集輸立管系統(tǒng)氣液兩相流整體流型快速識(shí)別系統(tǒng)的制作方法【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了集輸立管系統(tǒng)氣液兩相流整體流型快速識(shí)別系統(tǒng)，包括如下模塊：信號(hào)采集模塊：用于采集集輸立管系統(tǒng)管線不同位置壓差測(cè)量裝置的壓差信號(hào)，其中，安裝于立管段的壓差測(cè)量裝置≥2臺(tái)，安裝于立管頂部至氣液分離器之間的壓差測(cè)量裝置≥1臺(tái)；前處理模塊：用于對(duì)信號(hào)采集模塊所采集的壓差信號(hào)進(jìn)行處理，得到壓差信號(hào)的無(wú)量綱特征；流型識(shí)別模塊：根據(jù)壓差信號(hào)的無(wú)量綱特征及預(yù)設(shè)的判別模型得到集輸立管系統(tǒng)內(nèi)氣液兩相流整體流型。本發(fā)明可以極大縮短信號(hào)采集時(shí)間，實(shí)現(xiàn)整體流型快速識(shí)別?！緦＠f(shuō)明】集輸立管系統(tǒng)氣液兩相流整體流型快速識(shí)別系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域：
[0001]本發(fā)明屬于石油工程多相流檢測(cè)
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體設(shè)及集輸立管系統(tǒng)氣液兩相流整體流型快速識(shí)別系統(tǒng)?！?br>背景技術(shù)：
】[0002]在海洋油氣開(kāi)發(fā)中，為節(jié)約管道鋪設(shè)成本，常采用氣液集輸(混合輸運(yùn))方式，將原油、天然氣及水等產(chǎn)出物自海底舉升到海面生產(chǎn)平臺(tái)。其中，自海底脫離與海床接觸處至海面的管段稱為立管。由于一座平臺(tái)通常匯集多口油井的產(chǎn)出物，因而自立管底部至井口間存在一定長(zhǎng)度沿海底鋪設(shè)的管段。海底管-立管運(yùn)一特殊結(jié)構(gòu)使得立管內(nèi)氣液混合物的流動(dòng)形態(tài)有別于氣液在底部混合的垂直管或近垂直管內(nèi)的流型。具體而言，在某一局部、某一時(shí)刻，流型可能為泡狀流、彈狀流、混狀流、環(huán)狀流等基本形態(tài);而同一時(shí)刻沿程不同位置的流型未必相同、同一位置不同時(shí)刻的流型也未必相同一一局部流型的時(shí)空分布構(gòu)成了整體流型。[0003]集輸立管系統(tǒng)整體流型與海洋油氣集輸管線及海面平臺(tái)設(shè)備的安全運(yùn)行具有密切聯(lián)系。在一定氣液流速下，立管內(nèi)將出現(xiàn)W長(zhǎng)液塞為特征、氣液交替流出的強(qiáng)烈間歇性流動(dòng)，稱為嚴(yán)重段塞流。W嚴(yán)重段塞流為代表的不穩(wěn)定流型危害影響生產(chǎn)效率及生產(chǎn)安全，具體表現(xiàn)為產(chǎn)量劇烈波動(dòng)、壓力劇烈波動(dòng)與管線振動(dòng)、氣液分離器無(wú)法正常工作甚至溢流、加劇管道腐蝕與結(jié)蠟等。因此，必須對(duì)此類流型嚴(yán)密監(jiān)控W保障生產(chǎn)安全，而立管整體流型的快速識(shí)別為有害流型有效、及時(shí)、多樣化控制的基礎(chǔ)。[0004]集輸立管系統(tǒng)整體流型識(shí)別裝置目前都是基于單個(gè)傳感器，如中國(guó)發(fā)明專利（公布號(hào)CN102878431B)采用的是管線入口處的壓力傳感器；中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)（公布號(hào)CN104807589A)采用的是立管頂部的壓力傳感器。[0005]集輸立管系統(tǒng)整體流型識(shí)別要基于波動(dòng)信號(hào)特征分析的方法，由于集輸立管系統(tǒng)內(nèi)的整體流型一般具有顯著的周期性，且不同流型的信號(hào)值在存在交集甚至較大交集，因此當(dāng)采用上述裝置進(jìn)行整體流型識(shí)別時(shí)，信號(hào)采集時(shí)長(zhǎng)十分保守，一般要求覆蓋壓力波動(dòng)的完整周期。在實(shí)驗(yàn)室中，嚴(yán)重段塞流的波動(dòng)周期最長(zhǎng)超過(guò)化，而現(xiàn)場(chǎng)管道的壓力波動(dòng)周期可達(dá)實(shí)驗(yàn)室的10~20倍甚至更高，識(shí)別實(shí)時(shí)性成為重大挑戰(zhàn)。【
