專利名稱：消除集輸-立管系統(tǒng)嚴重段塞流的實時節(jié)流裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種消除集輸-立管系統(tǒng)嚴重段塞流的實時節(jié)流方法。
背景技術(shù)：
在海洋石油工業(yè)領(lǐng)域中，井口平臺的原油是通過海底管道輸送到浮式生產(chǎn)儲存卸貨裝置(Floating Production storage & Offloading，F(xiàn)PS0)的，而立管是用于將海底集輸管道中的原油輸送至海上平臺的設(shè)備，由于海洋油田的水深可達幾百米甚至幾千米，常將其設(shè)計為懸鏈型或S型結(jié)構(gòu)。為降低輸運成本，石油和天然氣在海底管道中常采用混輸?shù)姆绞?。當氣液流速較低時，海底集輸管道內(nèi)的石油會積聚在立管的底部，阻止天然氣進入立管并將其壓縮在上游集輸管道內(nèi)。隨著積液量的增加，立管內(nèi)的液位不斷升高，被壓縮天然氣的壓力隨之升高，當其壓力足夠大時，大量氣體便會快速進入立管，并推動管內(nèi)的液塞快速噴出，這種發(fā)生在立管系統(tǒng)中的氣體和液體周期性產(chǎn)出的、伴隨壓力大幅波動的現(xiàn)象被稱為嚴重段塞流現(xiàn)象。嚴重段塞流是一種極為有害的流型，它不僅會引起系統(tǒng)壓力和產(chǎn)量的大幅波動， 還會產(chǎn)生很長的液塞，造成分離器分離困難甚至超出分離器的處理能力而溢出；不僅如此， 它造成的高背壓會降低油藏的產(chǎn)能；高速噴出的氣液還會對分離器等設(shè)備產(chǎn)生沖擊，引起海管劇烈振動并加劇設(shè)備的腐蝕。嚴重段塞流現(xiàn)象極大地危害了海洋平臺的安全生產(chǎn)和穩(wěn)定運行，因此，必須采取一定的措施，消除或抑制嚴重段塞流現(xiàn)象。立管頂部節(jié)流是抑制和消除嚴重段塞流的有效方法。1999年，SPE編號為 56461-MS的會議論文報道了利用上升管出口節(jié)流來消除嚴重段塞流的方法，該方法以北海 Dimbar油田海管為例，使用上升管底部的壓力信號作為立管出口節(jié)流閥的調(diào)節(jié)依據(jù)，使上升管底部壓力穩(wěn)定在期望值。中國發(fā)明專利第2005100似681. 9號，發(fā)明名稱為消除嚴重段塞流的閥門節(jié)流動態(tài)控制方法(
公開日期2005年11月23日)公布了一種消除嚴重段塞流的動態(tài)節(jié)流控制方法，該方法主要以立管底部壓力為調(diào)節(jié)依據(jù)，通過調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開度，使立管底部壓力波動穩(wěn)定在期望值范圍內(nèi)。然而，在海洋石油中，已建成投產(chǎn)的油田常常只在井口平臺的下岸端和FPSO的上岸端設(shè)置了壓力和溫度等傳感器，而沒有對水下管道中的流動信息進行監(jiān)測。由于海底條件異常復(fù)雜，海管造價非常昂貴，通過在水下海管安裝傳感器獲得管內(nèi)壓力往往是不可行的，使上述節(jié)流技術(shù)在實際應(yīng)用中受到了限制，因此必須開發(fā)一種能夠使用油田現(xiàn)有壓力信號作為調(diào)節(jié)依據(jù)的實時的節(jié)流裝置及方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種消除集輸-立管系統(tǒng)嚴重段塞流的實時節(jié)流方法，以井口平臺的下岸壓力和FPSO的上岸壓力作為節(jié)流閥閥門的調(diào)節(jié)依據(jù)，通過調(diào)節(jié)閥門開度，能夠?qū)⒕谄脚_的下岸壓力及其波動幅度，F(xiàn)PSO的上岸壓力及其波動幅度，以及出口氣體流量波動幅度降低到并穩(wěn)定在其合理的期望值，從而達到抑制和消除嚴重段塞流的目的。