基于粒子群算法的油田注水管网摩阻系数反演

注水管网运行多年后,管网内部摩阻系数与原始设计摩阻系数有较大差别,导致计算结果与实际结果不一致。由于在生产中不能对其直接测量,通过模糊聚类方法建立了部分压力未知情况下油田注水管网模型,针对油田注水管网节点压力部分未知情况下管元摩阻系数的反演求解,分别建立了注水管网节点压力仿真数学模型和管元摩阻系数反演的最优化数学模型。通过拟牛顿法对节点压力仿真和粒子群算法对管元摩阻系数反演相结合,对节点压力部分未知的理想管网管元摩阻系数反演,实现了管元摩阻系数部分精确求解和部分预估求解。实例计算结果表明,管网水力计算结果与测试结果误差较小。研究结果可在生产实践中为管网的进一步分析提供指导。     

基于人工鱼群算法的管道摩阻系数校正

在管网摩阻系数校正问题中,最优化模型是被讨论和应用最多的模型.其思想是:在满足管网水力平衡和校正参数取值范围等约束条件下,寻找最优校正参数的取值,使得由管网节点实测压力值与计算压力值之差的平方和所构成的目标函数值最小.提出一种基于人工鱼群算法校正油田注水管道摩阻系数的方法.结合注水管网的实际数据,利用人工鱼群算法对模型求解.从管道摩阻系数校正的结果看,校正值与管道实际摩阻系数值误差的平均值是0.99.     

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天然气管道系统在运行过程中，由于供气量和用气量的变化、阀门的开关、压缩机的启停等，往往会使管网系统处于不稳定的运行状态，加上目前管网运行中存在着区域供用气不平衡、管网服役时间长、运行环境恶劣、管线破漏频繁、事故隐患严重等问题。因此对管道系统进行动态分析是很有必要的。文章通过建立管道数学微分模型以及管网中非管元件数学微分模型，并用隐式差分法将偏微分模型转换为有限的差分方程，然后用牛顿迭代法求解有限差分方程组，最后通过自制软件对某气田管网进行了仿真。仿真结果表明：各管道中的压力没有超过管道允许压力，管网内压降较小。因此，可以适当增加输气量；而部分管段流量很小，利用率很低，则需要调整输气方案。仿真结果与实际情况对比表明，该方法具有仿真精度高、求解速度快的优点。     

高压天然气长输管网内天然气的相平衡计算

天然气各组分含量是评价天然气品质和污染程度的重要参数。目前,天然气各组分含量一般通过气相色谱仪来测定,在没有条件进行色谱测量的情况下,可以采用天然气相平衡计算方法来预测长输管网天然气各组分变化情况。建立了长距离、高压天然气输送管网内气体相平衡数学模型,并给出了相应计算方法。用该模型和求解方法对西气东输管网内进行了相平衡模拟计算,并与实测结果进行了比较。结果表明:预测结果与实测结果基本吻合,所建立的数学模型和计算方法可靠,能够较精确地预测长输管网内天然气的各组分含量、水力参数、物性参数、相平衡参数等。     

天然气管网输差计算方法研究与应用

在天然气管道输送过程中,不可避免地会出现输送差异,导致输送成本和经济损失的增加,研究天然气管网输差计算的准确性,可为后续输差分析和控制提供依据。从输差的构成角度,分析了影响输差计算准确度的因素,定量计算了压力、温度和气体成分对输差计算的影响程度,其排序为：压力>温度>气体组分。将本文输差计算结果中石油PPS系统的计算值进行比较,验证了本计算方法的准确性和适用性。该计算方法适用于TY天然气管网。与本项目采用的等温流动模型推导计算方法相比,两种方法计算的月输差最大偏差为568 638 m³,输差率最大偏差为0.097 1%,日输差率最大偏差为0.846 3%。本文提出的管网输差计算方法考虑了管道输送过程中管道沿线温度变化和管道高差的影响,更符合现场实际情况。     

正交试验设计在管道扩建优化设计中的应用

为了获得长输天然气管道干线扩建设计的最优方案,早日实现管网系统赢利的目标,以管道总年值费为目标函数建立了天然气管道系统参数优化设计模型,运用正交试验设计方法对模型进行求解,分别给出了水力约束条件、稳定性约束条件、管道强度约束条件和边界约束条件,并提出了采用正交试验设计法进行管道扩建优化设计的9个基本步骤。通过正交试验设计,不仅获得了各扩建管道与已建管道年值费用最低的最佳方案,还得到了管道管径、压力、压力比和管道壁厚等工艺参数的最优组合,实现了整个管网系统的全局优化设计。实例应用结果表明,该设计结果符合工程实际,该设计方法具有编程计算简单、计算次数少和不易漏掉最优方案的优点。     

