CN107940241A - 一种基于瞬态模型的集输油管线冻堵点位置诊断*** - Google Patents

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杨仓海
于志刚
李永长
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李永清
于世春
李明江
黄天虎
李珍
闫娟
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Abstract

本发明公开了一种基于瞬态模型的集输油管线冻堵点位置诊断***，包括计算机、用于在集输油管线内施加压力波的瞬态激发单元、用于检测集输油管线上监测点处压力信号的压力采集单元以及用于检测集输油管线上监测点处温度信息的温度采集单元，其中，温度采集单元的输出端及压力采集单元的输出端与计算机相连接，该***能够实现集输油管线冻堵点的位置诊断，并且具有定位精度高、成本低及操作简单的特点。

Description

一种基于瞬态模型的集输油管线冻堵点位置诊断***
技术领域
本发明属于油田数字化及油田集输技术领域，涉及一种基于瞬态模型的集输油管线冻堵点位置诊断***。
背景技术
油气输送管线是我国能源工业的生命线，由于北方冬季气温一般在 -10～-30度左右，在冰冻期内，脱水不完全或含水含蜡质会在油管线或气管线内壁上凝聚，造成管内介质流动孔径变小，流动受阻，能耗增加，严重时便会造成管道局部冰堵或灌蜡，从而导致停输，给油田生产运行带来很大的困扰麻烦，同时员工解堵时，恶劣的自然环境为排堵工作造成了很大的难度。在冬天，由于冰冻原因，地质很硬，对于埋深管线，需要反复挖坑作业的工作，非常耗力，对于人力和物力都有极大的需求。
目前常用得寻找原油集输管线冻堵点的方法主要可以分为两大类，一类是经验法，通过已有经验，一一排查管线的变径处，低洼处，过去易结冻处等。但是该方法造成停井时间长，人力耗费非常大，工作量大，严重影响了油田的正常生产运行工作。二类是通过各类传感器的计量测算法，主要常见的有注油试压法、应力应变法、卸放油法、分压法、理论数值分析法等。
注油试压法适用于完全堵塞的成品油管道。该方法将堵塞点与管道一端看做密闭容器，向该密闭容器注油时，利用注油量和压力变化的关系，计算出密闭容器体积，从而确定冻堵点位置。但是该方法要求冻堵点必须完全堵塞，对管线要求较多，不适应情况较多。
应力应变法需对管线测量处进行开挖作业。对堵塞管道加压，使用传感器和应变仪进行堵塞点的检测。冰堵定位监测仪是基于应力应变原理设计的，利用电桥加减特性，获得其测量部位的形变数据，通过形变数据判断测量点与堵塞点的相对位置，然后采用黄金分割对分原理多次试探定位堵塞段，从而判断冰堵点的位置。然后该方法有一个缺点需要多次探索定位，因此在管线深埋段，需要反复开挖冻土层，工作量较大。
卸放油法首先进行反复放油卸压，通过油品体积压缩(膨胀)公式计算对堵塞段粗略定位，将堵点范围缩小到1000m以内。然后在算出的冰堵点上、下各1000m范围内分别采取优选法进行开挖探坑和钻孔放油多次试探，缩小预测堵点的范围。最后在逼近冰堵点时，在管线上钻大孔用钢筋探孔确定堵点的确切位置，然后进行排堵作业。从描述中我们可以看到该方法也需要对深埋管线反复开挖，工作量较大。
分压法用于检测天然气管线冰堵情况。该方法基于热力学原理和流体质量守恒原理，需要一个已知容积大小的罐，使用该己知容积的罐将冰堵管道内气体分压一部分出来，精确测量出堵塞管段分压前后的温度和压力变化值，就可以通过计算得到冰堵位置。但该方法仅限于天然气管道，而且测量次数与天然气管线长度和直径有关，比如一个2Km的150mm的管线需要测量8次，才能获得较为满意的定位精度。
因此需要设计一种操作简单、成本低、定位精度高的集输油管线冻堵点位置诊断***，为管理者提供制定排堵计划的参考信息，及时排除管道堵塞、恢复正常输送，减小由于堵塞造成的停输和排堵工作中的人力物力损耗就显得十分必要。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种基于瞬态模型的集输油管线冻堵点位置诊断***，该***能够实现集输油管线冻堵点的位置诊断，并且具有定位精度高、成本低及操作简单的特点。
为达到上述目的，本发明所述的基于瞬态模型的集输油管线冻堵点位置诊断***包括计算机、用于在集输油管线内施加压力波的瞬态激发单元、用于检测集输油管线上监测点处压力信号的压力采集单元以及用于检测集输油管线上监测点处温度信息的温度采集单元，其中，温度采集单元的输出端及压力采集单元的输出端与计算机相连接。