發(fā)明內(nèi)容】[0006]本發(fā)明的目的在于提供集輸立管系統(tǒng)氣液兩相流整體流型快速識(shí)別系統(tǒng)，W克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明可W極大縮短信號(hào)采集時(shí)間，實(shí)現(xiàn)整體流型快速識(shí)別。[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：[000引集輸立管系統(tǒng)氣液兩相流整體流型快速識(shí)別系統(tǒng)，包括如下模塊：[0009]信號(hào)采集模塊：用于采集集輸立管系統(tǒng)管線不同位置壓差測(cè)量裝置的壓差信號(hào)，其中，安裝于立管段的壓差測(cè)量裝置含2臺(tái)，安裝于立管頂部至氣液分離器之間的壓差測(cè)量裝置含1臺(tái)，所述壓差測(cè)量裝置測(cè)量的是集輸立管系統(tǒng)管線上兩個(gè)取壓口的靜壓差；[0010]前處理模塊：用于對(duì)信號(hào)采集模塊所采集的壓差信號(hào)進(jìn)行處理，得到壓差信號(hào)的無(wú)量綱特征；[0011]流型識(shí)別模塊:根據(jù)壓差信號(hào)的無(wú)量綱特征及預(yù)設(shè)的判別模型得到集輸立管系統(tǒng)內(nèi)氣液兩相流整體流型。[0012]進(jìn)一步地，還包括輸出模塊：用于將集輸立管系統(tǒng)內(nèi)氣液兩相流整體流型的識(shí)別結(jié)果通過(guò)屏幕顯示或電信號(hào)輸出。[0013]進(jìn)一步地，前處理模塊包括：[0014]在線濾波模塊:用于對(duì)采集的壓差信號(hào)進(jìn)行濾波；[0015]無(wú)量綱化模塊:用于將濾波后的壓差信號(hào)無(wú)量綱化得到無(wú)量綱化樣本；[0016]特征計(jì)算模塊:用于計(jì)算無(wú)量綱化樣本的各壓差信號(hào)的無(wú)量綱特征。[0017]進(jìn)一步地，無(wú)量綱化具體為將濾波后的各壓差信號(hào)除W當(dāng)各壓差測(cè)試段充滿液相工質(zhì)時(shí)的靜壓差。[0018]進(jìn)一步地，無(wú)量綱特征為無(wú)量綱化樣本的各壓差信號(hào)的均值和極差。[0019]進(jìn)一步地，流型識(shí)別模塊包括：[0020]大類識(shí)別模塊:根據(jù)壓差信號(hào)的無(wú)量綱特征及預(yù)設(shè)的判別模型得到大類類別；[0021]細(xì)化識(shí)別模塊:根據(jù)大類類別及預(yù)設(shè)的判別模型得到細(xì)化類別。[0022]進(jìn)一步地，所述大類類別包括不穩(wěn)定流型和穩(wěn)定流型。[0023]進(jìn)一步地，不穩(wěn)定流型的細(xì)化類別包括嚴(yán)重段塞流和過(guò)渡流型，穩(wěn)定流型的細(xì)化類別包括第一類穩(wěn)定流型與第二類穩(wěn)定流型。[0024]進(jìn)一步地，所述判別模型為預(yù)先訓(xùn)練好的樹(shù)狀判別模型。[0025]進(jìn)一步地，所述樹(shù)狀判別模型的結(jié)構(gòu)為二叉樹(shù)，且各子樹(shù)均為最小二乘支持向量機(jī)。[0026]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有W下有益的技術(shù)效果：[0027]本發(fā)明基于集輸立管系統(tǒng)不同位置處的多臺(tái)壓差測(cè)量裝置，所測(cè)量的各壓差信號(hào)從直觀上即可看出，它們?cè)诓煌餍拖露U合關(guān)系在很短的時(shí)長(zhǎng)內(nèi)即體現(xiàn)出不同，因此可W極大縮短信號(hào)采集時(shí)間，實(shí)現(xiàn)整體流型快速識(shí)別。此外，由于壓差短時(shí)信號(hào)與流型的關(guān)系具有直觀的物理意義，因此較基于單壓力/壓差測(cè)量裝置的整體流型識(shí)別裝置，采用本發(fā)明可避免識(shí)別過(guò)程中對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻域方面的分析，顯著簡(jiǎn)化了識(shí)別模型，并因此對(duì)變頻干擾也具有更好的適用性?！靖綀D說(shuō)明】[0028]圖1為本發(fā)明集輸立管系統(tǒng)氣液兩相流整體流型快速識(shí)別系統(tǒng)示意圖；[0029]其中，1、第一壓差傳感器;2、第二壓差傳感器;3、第Ξ壓差傳感器；[0030]圖2為各流型壓差波動(dòng)示例；其中，（a)-一不穩(wěn)定流型UST之嚴(yán)重段塞流SS;(b)--不穩(wěn)定流型UST之過(guò)渡流型TR;(C)--穩(wěn)定流型ST之第一類穩(wěn)定流型ST1;(d)--穩(wěn)定流型ST之第二類穩(wěn)定流型ST2;[0031]圖3為用于整體流型快速識(shí)別的樹(shù)狀判別模型?！