油气集输优化设计中的管线越障碍与参数优化

本文讨论树状油气集输管网优化设计的两个问题:穿越障碍与参数优化。这是进行集输系统整体优化设计必须解决的实际问题。本文建立了优化问题的数学模型,提出了求解方法,给出了计算实例。     

输气管网适应性分析

对于一套现存的输气管网系统，由于资源、市场的不断变化，使得现有输气管网系统有可能不适应输送工艺的要求，需要对管网进行适应性分析。而要对管网进行准确的适应性分析，就需要对管网进行准确的水力计算。为此，建立了水平输气管网的稳态水力计算模型，采用具有二阶精度的预测-校正法对所建立模型进行求解，并对多条实际管道进行了模拟计算；然后与TGNET软件的计算结果进行了对比，证明所建立的模型和采用的预测-校正方法具有精度高、计算方法简便的特点，为输气管网适应性分析提供了准确的手段。所给出的3种判断管网适应性的方法，可为管网规划和改造提供依据。     

川西高压高产气田集输管网规划设计

管网规划设计通常是在确定最优化准则后,建立数学模型,通过计算机语言程序计算,得到最优结果。其过程复杂繁琐,且与工程实际结合不紧密,适用性较差。针对川西高压高产气田深井集气工艺的特点,结合气藏工程及其开发实际,提出了工程性的规划设计方法,并利用SI算法进行管网系统布局优化,利用TGNET软件进行参数方案比选优化。结果表明：该方法计算过程简单,与工程实际结合紧密,优化结果有较强的适用性。     

油田老区加密井主水管网的计算机优化

油田油井加密可以解决油田进入开发中后期后出现的一系列问题,在提高产量的同时,会导致地面注水系统的改变。油田注水管网属于枝状管网,其计算复杂,在实际的设计中通常采用人工经验连接,因此,得到的方案无法达到最优。针对油田老区注水井加密后的状况,建立适合计算机求解的老区加密井注水管网优化数学模型,利用计算机编制算法制成软件求解最优化解,得到加密后注水管网最优化的运行方案。对老区已有的注水管网进行计算机模拟,对注水井加密后注水管网的优化采用分级优化,主要包括管网的布局优化和参数优化。实例计算结果表明,采用计算机优化算法得到的结果优于人工优化得到的结果。     

基于不确定性用气量的输气管网供气可靠度计算方法

由于未来用气量是一个随机变量,过去采用点预测的方式无法客观体现出其随机性的特征,由此得到的供气可靠性评价结果也难以客观反映实际情况。为了准确预测用气量,在调研输气管网供气量预测模型研究进展的基础上,提出了一种采用基于小波分解的神经网络模型来预测随机性用气量的供气可靠度计算方法,通过对比分析模型预测结果与实际用气量的误差,确定用气量所服从的分布类型及参数,结合管道的最大允许输气量,以供气可靠度最高作为目标函数,建立了优化流量分配及计算管网供气可靠度的数学模型,进而利用该模型对某一虚拟管网进行了供气可靠性评价。结果表明:(1)所建模型求解的流量分配方案优先保障权重较大/较为重要的用户,但会牺牲其他用户的供气可靠度,管网总体供气可靠度亦会下降;(2)取消权重后,管网总体供气可靠度提高,优先保障距离气源地较近的用户,若不要求完全满足用户的用气量,则在降低一定的标准后,所有用户的供气可靠度都能达标。结论认为:所提出的计算方法结合了用气量随机的特性,能够更加客观地评价管网的供气可靠度,同时由于引入了用户的权重,在计算管网供气能力的时候能优先满足重要的用户,更加符合实际情况,其评价结果可以指导输气管网的高效运行。     

基于神经网络的海水淡化系统产水模拟及预测

海水淡化是一个涉及传热传质等诸多因素的复杂的非线性过程。为了克服传统数学建模方法在模拟仿真精度和实时性方面的不足,对大样本空间的神经网络构造及网络学习加速方法进行了大量探索及尝试,成功地将神经网络技术引入海水淡化产水过程中构造新的产水模型,建立了以空气入口干球温度、预冷器进口冷却水温度、海水喷淋温度和海水喷淋量作为输入参数的海水淡化系统神经网络模型。分析表明,该模型不仅具有较高的仿真精度,而且保持了系统原有的光滑性,能满足系统实时仿真模拟预测的要求。     