所述瞬态激发单元包括压缩机、便携式压力波发生器及连接阀，其中，压缩机与便携式压力波发生器的控制端相连接，便携式压力波发生器的输出端经连接阀与集输油管线相连通，所述集输油管线内装有液体。
计算机包括去噪模块、小波变换模块、奇异点识别模块、特征时间识别模块及堵塞点位置计算模块，其中，压力传感器的输出端依次经去噪模块、小波变换模块、奇异点识别模块及特征时间识别模块与堵塞点位置计算模块相连接。
温度采集单元及压力采集单元均通过光纤或无线通信模块与计算机相连接。
无线通信模块为无线网桥、GPRS模块或4G模块。
所述压力采集单元包括压力传感器、数据采集控制模块及存储器，其中，压力传感器的输出端与数据采集控制模块的输入端相连接，数据采集控制模块的输出端与存储器及计算机相连接。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的基于瞬态模型的集输油管线冻堵点位置诊断***在具体操作时，通过瞬态激发单元产生压力波，并将所述压力波施加于待诊断集输油管线内，当压力波经过监测点处时，则压力传感器检测的压力信号出现一个奇异点，压力波经堵塞处反射，然后再经监测点时，压力传感器检测的压力信号出现另一个奇异点，计算机即可根据两个奇异点之间的时间差计算堵塞处与监测点之间的距离，操作简单，定位精度较高，并且成本低，能够及时发现管线运行的异常，避免人为寻找堵塞点，避免在严寒冬季反复开挖冻土层，降低员工工作强度，减少由于管线冻堵造成的停井及停输时间，提高故障反应速度及油田运营效率。
附图说明
图1为本发明的原理图；
图2为本发明中瞬态激发单元1的结构示意图；
图3为本发明中压力采集单元2的结构示意图。
其中，1为瞬态激发单元、2为压力采集单元、3为计算机、4为压缩机、5为便携式压力波发生器、6为连接阀、7为压力传感器、8为数据采集控制模块、9为存储器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1，本发明所述的基于瞬态模型的集输油管线冻堵点位置诊断***包括计算机3、用于在集输油管线内施加压力波的瞬态激发单元1、用于检测集输油管线上监测点处压力信号的压力采集单元2以及用于检测集输油管线上监测点处温度信息的温度采集单元，其中，温度采集单元的输出端及压力采集单元2的输出端与计算机3相连接。
所述瞬态激发单元1包括压缩机4、便携式压力波发生器5及连接阀6，其中，压缩机4与便携式压力波发生器5的控制端相连接，便携式压力波发生器5的输出端经连接阀6与集输油管线相连通，所述集输油管线内装有液体。
温度采集单元及压力采集单元2均通过光纤或无线通信模块与计算机3相连接；无线通信模块为无线网桥、GPRS模块或4G模块。
所述压力采集单元2包括压力传感器7、数据采集控制模块8及存储器9，其中，压力传感器7的输出端与数据采集控制模块8的输入端相连接，数据采集控制模块8的输出端与存储器9及计算机3相连接。
本发明的具体工作过程为：
压缩机4对便携式压力波发生器5进行压力调节，便携式压力波发生器5在待诊断集输油管线中的液体内施加压力波，使压力波在待诊断集输油管线内传播，所述压力波传递到堵塞处时，则反射回来，压力传感器7及温度传感器将采集到的监测点的温度信号及压力信号发送至计算机3中，计算机3根据压力传感器7采集得到压力信号绘制压力波动曲线，并获取压力波动曲线上的相邻两个奇异点，再根据相邻两个奇异点之间的时间差及压力波的传播速度计算堵塞处与监测点之间的间距，实现堵塞点的定位，相关操作人员根据诊断结果，进行现场检查及故障处理，并对故障处理后的工况进行反馈，从而实现机器学习增大样本库，形成闭环管理。需要说明的是，当压力波传播到监测点时，压力波动曲线上出现一个奇异点，压力波经堵塞处反射后，再次传播到监测点时，压力波动曲线上出现另一个奇异点。
实施例一
计算机3包括去噪模块、小波变换模块、奇异点识别模块、特征时间识别模块及堵塞点位置计算模块，其中，压力传感器7的输出端依次经去噪模块、小波变换模块、奇异点识别模块及特征时间识别模块与堵塞点位置计算模块相连接，在具体操作时，去噪模块对压力信号进行去噪，再发送至小波变换模块中，小波变换模块对去噪后的信号进行小波变换，然后通过奇异点模块计算各尺度下小波变换的模极大值点，然后根据各尺度下小波变换的膜极大值点得若干模极大值曲线，再在模极大值曲线上进行两个奇异点位置的确定，再根据两个奇异点的位置确定两个奇异点之间的时间差，然后再根据两个奇异点之间的时间差计算堵塞处与监测点之间的间距。
实施例二
计算机3直接显示压力信号，然后即可寻找出压力信号曲线上的两个奇异值，然后再根据压力波动曲线上的两个奇异值之间的时间差计算堵塞点与监测点之间的距离。