揪唧w實(shí)施方式】[0032]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述：[0033]如圖1所示的集輸立管系統(tǒng)氣液兩相流整體流型快速識(shí)別系統(tǒng)，由不少于3臺(tái)壓差測(cè)量裝置構(gòu)成（圖中為壓差傳感器），其中不少于1臺(tái)安裝于立管頂部至氣液分離器之間，不少于2臺(tái)安裝于立管不同位置，各傳感器的取壓口垂直于管壁。各傳感器連接至安裝有采集卡的計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)內(nèi)預(yù)設(shè)了用于采集集輸立管系統(tǒng)管線不同位置壓差測(cè)量裝置的壓差信號(hào)的信號(hào)采集模塊、用于對(duì)信號(hào)采集模塊所采集的壓差信號(hào)進(jìn)行處理，得到壓差信號(hào)的無(wú)量綱特征的前處理模塊、根據(jù)壓差信號(hào)的無(wú)量綱特征及預(yù)設(shè)的判別模型得到集輸立管系統(tǒng)內(nèi)氣液兩相流整體流型的流型識(shí)別模塊，W及用于將集輸立管系統(tǒng)內(nèi)氣液兩相流整體流型的識(shí)別結(jié)果通過(guò)屏幕顯示或電信號(hào)輸出的輸出模塊。[0034]其中，前處理模塊包括用于對(duì)采集的壓差信號(hào)進(jìn)行濾波的在線濾波模塊；用于將濾波后的壓差信號(hào)無(wú)量綱化得到無(wú)量綱化樣本的無(wú)量綱化模塊;用于計(jì)算無(wú)量綱化樣本的各壓差信號(hào)的無(wú)量綱特征的特征計(jì)算模塊。[0035]流型識(shí)別模塊包括根據(jù)壓差信號(hào)的無(wú)量綱特征及預(yù)設(shè)的判別模型得到大類類別的大類識(shí)別模塊;根據(jù)大類類別及預(yù)設(shè)的判別模型得到細(xì)化類別的細(xì)化識(shí)別模塊。[0036]W上系統(tǒng)可用于集輸立管系統(tǒng)整體流型的識(shí)別，所識(shí)別的流型包括不穩(wěn)定流型(Unstable,UST)與穩(wěn)定流型（Stable,ST)。不穩(wěn)定流型包括嚴(yán)重段塞流（SevereSlugging,SS)與過(guò)渡流型(Transition，TR);穩(wěn)定流型包括第一類穩(wěn)定流型（S化ble1，STl)與第二類穩(wěn)定流型(S化ble2，ST2)。一種上述各流型的劃分標(biāo)準(zhǔn)如下：[0037]·UST:立管壓差波動(dòng)幅值不低于當(dāng)立管內(nèi)充滿液相工質(zhì)時(shí)靜壓差的20%;[0038]·ST:立管壓差波動(dòng)幅值低于當(dāng)立管內(nèi)充滿液相工質(zhì)時(shí)靜壓差的20%;[0039].SS(下列條件至少滿足一項(xiàng)）：a)存在液塞流出階段，b)在液塞生長(zhǎng)階段立管底部被液相阻塞；[0040]·TR:除SSW外的其它UST流型；[0041]·ST1:立管壓差波動(dòng)均值低于當(dāng)立管內(nèi)充滿液相工質(zhì)時(shí)靜壓差的30%，含ST流型與UST流型交替出現(xiàn)時(shí)的ST周期；[0042]·ST2:立管壓差波動(dòng)均值不低于當(dāng)立管內(nèi)充滿液相工質(zhì)時(shí)靜壓差的30%。[0043]如圖1所示的集輸立管系統(tǒng)中，安裝的壓差測(cè)量裝置為第一壓差傳感器1、第二壓差傳感器2和第Ξ壓差傳感器3,分別測(cè)量立管壓差、立管底部壓差、立管頂部至分離器壓差。由于第一壓差傳感器1、第二壓差傳感器2分別與第Ξ壓差傳感器3共用1個(gè)取壓口，因此3臺(tái)壓差傳感器還可由4臺(tái)壓力傳感器等效替代。所測(cè)壓差均為靜壓差，取壓管的安裝方式為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知。各壓差傳感器輸出的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)通過(guò)導(dǎo)線輸入至安裝有信號(hào)采集卡的計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)中預(yù)先設(shè)置了帶有實(shí)時(shí)濾波功能的采集程序。