一种基于轴向温降机理确定油田上游站出站温度的方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种基于轴向温降机理确定油田上游站出站温度的方法及系统，该方法包括下述步骤：(1)获取实时热油介质流量G、下游站入站温度T

【技术实现步骤摘要】
一种基于轴向温降机理确定油田上游站出站温度的方法及系统


[0001]本专利技术公开一种确定油田上游站出站温度的方法，特别是一种基于轴向温降机理确定油田上游站出站温度的方法及系统。

技术介绍

[0002]由于含蜡原油的凝固点比较高，一般在环境温度(即常温温度)下就失去流动性或流动性很差，因而不能直接采用常温输送方式，为了解决此类问题，加热输送就成了目前最常采用的输送方法，即先将油品加热后再输入管路，通过提高油品温度以降低其粘度，减少摩阻损失，借消耗热能来节约动能。
[0003]因此，在油田站场之间的油水介质进行传送过程中，对上游站来液的出站温度就有一定要求，以防在传输过程中因油水介质温度降低至凝固点而导致析蜡情况，进而发生堵管的现象。
[0004]而在实际应用中，常见的两种意外情况：(1)出站温度过高，会造成管道与周围环境温差大，从而导致散热加快浪费能源；(2)出站温度过低，会造成管道轴向温降容易到达凝固点，进而发生堵管现象。因此，针对不同环境下，如何确定合适的上游站出站温度显得十分重要。