本發(fā)明消除集輸-立管系統(tǒng)嚴重段塞流的實時節(jié)流裝置，包括PID邏輯運算模塊、 節(jié)流閥和壓力傳感器；所述節(jié)流閥設(shè)于集輸-立管系統(tǒng)的立管出口端，所述壓力傳感器包括位于FPSO上岸端的FPSO上岸端壓力傳感器和位于井口平臺下岸端的井口平臺下岸端壓力傳感器，所述節(jié)流閥位于FPSO上岸端壓力傳感器的下游，所述PID邏輯運算模塊以井口平臺壓力和FPSO上岸壓力特征計算閥門開度調(diào)節(jié)值，指導(dǎo)節(jié)流閥的動作。所述PID邏輯運算模塊綜合主調(diào)節(jié)模塊、修正調(diào)節(jié)模塊、上岸壓力實時控制模塊， 以及下岸壓力實時控制模塊調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開度值，對節(jié)流閥進行指導(dǎo)，其中，所述主調(diào)節(jié)模塊以井口平臺下岸壓力的波動幅度為調(diào)節(jié)依據(jù)進行調(diào)節(jié)，所述修正調(diào)節(jié)模塊以井口平臺下岸壓力最大值為調(diào)節(jié)依據(jù)進行調(diào)節(jié)，所述上岸壓力實時控制模塊以FPSO上岸壓力平均值為調(diào)節(jié)依據(jù)進行調(diào)節(jié)，所述下岸壓力實時控制模塊以井口平臺下岸端壓力平均值為調(diào)節(jié)依據(jù)進行調(diào)節(jié)；所述主調(diào)節(jié)模塊的循環(huán)時間至少包含一個完整的段塞流周期；上述消除集輸-立管系統(tǒng)嚴重段塞流的實時節(jié)流裝置的節(jié)流方法為采集井口平臺下岸端壓力傳感器、FPSO上岸端壓力傳感器、節(jié)流閥和出口氣體流量計的輸出信號，通過計算獲得井口平臺下岸壓力的波動幅度、井口平臺下岸壓力的最大值、FPSO上岸壓力的平均值和井口平臺壓力的平均值以此為依據(jù)調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開度值。上述消除集輸-立管系統(tǒng)嚴重段塞流的實時節(jié)流裝置的節(jié)流方法包括以下步驟(1)判斷集輸-立管系統(tǒng)的壓力及出口燃氣流量是否超限，如果超限，則調(diào)節(jié)閥門開度值為安全開度，如果不超限，則并行執(zhí)行步驟(2)至步驟(5)；(2)啟動主調(diào)節(jié)模塊的周期計時，同時采集井口平臺下岸壓力傳感器(5)的輸出信號，存儲，當主調(diào)節(jié)模塊的循環(huán)周期結(jié)束后，統(tǒng)計計算該周期內(nèi)井口平臺下岸壓力的波動幅度PV1,然后根據(jù)該波動幅度PV1計算節(jié)流閥閥門的第一個開度調(diào)節(jié)值(Z1(O)；(3)啟動修正模塊的周期計時，同時采集井口平臺下岸端壓力傳感器(5)的輸出信號，存儲，當修正模塊的循環(huán)周期結(jié)束后，統(tǒng)計計算該周期內(nèi)井口平臺下岸壓力的最大值 (PV2),根據(jù)該最大值計算節(jié)流閥閥門的第二個開度調(diào)節(jié)值(Z2(t))；(4)啟動上岸壓力實時控制模塊的周期計時，同時采集FPSO上岸端壓力傳感器(6)的輸出信號，存儲，當上岸壓力實時控制模塊的循環(huán)周期結(jié)束后，統(tǒng)計計算該周期內(nèi)FPSO上岸壓力的平均值(PV3),根據(jù)該最平均值計算節(jié)流閥閥門的第三個開度調(diào)節(jié)值 (Z3(t))；(5)啟動下岸壓力實時控制模塊的周期計時，同時采集井口平臺下岸端壓力傳感器(5)的輸出信號，存儲，當下岸壓力實時控制模塊的循環(huán)周期結(jié)束后，統(tǒng)計計算該周期內(nèi)井口平臺下岸壓力的平均值(PV4),根據(jù)該平均值計算節(jié)流閥閥門的第四個開度調(diào)節(jié)值 (Z4(t))；(6)計算節(jié)流閥總的調(diào)節(jié)值，該總的調(diào)節(jié)值等于上述四個開度調(diào)節(jié)值(Z)之和；(7)將步驟(6)計算得到的總的調(diào)節(jié)值轉(zhuǎn)換為模擬信號，控制節(jié)流閥的開度值。所述節(jié)流閥開度調(diào)節(jié)值根據(jù)以下公式計算^(0 = Kck (PVk-SP1) + ^- Γ(PVk -SPk)dt + Tdk
