Research on a TOPSIS energy efficiency evaluation system for crude oil gathering and transportation systems based on a GA-BP neural network

As the main link of ground engineering,crude oil gathering and transportation systems require huge energy consumption and complex structures.It is necessary to establish an energy efficiency evaluation system for crude oil gathering and transportation systems and identify the energy efficiency gaps.In this paper,the energy efficiency evaluation system of the crude oil gathering and transportation system in an oilfield in western China is established.Combined with the big data analysis method,the GA-BP neural network is used to establish the energy efficiency index prediction model for crude oil gathering and transportation systems.The comprehensive energy consumption,gas consumption,power consumption,energy utilization rate,heat utilization rate,and power utilization rate of crude oil gathering and transportation systems are predicted.Considering the efficiency and unit consumption index of the crude oil gathering and transportation system,the energy efficiency evaluation system of the crude oil gathering and transportation system is established based on a game theory combined weighting method and TOPSIS evaluation method,and the subjective weight is determined by the triangular fuzzy analytic hierarchy process.The entropy weight method determines the objective weight,and the combined weight of game theory combines subjectivity with objectivity to comprehensively evaluate the comprehensive energy efficiency of crude oil gathering and transportation systems and their subsystems.Finally,the weak links in energy utilization are identified,and energy conservation and consumption reduction are improved.The above research provides technical support for the green,efficient and intelligent development of crude oil gathering and transportation systems.

Flow Characteristics of Crude Oil with High Water Fraction during Non-heating Gathering and Transportation

In order to ensure the safety of the non-heating gathering and transportation processes for high water fraction crude oil,the effect of temperature,water fraction,and flow rate on the flow characteristics of crude oil with high water fraction was studied in a flow experimental system of the X Oilfield.Four distinct flow patterns were identified by the photographic and local sampling techniques.Especially,three new flow patterns were found to occur below the pour point of crude oil,including EW/O&W stratified flow with gel deposition,EW/O&W intermittent flow with gel deposition,and water single-phase flow with gel deposition.Moreover,two characteristic temperatures,at which the change rate of pressure drop had changed obviously,were found during the change of pressure drop.The characteristic temperature of the first congestion of gel deposition in the pipeline was determined to be the safe temperature for the non-heating gathering and transportation of high water cut crude oil,while the pressure drop reached the peak at this temperature.An empirical formula for the safe temperature was established for oil-water flow with high water fraction/low fluid production rate.The results can serve as a guide for the safe operation of the non-heating gathering and transportation of crude oil in high water fraction oilfields.

大庆油田能效评价指标体系及能效综合评价方法研究

针对现行油田主要生产系统能效评价指标及其限值和评价方法对于大庆油田不完全适用的问题,根据工作内容,将油田生产系统划分为机采、集输、注水3个子系统;根据用能的关联性,将油田生产系统划分为机采集输和注水两个子系统,对于这两种子系统的划分,分别建立了能效评价指标体系。体系中的能效评价指标均分为系统级、单元级和设备级3个层级;明确了体系中各项指标的定义、计算方法、基础参数来源及统计口径。基于大庆油田实际情况,根据开采区块类型、驱替方式等,将测试数据进行分组,用统计方法确定每组各个能效指标的优良和合格限值;建立了单项与多项组合的油田生产系统加权能效综合评价方法,该方法综合考虑系统效率或系统单耗及其影响因素,在以较大权重计入系统级指标的同时,以较小的权重计入主要影响因素,即在要求系统指标的同时,也对单元级和设备级指标提出要求,从而分析评定所评价系统能效的提升空间。应用此评价方法对6个机采系统、1个集输和1个机采集输系统进行了能效综合评价。

杏北油田掺水系统全流程能量优化方法的研究与应用

油田含水率的上升和产液规模的不断增大,导致集输能耗逐年增加,如何保持开发效益,降低集输能耗,成为高含水开发阶段面临的一大难题。随着节能工作不断深入,潜力已得到很大程度的挖掘,常规技术节能空间小,能耗管控压力大。因此开展能量系统优化技术研究,该方法转变原来区域优化的方式,统筹采油井、计量间、转油站、脱水站四个环节,通过确定末端能耗需求,逐级推导前端各环节能供给的方式,指导集输系统精细化、低能耗生产运行。杏北油田自2017年应用能量优化运行技术,由点及面逐步扩大规模,已实现水驱转油站全覆盖,截至目前累计节气5 621×10^(4)m^(3),节电3 275×10^(4)kWh,为油田集输系统降本增效提供了指导依据。