基于简化拓扑结构的陕京天然气管网供气可靠性分析

为了定量分析结合了拓扑结构与水力计算的天然气管网的供气可靠性,以陕京天然气管网为分析对象,提出了一种通用的天然气长输管网系统供气可靠性评估方法。首先从上述天然气管网的拓扑结构入手,将站场与天然气管段视为网络结构的结点与链路单元,对系统进行了简化,建立了天然气管网系统的拓扑结构模型;然后通过设备失效数据库确定了系统各单元的事故率分布,耦合基于故障率分布的蒙特卡洛模拟生成了天然气管网的拓扑结构;最后再结合水力计算得到一定拓扑结构下陕京天然气管网的供气能力。结果表明:①无论是用气高月还是用气低月,该管网都保持了很高的供气可靠性;②陕京一、二、三线3条天然气管道构成了具有一定拓扑结构的供气网络,增加了系统的鲁棒性,从拓扑结构层面也提高了供气的可靠性。结论认为,该项研究成果给出了天然气管网供气可靠性的定量计算方法,为天然气管网供气可靠性分析提供了技术支持。     

海底管道微小泄漏球形内检测器结构设计

针对海底管道微小泄漏检测,提出球形内检测器结构设计方案:法兰式密封球壳内装载水听器、惯导模块和磁传感器、电路板、电源模块等。智能球随管内液体一起流动,沿途采集管内泄漏声音信息、自身运动信息和管内磁场信息。不同的智能球,其内部核心部分不变,变化的是球的壁厚和外径。通过仿真计算确定了不同工况下智能球的机械结构。     

油田注水管网系统的数学模型及其计算方法研究

油田注水管网系统属于大规模复杂流体网络系统,常规的系统模型计算需耗费大量的时间,它严重阻碍了注水系统的仿真及优化技术研究的发展,通过研究和分析,提出一种改进的失代计算方法,它避免了“0”元素的存储和计算,从而将计算工作量从二次方级降至一次方级。计算结果表明,在满足计算精度的前提下,系统模型的计算时间明显降低,目前,该项技术已应用于油田注水系统,结果令人满意。     

基于管网模拟的蒸汽动力系统多周期运行优化

 分析了管网输送过程中蒸汽参数变化对工艺过程和蒸汽动力系统运行的影响。为了消除这些影响，提出了与管网模拟相集成的蒸汽动力系统优化运行策略，并且建立了考虑蒸汽输送损失的混合整数非线性规划（MINLP）模型。针对大规模MINLP模型求解困难的问题，开发了分解迭代的算法，将建立的模型系统分解为优化运行子系统和管网模拟子系统，通过协调子系统之间的关系，迭代计算，直到求得满足误差条件的最优解。通过实例证明了提出的策略和算法能够在合理的时间内得到系统优化运行的最优解，既为企业节省了大量的资金，又为蒸汽动力系统和工艺系统的安全稳定运行提供了保障。     

蒸汽管网智能监测系统的模拟应用

蒸汽管网智能监测系统可以对蒸汽管网的参数进行实时监测,并通过建立管网数学模型对蒸汽管网进行模拟计算。将该监测系统应用于中化泉州石化有限公司中压蒸汽管网,选取动力站供汽量为－30～60 t/h和30～90 t/h两种工况下对关键装置透平供汽量及进汽温度进行模拟分析,解决了部分装置透平进汽温度低的问题;提出了新增透平来消化富余蒸汽和稳定中压管网的途径,并模拟出新增透平的最佳位置在靠近催化裂化装置处,实现了整个蒸汽系统的节能优化和安全稳定运行。     

埋地管道极限悬空长度计算

长输管道运行环境复杂,所经地区地质条件多变,外界各种载荷共同作用导致管道悬空,影响管道的安全运营。简要介绍了实际工程模拟计算中常用的悬空管道力学模型。基于埋地管道悬空这种失效形式,选择了最佳的力学简化模型,将理论计算的应力和应变值与ABAQUS有限元分析软件仿真计算的结果进行对照,得出该管材管道的极限悬空长度L=350 m,此时管道的应力取值为517.0 MPa,应变取值为0.61%。     

天然气管网稳态和瞬态仿真的边界条件

确定边界条件是仿真的关键环节，分别建立了稳态、瞬态仿真的数学模型并采用了合适的求解方法，开发了相应的计算软件。在对比分析两类仿真问题边界条件提法异同的基础上，重点讨论了所有节点都给定流量边界条件的瞬态仿真问题，在软件的编制过程中增加了一些商业软件没有考虑的瞬态仿真中所有节点都给定流量边界条件工况的计算，使得仿真软件的功能更加完善，便于其在工程实际中应用。研究发现，所有节点均给定流量边界条件的瞬态仿真问题是可以求解的，并有一定工程实际应用价值。当气源控制参数为气体的供气量时，必须事先较好地预测各节点用气量的变化趋势，提前制定进气计划，以避免造成供气不足或者管网局部超压的事故。