5
其中，Zk(t)為對應(yīng)模塊的閥門開度調(diào)節(jié)值；PVk為對應(yīng)采集到的壓力參數(shù)；SPk為對應(yīng)壓力參數(shù)的期望值；K。k為對應(yīng)模塊的比例增益；Tik為對應(yīng)模塊的積分時間常數(shù)；Td3為對應(yīng)模塊的微分時間常數(shù)；所述主調(diào)節(jié)模塊的循環(huán)周期為3600s ；所述修正模塊的循環(huán)周期為3600s ；所述上岸壓力實時控制模塊的循環(huán)周期為600s ；所述下岸壓力實時控制模塊的循環(huán)周期為Is。本發(fā)明消除集輸-立管系統(tǒng)嚴重段塞流的實時節(jié)流裝置及方法至少具有以下優(yōu)點本發(fā)明以井口平臺的下岸壓力和FPSO的上岸壓力作為節(jié)流閥閥門的調(diào)節(jié)依據(jù)，通過調(diào)節(jié)閥門開度，能夠?qū)⒕谄脚_的下岸壓力及其波動幅度，F(xiàn)PSO的上岸壓力及其波動幅度，以及出口氣體流量波動幅度降低到并穩(wěn)定在其合理的期望值，從而達到抑制和消除嚴重段塞流的目的。與中國發(fā)明專利第2005100似681. 9號相比，不使用對水下立管底部的壓力特征進行調(diào)節(jié)，適用于大部分油田，可行性和推廣前景更強、更好，因為通過在水下海管安裝傳感器獲得管內(nèi)壓力往往是不可行的。


圖1為海洋集輸-S型柔性立管系統(tǒng)和其調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實現(xiàn)立管頂部閥門實時節(jié)流的流程圖。圖中各標記如下1 井口平臺；2 =FPSO ；3 海底混輸管道；4 =S型柔性立管；5 井口平臺下岸端壓力傳感器；6 :FPS0上岸端壓力傳感器；7 :FPS0上岸端節(jié)流閥；8 :FPS0上岸端出口氣體流量計；9 =FPSO原油處理與儲存設(shè)備；10海平面。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明消除集輸-立管系統(tǒng)嚴重段塞流的實時節(jié)流裝置及方法做詳細描述本發(fā)明消除海洋石油工業(yè)領(lǐng)域海底石油天然氣集輸-立管系統(tǒng)中的嚴重段塞流的立管頂部閥門實時節(jié)流方法使用井口平臺的下岸壓力和FPSO的上岸壓力作為閥門的調(diào)節(jié)依據(jù)，通過調(diào)節(jié)閥門開度，能夠?qū)⒕谄脚_的下岸壓力及其波動幅度，F(xiàn)PSO的上岸壓力及其波動幅度，以及出口氣體流量波動幅度降低到并穩(wěn)定在其合理的期望值，從而達到抑制和消除嚴重段塞流的目的。本發(fā)明提供的消除海洋石油工業(yè)領(lǐng)域海底石油天然氣集輸-立管中嚴重段塞流的實時節(jié)流裝置包括PID邏輯運算模塊、節(jié)流閥和壓力傳感器；所述節(jié)流閥設(shè)于所述集輸-立管系統(tǒng)的立管出口端，即FPSO的上岸端；所述壓力傳感器分別設(shè)于所述集輸-立管系統(tǒng)的入口端，即井口平臺的下岸端，和所述集輸-立管系統(tǒng)的出口端，即FPSO的上岸端。本發(fā)明的實時節(jié)流方法以井口平臺的下岸壓力和FPSO的上岸壓力為調(diào)節(jié)依據(jù)， 由一個主調(diào)節(jié)模塊，一個修正模塊，以及兩個小循環(huán)模塊共同作用，控制閥門的開度，使所述集輸-立管系統(tǒng)的入口端，即井口平臺的下岸端的壓力波動幅度趨近于并穩(wěn)定在其期望值。各模塊的調(diào)節(jié)依據(jù)和調(diào)節(jié)目的請見表1:表1各模塊及其依據(jù)和調(diào)節(jié)目的