轮式动态模拟仪在高含水期原油不加热集输中的应用

随着不断深入开发,油田集油管线内产液的流变性逐渐转变为高含水期“水包油”为主的流态,因而管道内的流动条件得以改善。通过前期开展的季节性停掺冷输试验证实,高含水期集输进站温度可以接近凝固点甚至低于凝固点。因此提出利用临界粘壁温度作为采油井不加热集输边界条件,并利用轮式动态模拟分析仪测试单井临界粘壁温度,指导采油井平稳集输,应用后实现措施节气219.6×10^(4)m^(3),节电73.4×10^(4)kWh。

小样本预测埋地管道外腐蚀速率

为解决现有线性回归模型、单一支持向量机和遗传算法优化支持向量机(GA-SVM)等管道腐蚀速率预测准确率低的难题,选取总含盐量、氧化还原电位、pH值、氯离子浓度、硝酸根浓度、硫酸根浓度、溶解氧含量、自然腐蚀电位等埋地管道外腐蚀速率的主要影响因素作为输入变量,采用麻雀搜索算法优化支持向量机算法,建立了麻雀搜索优化的支持向量机(SSA-SVM)腐蚀速率预测模型。测试集验证结果表明,SSA-SVM模型的决定系数R2为0.9919,高于线性回归模型(0.7189)、单一支持向量机(0.8442)和GA-SVM(0.9137);均方根误差为0.0686 mm/a,低于其他3种模型的0.1166、1.7745、0.1183 mm/a;平均绝对误差为0.0902 mm/a,低于其他3种模型的0.1474、1.7056、0.0977 mm/a;平均相对误差为3.94%,低于其他3种模型的25.59%、32.29%和6.42%。采用此模型随机选择B管道8组检测数据预测埋地管线外腐蚀速率,与现场实际年腐蚀速率对比预测精度为0.9642,高于GA-SVM的预测精度0.6690,表明该模型可应用于埋地管道的外腐蚀量和腐蚀速率预测,为埋地管道的安全运行提供数据支持。

原油集输系统能耗影响因素的综合判定模型

随着油田生产能源需求的不断增长,原油集输系统在能源供应链中所起的作用日渐显著,其能耗所占比重在整体油田生产中也日益增加,而系统能耗又受到多种因素的制约,如何科学合理地分析集输系统能耗影响因素成为油田面临的重要课题。同时,部分因素之间还会存在交叉影响而造成信息重叠,这给准确把握系统能耗主要影响因素带来较大难度。结合集输系统能耗构成特点和生产实际运行状况,综合考虑产液量、含水率、油品黏度等影响集输系统能耗的客观因素,采用改进熵权法、主成分分析法以及多元逐步回归分析法对各项因素的影响程度进行定量描述,根据权重大小进行排序,并将3种方法结合进行综合判定,确定含水率和产液量为影响油田集输系统能耗的主要影响因素,最后针对主要因素变量对系统的相关制约原因进一步深入探究,并提出系统具体降耗措施,以期为原油集输系统节能提效提供理论参考。

基于耦合协调模型的地面集输系统能效对标研究

为提高地面集输系统的综合用能水平,充分挖掘内部节能潜力,在构建集输系统能效对标评价体系的前提下,通过改进层次分析法和熵权法对各级指标权重进行了计算,采用博弈论组合赋权方式对指标权重进行赋值,并利用耦合协调模型表示不同子系统间用能水平的协同发展趋势,最后基于现场实例验证了模型的准确性。结果表明:加热炉用能水平的权重为0.5084,对综合用能水平的影响最大,其次为泵机组用能水平和管道用能水平;耦合协调度越高,集输系统的综合用能水平越高。通过多种措施实现了对标和追标工作,优化调整后,预计节约燃油、电和各类维修费用共计1.39亿元以上,节能效果显著。

基于组合模型的集输系统综合能效评价研究

为综合评价集输系统的整体能耗水平,从而制定针对性的节能措施,在相关标准的基础上,构建多层级集输系统综合能效评价指标,分别采用G1法和熵权法确定主、客观权重,并基于最小鉴别原理将权重合并,再利用TOPSIS法计算正、负贴近度和相对贴近度,实现综合评价系统用能水平。结果表明:组合权重中单位液量集输综合能耗、集输工艺适应性、单位原油集输综合能耗的权重较大;待评价集输系统中不同月份的相对贴近度与正贴近度的变化趋势更为接近,2月份相对贴近度最小,综合能效水平较差,6月份的相对贴近度最大,综合能效水平较好。从水力、热力和管网角度出发,针对用能薄弱环节,提出了相应的技改措施,整改后每月的单日耗气量可节约2.0~35.8 m^(3),每月的单日耗电量可节约5.7~18.6 kWh。