技术实现思路

[0005]针对上述提到的现有技术中的含蜡原油的凝固点比较高，运输过程中，容易造成能源浪费或堵管等问题，本专利技术提供一种基于轴向温降机理确定油田上游站出站温度的方法及系统，其通过构建热油沿管道向前流动的轴向温降机理模型，结合历史运行数据，求解机理模型中不易获得的变量，从而通过计算即可给出相应上游站出站温度的建议值，以供上游站对温度进行管控。
[0006]本专利技术解决其技术问题采用的技术方案是：一种基于轴向温降机理确定油田上游站出站温度的方法，该方法包括下述步骤：
[0007](1)获取实时热油介质流量G、下游站入站温度T
入
和环境温度T0特征变量数值；
[0008](2)将以上特征变量归一化，然后输入K
‑
means聚类网络，确定落入的聚类簇区间k
i
，取出对应该聚类簇的油品比热C和总传热系数K组合值进行计算；
[0009]由公式T
出
＝T0+(T
入
‑
T0)e
aL
，计算出此时对应的上游站出站温度建议值。
[0010]一种基于轴向温降机理确定油田上游站出站温度的系统，该系统包括机理分析模块、数据提取模块、数据聚类模块、参数更新模块和在线计算模块，其中，
[0011]机理分析模块：用于根据已知条件计算得到上游站出站温度T
出
的建议值，设定一条热油管道，在距加热站为Lx处，取一微元段dL，设此处断面油温为T，则油流经过dL段的温度变化为dT，故在Lx+dL断面上油温为T+dT，则稳定传热时，dL段上的热平衡方程为：
[0012]KπD(T
‑
T0)dL＝
‑
GCdT
[0013][0014]对上式积分:
[0015]即:其中
[0016]则出站温度计算公式:T
出
＝T0+(T
入
‑
T0)e
aL
；
[0017]数据提取模块：用于提取上游站加热炉运行中具有代表性的数据，以便确定油品比热C和总传热系数K参数组合；
[0018]数据聚类模块：用于通过对不同外部条件下存在的不同的油品比热C和总传热系数K组合进行聚类分析，将数据分布分成k个簇，以此模拟代表不同外部条件，从而得到k组不同的油品比热C和总传热系数K组合；
[0019]油品比热C和总传热系数K参数更新模块：用于针对某一个簇ki中的数据集，以介质流量G、环境温度T0、下游站入站温度T
入
为特征，以上游站出站温度为预测目标值，已知特征与预测目标的关系式：T
出
＝T0+(T
入
‑
T0)e
aL
，其中，e为自然底数，a为L为加热站之间间距，根据已获得的样本数据，拟合得到油品比热C和总传热系数K，根据下游入站温度来计算得到对应的出站温度；
[0020]在线计算模块：用于根据生产过程中需要确保下游站最低入站温度，利用出站温度计算公式得到合理的上游站出站温度建议值。
[0021]本专利技术解决其技术问题采用的技术方案进一步还包括：
[0022]所述的聚类簇区间k
i
对应的油品比热C和总传热系数K计算包括如下步骤：
[0023]步骤S1、提取上游站加热炉运行中具有代表性的数据，利用标准差反映随机变量离散程度的特性，通过设置某些指定PLC点位标准差阈值界限来提取不同工况下炉子平稳运行的数据，包括如下子步骤：
[0024]步骤(1)：设定一段固定的时间窗口T；
[0025]步骤(2)：依次滑动该时间窗口，计算该窗口内特定PLC点位的标准差，其中选取的特定PLC点位与阈值界限条件为：σ
出
<＝1℃，σ
介
<＝3m3/h，σ
入
<＝1℃，其中σ
出
、σ
介
、σ
入
分别表示上游站出站温度、管道热油介质流量、下游站入站温度的标准差；
[0026]步骤(3)：若特定点位标准差都不超过阈值界限，则认定该时间窗口的炉况数据稳定，取该时间窗口内相关PLC点位的平均值为特征，其中特征为热油介质流量G、下游站入站温度T
入
、环境温度T0，预测目标为上游站出站温度T
出
，则由此构造一个训练样本，不断滑动窗口，从而获得多个样本；
[0027]步骤S2、对样本进行聚类分析，将数据分布分成k个簇，以此模拟代表不同外部条件，从而得到k组不同的油品比热C和总传热系数K组合，包括如下子步骤：
[0028](1)剔除异常数据，对缺失值等做相关填充处理；
[0029](2)将训练集数据中的特征变量做归一化处理，使其数值限制在(0，1)之间，计算公式如下：
[0030][0031]其中，Xmin、Xmax分别表示某个特征的最小值、最大值，X表示某个特征的采样值，Xnorm表示归一化后的值；
[0032](3)将归一化的样本，输入无监督聚类模型进行聚类分簇，将数据集分成不同簇，针对每一簇进行单独建模预测；
[0033]步骤S3、针对落到以上某一个簇ki中的数据集，以介质流量G、环境温度T0、下游站入站温度T
入
为特征，以上游站出站温度为预测目标值，由于已知特征与预测目标的关系式：T
出
＝T0+(T
入
‑
T0)e
aL
，其中，e为自然底数，a为L为加热站之间间距，根据已获得的样本数据，拟合得到油品比热C和总传热系数K，包括如下子步骤：
[0034](1)定义损失函数其中y
i