權(quán)利要求
1.消除集輸-立管系統(tǒng)嚴重段塞流的實時節(jié)流裝置，其特征在于包括PID邏輯運算模塊、節(jié)流閥(7)和壓力傳感器；所述節(jié)流閥(7)設(shè)于集輸-立管系統(tǒng)的立管出口端，所述壓力傳感器包括位于FPSO上岸端的FPSO上岸端壓力傳感器(6)和位于井口平臺下岸端的井口平臺下岸端壓力傳感器(5)，所述節(jié)流閥(7)位于FPSO上岸端壓力傳感器(6)的下游， 所述PID邏輯運算模塊以井口平臺壓力和FPSO上岸壓力特征計算閥門開度調(diào)節(jié)值，指導(dǎo)節(jié)流閥的動作。
2.如權(quán)利要求1所述的消除集輸-立管系統(tǒng)嚴重段塞流的實時節(jié)流裝置，其特征在于 所述PID邏輯運算模塊綜合主調(diào)節(jié)模塊、修正調(diào)節(jié)模塊、上岸壓力實時控制模塊，以及下岸壓力實時控制模塊調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開度值，對節(jié)流閥進行指導(dǎo)，其中，所述主調(diào)節(jié)模塊以井口平臺下岸壓力的波動幅度為調(diào)節(jié)依據(jù)進行調(diào)節(jié)，所述修正調(diào)節(jié)模塊以井口平臺下岸壓力最大值為調(diào)節(jié)依據(jù)進行調(diào)節(jié)，所述上岸壓力實時控制模塊以FPSO上岸壓力平均值為調(diào)節(jié)依據(jù)進行調(diào)節(jié)，所述下岸壓力實時控制模塊以井口平臺下岸端壓力平均值為調(diào)節(jié)依據(jù)進行調(diào)節(jié)。
3.如權(quán)利要求1所述的消除集輸-立管系統(tǒng)嚴重段塞流的實時節(jié)流裝置，其特征在于 所述主調(diào)節(jié)模塊的循環(huán)時間至少包含一個完整的段塞流周期。
4.如權(quán)利要求1所述的消除集輸-立管系統(tǒng)嚴重段塞流的實時節(jié)流裝置的節(jié)流方法， 其特征在于采集井口平臺下岸端壓力傳感器( 、FPS0上岸端壓力傳感器(6)、節(jié)流閥(7) 和出口氣體流量計(8)的輸出信號，通過計算獲得井口平臺下岸壓力的波動幅度、井口平臺下岸壓力的最大值、FPSO上岸壓力的平均值和井口平臺壓力的平均值以此為依據(jù)調(diào)節(jié)節(jié)流閥(7)的開度值。
5.如權(quán)利要求4所述的消除集輸-立管系統(tǒng)嚴重段塞流的實時節(jié)流方法，其特征在于 包括以下步驟(1)判斷集輸-立管系統(tǒng)的壓力及出口燃氣流量是否超限，如果超限，則調(diào)節(jié)閥門開度值為安全開度，如果不超限，則并行執(zhí)行步驟(2)至步驟(5)；(2)啟動主調(diào)節(jié)模塊的周期計時，同時采集井口平臺下岸壓力傳感器(5)的輸出信號， 存儲，當主調(diào)節(jié)模塊的循環(huán)周期結(jié)束后，統(tǒng)計計算該周期內(nèi)井口平臺下岸壓力的波動幅度 PV1,然后根據(jù)該波動幅度PV1計算節(jié)流閥閥門的第一個開度調(diào)節(jié)值；(3)啟動修正模塊的周期計時，同時采集井口平臺下岸端壓力傳感器(5)的輸出信號，存儲，當修正模塊的循環(huán)周期結(jié)束后，統(tǒng)計計算該周期內(nèi)井口平臺下岸壓力的最大值 (PV2),根據(jù)該最大值計算節(jié)流閥閥門的第二個開度調(diào)節(jié)值(Z2 (t))；(4)啟動上岸壓力實時控制模塊的周期計時，同時采集FPSO上岸端壓力傳感器(6)的輸出信號，存儲，當上岸壓力實時控制模塊的循環(huán)周期結(jié)束后，統(tǒng)計計算該周期內(nèi)FPSO上岸壓力的平均值(PV3)，根據(jù)該最平均值計算節(jié)流閥閥門的第三個開度調(diào)節(jié)值α3α))；(5)啟動下岸壓力實時控制模塊的周期計時，同時采集井口平臺下岸端壓力傳感器 (5)的輸出信號，存儲，當下岸壓力實時控制模塊的循環(huán)周期結(jié)束后，統(tǒng)計計算該周期內(nèi)井口平臺下岸壓力的平均值(PV4)，根據(jù)該平均值計算節(jié)流閥閥門的第四個開度調(diào)節(jié)值 (Z4(t))；(6)計算節(jié)流閥總的調(diào)節(jié)值，該總的調(diào)節(jié)值等于上述四個開度調(diào)節(jié)值(Z)之和；(7)將步驟(6)計算得到的總的調(diào)節(jié)值轉(zhuǎn)換為模擬信號，控制節(jié)流閥的開度值。
6.如權(quán)利要求5所述的消除集輸-立管系統(tǒng)嚴重段塞流的實時節(jié)流方法，其特征在于 所述每一個模塊根據(jù)以下公式計算節(jié)流閥開度的調(diào)節(jié)值Zt(0 = Kck (PVk-SP1) + ^- ζ(PVk -SPk)dt + Tdk d^-sp^_1Ikα _其中，4(t)為對應(yīng)模塊的閥門開度調(diào)節(jié)值；PVk為對應(yīng)采集到的壓力參數(shù)；SPk為對應(yīng)壓力參數(shù)的期望值；Kck為對應(yīng)模塊的比例增益；Tik為對應(yīng)模塊的積分時間常數(shù)；Td3為對應(yīng)模塊的微分時間常數(shù)。
7.如權(quán)利要求5所述的消除集輸-立管系統(tǒng)嚴重段塞流的實時節(jié)流方法，其特征在于 所述主調(diào)節(jié)模塊的循環(huán)周期為3600s。
8.如權(quán)利要求5所述的消除集輸-立管系統(tǒng)嚴重段塞流的實時節(jié)流方法，其特征在于 所述修正模塊的循環(huán)周期為3600s。
9.如權(quán)利要求5所述的消除集輸-立管系統(tǒng)嚴重段塞流的實時節(jié)流方法，其特征在于 所述上岸壓力實時控制模塊的循環(huán)周期為600s。
10.如權(quán)利要求5所述的消除集輸-立管系統(tǒng)嚴重段塞流的實時節(jié)流方法，其特征在于所述下岸壓力實時控制模塊的循環(huán)周期為Is。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種消除集輸-立管系統(tǒng)嚴重段塞流的實時節(jié)流裝置及方法，包括PID邏輯運算模塊、節(jié)流閥和壓力傳感器；所述節(jié)流閥設(shè)于集輸-立管系統(tǒng)的立管出口端，所述壓力傳感器包括分別位于FPSO上岸端和位于井口平臺下岸端的傳感器，所述節(jié)流閥位于FPSO上岸端壓力傳感器的下游，在節(jié)流閥的下游設(shè)置有出口氣體流量計；所述實時節(jié)流裝置進一步包括主調(diào)節(jié)模塊、修正調(diào)節(jié)模塊、上岸壓力實時控制模塊，以及下岸壓力實時控制模塊，用于實時監(jiān)測節(jié)流閥、傳感器和氣體流量計的輸出信號。本發(fā)明以井口平臺的下岸壓力和FPSO的上岸壓力作為節(jié)流閥閥門的調(diào)節(jié)依據(jù)來抑制和消除嚴重段塞流。
文檔編號F17D3/01GK102410391SQ201110216748
公開日2012年4月11日 申請日期2011年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月1日
發(fā)明者葉晶, 李乃良, 郭烈錦, 陳森林 申請人:西安交通大學(xué)