本實(shí)施例中，所用信號(hào)采集卡為NIPCI/PXI6255M;帶有實(shí)時(shí)濾波功能的采集程序通過(guò)NILabview?軟件編寫，采樣原理及編寫方法為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知。[0044]圖2為該系統(tǒng)采集到的55、了3、51'1、5了2等4種流型典型工況的壓差波形圖。所示信號(hào)為無(wú)量綱化后的壓差信號(hào)，下標(biāo)為傳感器編號(hào)。無(wú)量綱化具體為所述每一壓差信號(hào)除W當(dāng)各自壓差測(cè)試段充滿液相工質(zhì)時(shí)的靜壓差。從圖中可W直觀看到，不同流型的每個(gè)壓差信號(hào)，在某一段時(shí)間甚至較長(zhǎng)的時(shí)間都可W相同，但2個(gè)或3個(gè)壓差信號(hào)的聯(lián)合關(guān)系則不同。因此無(wú)論波動(dòng)周期大小，均僅需一段很短的信號(hào)組合即可實(shí)現(xiàn)整體流型的區(qū)分。[0045]上述流型通過(guò)前處理模塊與判別模型實(shí)現(xiàn)識(shí)別。其中，前處理模塊首先對(duì)各信號(hào)進(jìn)行前述無(wú)量綱化處理;然后計(jì)算流型識(shí)別所需的特征參數(shù)，包括各信號(hào)的均值與極差。在本實(shí)施例中，判別模型采用預(yù)先訓(xùn)練好的樹(shù)狀判別模型。如圖3所示，本實(shí)施例中，流型識(shí)別分為2個(gè)層次，首先通過(guò)大類識(shí)別模塊判別得到UST或ST等2大類流型，然后進(jìn)一步通過(guò)細(xì)化識(shí)別模塊判別得到SS、TR或STUST2等具體流型，具體為;待識(shí)別樣本首先通過(guò)第1~2層次子樹(shù)識(shí)別出UST流型與ST流型兩個(gè)大類，然后通過(guò)第2~3層次子樹(shù)識(shí)別出55、了3、51'1、5了2等流型。二叉樹(shù)各子樹(shù)均為最小二乘支持向量機(jī)化S-SVM)，其訓(xùn)練方法為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知。[0046]在本實(shí)施例中，記錄下的壓差波動(dòng)最長(zhǎng)周期為2.化，無(wú)論單獨(dú)采用哪一壓差傳感器，或采用某一替代的壓力傳感器，均需采集長(zhǎng)度與該值數(shù)量級(jí)相同的信號(hào)方可識(shí)別流型。而采用本發(fā)明所述系統(tǒng)，對(duì)于本實(shí)施例范圍內(nèi)的所有工況，無(wú)論流動(dòng)周期如何，識(shí)別UST、ST等2大類流型所需的樣本長(zhǎng)度均可縮短至6.83，識(shí)別55、了3、51'1、5了2等4類流型所需的樣本長(zhǎng)度均縮短至20s，樣本的判別時(shí)間可忽略不計(jì)。表1為采用本發(fā)明時(shí)在前述樣本長(zhǎng)度下測(cè)試結(jié)果，可見(jiàn)本發(fā)明通過(guò)快速采集流型信號(hào)，極大改善了集輸立管系統(tǒng)整體流型識(shí)別的實(shí)時(shí)性，實(shí)現(xiàn)了整體流型的快速識(shí)別。[0047]表1采用本發(fā)明時(shí)各流型的識(shí)別正確率[004引（a)UST與ST等2大類(信號(hào)樣本長(zhǎng)度:6.8s)Γ00491[0053]W上僅為本發(fā)明的一種實(shí)施方式，不是全部或唯一的實(shí)施方式。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員通過(guò)閱讀本發(fā)明說(shuō)明書而對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案采取的任何等效的變換，均為本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。【主權(quán)項(xiàng)】1.集輸立管系統(tǒng)氣液兩相流整體流型快速識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于，包括如下模塊：信號(hào)采集模塊：用于采集集輸立管系統(tǒng)管線不同位置壓差測(cè)量裝置的壓差信號(hào)，其中，安裝于立管段的壓差測(cè)量裝置22臺(tái)，安裝于立管頂部至氣液分離器之間的壓差測(cè)量裝置21臺(tái)，所述壓差測(cè)量裝置測(cè)量的是集輸立管系統(tǒng)管線上兩個(gè)取壓口的靜壓差；前處理模塊：用于對(duì)信號(hào)采集模塊所采集的壓差信號(hào)進(jìn)行處理，得到壓差信號(hào)的無(wú)量綱特征；流型識(shí)別模塊:根據(jù)壓差信號(hào)的無(wú)量綱特征及預(yù)設(shè)的判別模型得到集輸立管系統(tǒng)內(nèi)氣液兩相流整體流型。