间的压差测量装置≥1台；步骤二：对滤波后的压差信号进行无量纲化得到无量纲化样本；步骤三：计算无量纲化样本的各压差信号的无量纲特征；步骤四：将无量纲特征输入预设的判别模型中，得到流型类别。

【技术特征摘要】
1.基于沿程信号耦合的气液两相流整体流型快速识别方法，其特征在
于，包括以下步骤：
步骤一：采集集输立管系统沿程不同位置压差测量装置的压差信号，采
集过程中进行实时滤波；其中，安装于立管段的压差测量装置≥2台，安装
于立管顶部至气液分离器之间的压差测量装置≥1台；
步骤二：对滤波后的压差信号进行无量纲化得到无量纲化样本；
步骤三：计算无量纲化样本的各压差信号的无量纲特征；
步骤四：将无量纲特征输入预设的判别模型中，得到流型类别。
2.根据权利要求1所述的基于沿程信号耦合的气液两相流整体流型快速
识别方法，其特征在于，步骤一中压差测量装置测量的是集输立管系统沿程
上两个取压口的静压差。
3.根据权利要求1所述的基于沿程信号耦合的气液两相流整体流型快速
识别方法，其特征在于，步骤二中对滤波后的信号进行无量纲化具体为将滤
波后的各压差信号除以当各压差测试段充满液相工质时的静压差。
4.根据权利要求1所述的基于沿程信号耦合的气液两相流整体流型快速
识别方法，其特征在于，步骤三中无量纲特征为无量纲化样本的各压差信号
的均值和极差。
5.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭烈锦，邹遂丰，谢晨，李文升，周宏亮，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61