Claims (6)

1.一种基于瞬态模型的集输油管线冻堵点位置诊断***，其特征在于，包括计算机(3)、用于在集输油管线内施加压力波的瞬态激发单元(1)、用于检测集输油管线上监测点处压力信号的压力采集单元(2)以及用于检测集输油管线上监测点处温度信息的温度采集单元，其中，温度采集单元的输出端及压力采集单元(2)的输出端与计算机(3)相连接。
2.根据权利要求1所述的基于瞬态模型的集输油管线冻堵点位置诊断***，其特征在于，所述瞬态激发单元(1)包括压缩机(4)、便携式压力波发生器(5)及连接阀(6)，其中，压缩机(4)与便携式压力波发生器(5)的控制端相连接，便携式压力波发生器(5)的输出端经连接阀(6)与集输油管线相连通，所述集输油管线内装有液体。
3.根据权利要求1所述的基于瞬态模型的集输油管线冻堵点位置诊断***，其特征在于，计算机(3)包括去噪模块、小波变换模块、奇异点识别模块、特征时间识别模块及堵塞点位置计算模块，其中，压力传感器(7)的输出端依次经去噪模块、小波变换模块、奇异点识别模块及特征时间识别模块与堵塞点位置计算模块相连接。
4.根据权利要求1所述的基于瞬态模型的集输油管线冻堵点位置诊断***，其特征在于，温度采集单元及压力采集单元(2)均通过光纤或无线通信模块与计算机(3)相连接。
5.根据权利要求4所述的基于瞬态模型的集输油管线冻堵点位置诊断***，其特征在于无线通信模块为无线网桥、GPRS模块或4G模块。
6.根据权利要求1所述的基于瞬态模型的集输油管线冻堵点位置诊断***，其特征在于，所述压力采集单元(2)包括压力传感器(7)、数据采集控制模块(8)及存储器(9)，其中，压力传感器(7)的输出端与数据采集控制模块(8)的输入端相连接，数据采集控制模块(8)的输出端与存储器(9)及计算机(3)相连接。
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