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集輸立管系統(tǒng)氣液兩相流整體流型快速識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于，還包括輸出模塊：用于將集輸立管系統(tǒng)內(nèi)氣液兩相流整體流型的識(shí)別結(jié)果通過(guò)屏幕顯示或電信號(hào)輸出。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集輸立管系統(tǒng)氣液兩相流整體流型快速識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于，前處理模塊包括：在線濾波模塊:用于對(duì)采集的壓差信號(hào)進(jìn)行濾波；無(wú)量綱化模塊:用于將濾波后的壓差信號(hào)無(wú)量綱化得到無(wú)量綱化樣本；特征計(jì)算模塊:用于計(jì)算無(wú)量綱化樣本的各壓差信號(hào)的無(wú)量綱特征。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的集輸立管系統(tǒng)氣液兩相流整體流型快速識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于，無(wú)量綱化具體為將濾波后的各壓差信號(hào)除以當(dāng)各壓差測(cè)試段充滿液相工質(zhì)時(shí)的靜壓差。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的集輸立管系統(tǒng)氣液兩相流整體流型快速識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于，無(wú)量綱特征為無(wú)量綱化樣本的各壓差信號(hào)的均值和極差。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集輸立管系統(tǒng)氣液兩相流整體流型快速識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于，流型識(shí)別模塊包括：大類識(shí)別模塊:根據(jù)壓差信號(hào)的無(wú)量綱特征及預(yù)設(shè)的判別模型得到大類類別；細(xì)化識(shí)別模塊:根據(jù)大類類別及預(yù)設(shè)的判別模型得到細(xì)化類別。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的集輸立管系統(tǒng)氣液兩相流整體流型快速識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于，所述大類類別包括不穩(wěn)定流型和穩(wěn)定流型。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的集輸立管系統(tǒng)氣液兩相流整體流型快速識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于，不穩(wěn)定流型的細(xì)化類別包括嚴(yán)重段塞流和過(guò)渡流型，穩(wěn)定流型的細(xì)化類別包括第一類穩(wěn)定流型與第二類穩(wěn)定流型。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集輸立管系統(tǒng)氣液兩相流整體流型快速識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于，所述判別模型為預(yù)先訓(xùn)練好的樹(shù)狀判別模型。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的集輸立管系統(tǒng)氣液兩相流整體流型快速識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于，所述樹(shù)狀判別模型的結(jié)構(gòu)為二叉樹(shù)，且各子樹(shù)均為最小二乘支持向量機(jī)?！疚臋n編號(hào)】G01M10/00GK105823617SQ201610153273【公開(kāi)日】2016年8月3日【申請(qǐng)日】2016年3月17日【發(fā)明人】郭烈錦,鄒遂豐,李文升,謝晨,周宏亮【申請(qǐng)人】西安交通大學(xué)