是第i个样本出站温度真实值，是第i个样本出站温度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于轴向温降机理确定油田上游站出站温度的方法，其特征是：所述的方法包括下述步骤：(1)获取实时热油介质流量G、下游站入站温度T
入
和环境温度T0特征变量数值；(2)将以上特征变量归一化，然后输入K
‑
means聚类网络，确定落入的聚类簇区间k
i
，取出对应该聚类簇的油品比热C和总传热系数K组合值进行计算；由公式T
出
＝T0+(T
入
‑
T0)e
aL
，计算出此时对应的上游站出站温度建议值。2.根据权利要求1所述的基于轴向温降机理确定油田上游站出站温度的方法，其特征是：所述的聚类簇区间k
i
对应的油品比热C和总传热系数K计算包括如下步骤：步骤S1、提取上游站加热炉运行中具有代表性的数据，利用标准差反映随机变量离散程度的特性，通过设置某些指定PLC点位标准差阈值界限来提取不同工况下炉子平稳运行的数据，包括如下子步骤：步骤(1)：设定一段固定的时间窗口T；步骤(2)：依次滑动该时间窗口，计算该窗口内特定PLC点位的标准差，其中选取的特定PLC点位与阈值界限条件为：σ
出
＜＝1℃，σ
介
＜＝3m3/h，σ
入
＜＝1℃，其中σ
出
、σ
介
、σ
入
分别表示上游站出站温度、管道热油介质流量、下游站入站温度的标准差；步骤(3)：若特定点位标准差都不超过阈值界限，则认定该时间窗口的炉况数据稳定，取该时间窗口内相关PLC点位的平均值为特征，其中特征为热油介质流量G、下游站入站温度T
入
、环境温度T0，预测目标为上游站出站温度T
出
，则由此构造一个训练样本，不断滑动窗口，从而获得多个样本；步骤S2、对样本进行聚类分析，将数据分布分成k个簇，以此模拟代表不同外部条件，从而得到k组不同的油品比热C和总传热系数K组合，包括如下子步骤：(1)剔除异常数据，对缺失值等做相关填充处理；(2)将训练集数据中的特征变量做归一化处理，使其数值限制在(0，1)之间，计算公式如下：其中，Xmin、Xmax分别表示某个特征的最小值、最大值，X表示某个特征的采样值，Xnorm表示归一化后的值；(3)将归一化的样本，输入无监督聚类模型进行聚类分簇，将数据集分成不同簇，针对每一簇进行单独建模预测；步骤S3、针对落到以上某一个簇ki中的数据集，以介质流量G、环境温度T0、下游站入站温度T
入
为特征，以上游站出站温度为预测目标值，由于已知特征与预测目标的关系式：T
出
＝T0+(T
入
‑
T0)e
aL
，其中，e为自然底数，a为L为加热站之间间距，根据已获得的样本数据，拟合得到油品比热C和总传热系数K，包括如下子步骤：(1)定义损失函数其中y
i
是第i个样本出站温度真实值，是第i个样本出站温度预测值，N为样本个数；(2)利用梯度下降法更新这两个参数，它们的偏导如下：两个参数，它们的偏导如下：(3)根据梯度下降法，得到参数的更新公式如下：(3)根据梯度下降法，得到参数的更新公式如下：其中，η表示学习率，i表示迭代次数；(4)经过n次迭代更新，最终得到k
i
簇中数据分布对应的C
i
和K
i
的确定值；(5)重复步骤(1)
‑
(4)，即可得到k个不同数据分布情形下对应的(C
i
，K
i
)(i＝1，2，
……
，k)组合值。3.根据权利要求1所述的基于轴向温降机理确定油田上游站出站温度的方法，其特征是：所述的无监督聚类模型采用K
‑
means聚类过程，包括下述子步骤：A、选择初始化的k个样本作为初始聚类中心a＝a1，a2，
…
ak；其中，ak表示第k个聚类的中心；B、针对数据集中每个样本xi计算它到k个聚类中心的距离并将其分到距离最小的聚类中心所对应的类中；其中，距离计算采用欧几里得距离，计算公式如下所示；设有2个点P和Q，其中P＝{p1，p2，
…
p
n
}，Q＝{q1，q2，
…
，q
n
}，n＝1，2，3那么P与Q之间的距离表示为d，则其中，p1到p
n
是一条数据的所有特征信息，q1到q
n
是另一条数据的所有特征信息；C、针对每个类别a
j
，重新计算它的聚类中心其中|c
i
|为落入该类的样本数目，X为属于该类的样本；D、重复上面B和C两步操作，直到达到中止条件；E、得到训练好的聚类模型，共有k个簇。4.根据权利要求1所述的基于轴向温降机理确定油田上游站出站温度的方法，其特征是：所述的上游站出站温度建议值计算时，设定一条热油管道，其中，管道计算外径为D、周围介质温度为T0、总传热系数为K、热油流量为G、油品的比热为C、上游站出站油温为T
出
、下游站入站温度为T
入
以及加热站之间间距为L，在距加热站为L
x
处，即距离出站口长度为L
x
位置处，取一微元段dL，设此处断面油温为T，则油流经过dL段的温度变化为dT，故在L
x
+dL断面上油温为T+dT，则稳定传热时，dL段上的热平衡方程为：
KπD(T
‑
T0)dL＝
‑
GCdT对上式积分:即:其中则出站温度计算公式:T
出
＝T0+(T
入
‑
T0)e
aL
。5.一种基于轴向温降机理确定油...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘永才，郭卫猛，胡明发，吴中华，李必意，
申请(专利权)人：深圳市佳运通电子有限公司，
类型：发明
国别省市：