集输系统双管掺水工艺节能优化运行研究

某区块采用双管掺水集油工艺流程,由于现场无法判断掺水参数与现场工况的关系,导致回液温度远高于原油凝点,造成能源浪费,超出了经济运行成本区间。针对上述问题,利用Pipesim软件实现工艺建模,分析了掺水参数与工艺热能损失、井口回压、回液温度、工艺压能损失及能耗损失占比等参数的定量关系,得到了符合现场调控的一般性规律,并通过建立目标函数和约束条件,利用萤火虫算法实现了掺水比和掺水温度的自动调控。结果表明:掺水温度建议不超过75℃,掺水比不宜过高,现场调控应采用先调节掺水温度再调节掺水比的操作方式;随着掺水比和掺水温度的增加,单井运行费用存在最低值;经算法优化后,不同单井掺水比和掺水温度均有不同程度下降,预计每天可节约运行费用0.5万元~1万元。

InSAR技术在普光气田地质灾害调查中的应用

普光气田高含硫化氢的集输管道经常需穿越一些地形地质条件复杂区域,这些地区通常又是地质灾害的高发区,不同类型的地质灾害威胁着管道的安全运行。通过雷达卫星数据对普光气田集输站场和集输管道周边滑坡进行了地表形变探测,共探测出32处地质灾害点;结合光学遥感影像目视解释和现场勘查^([1]),对普光气田103集气站南侧、胡家阀室、毛坝1井—1#阀室管线西侧共3处典型滑坡形变特征进行了详细分析。结果显示,该区域地质灾害变形速率受降雨的影响较大。调查结果能够对普光气田地质灾害防控工作提供重要的决策依据。

油田集输站库储罐甲烷逸散规律的连续监测分析

作为油气上游业务的集输站库,其储罐甲烷逸散状况在“碳达峰、碳中和”背景下受到广泛关注。目前通过模型估算的储罐甲烷逸散结果误差大,采样监测因随机性也导致结果不可靠。采用新型有机气体监测仪,对集输站库典型储罐的呼吸和甲烷逸散进行了连续监测分析,结果表明:(1)拱顶罐呼吸和甲烷逸散明显,无油气回收系统的拱顶罐最大日呼气累计流量达97.7 m^(3)/d,最大日甲烷逸散量83.05 m^(3)/d;有油气回收系统的拱顶罐日呼气累计流量<1.0 m^(3),日甲烷逸散量≤0.2 m^(3)/d;安装节能呼吸阀后拱顶罐日呼气累计流量和日甲烷逸散量分别降低至原来的20.9%和9.6%;浮顶罐几乎无甲烷逸散。(2)集输站库储罐呼吸日进程和季节特征明显。拱顶罐呼吸活动集中在12:00—18:00时段,高温季节呼吸量明显上升。

2205 DSS在硫酸盐还原菌及铁细菌微生物环境下的腐蚀行为

针对页岩气田集输管道的细菌腐蚀问题,以2205 DSS为对象,采用SEM、EDS、AFM及电化学分析等方法,对比实验研究了其在无菌及有菌模拟介质[含2.5×10^(4)个/mL硫酸盐还原菌(SRB)和6.0×10^(3)个/mL铁细菌(FB)]中的腐蚀行为。结果表明:2种环境下2205 DSS均出现点蚀,但有菌模拟水中试样的点蚀情况更为严重;有菌模拟介质腐蚀试样表面存在许多分散的含Fe、O、S等元素附着物;通过阻抗分析,试样表面钝化膜在微生物影响下发生硫化,导致极化电阻有所下降;极化曲线分析表明,在微生物的影响下试样的腐蚀电位降低,说明其耐蚀性有所下降。通过实验结果分析,2205 DSS在页岩气输送环境下的腐蚀机理为:前期有氧气残留时,主要是FB的活动为主,会产生富含铁的厌氧环境,之后SRB在Cl^(-)作用下在厌氧区繁殖产生硫化物沉淀,加剧了不锈钢的腐蚀。

高含水原油在不同管材中的低温集输特性研究

目前,我国大部分油田已进入高含水期,采出液的流动特性发生变化,使降低集输温度成为可能。然而,关于管道材质对低温集输特性影响的研究相对较少。因此,利用现场实验装置对钢管与玻璃钢管中高含水原油低温集输特性进行了研究。结果表明,管线降低掺水量之后,井口回压上升,实验管道末点的油温缓慢下降;不同掺水量下井口回压上升过程不同,高掺水量下更容易实现低温集输;当掺水量相同时,玻璃钢管的黏壁温度低于钢管的黏壁温度,玻璃钢管低温集输的最低掺水量低于相同情况下钢管的掺水量。对黏壁温度实验数据进行拟合,得到了不同管材的黏壁温度计算模型,计算结果准确度较高,对高含水期油田实际生产中低温集输的可行性判断及其安全运行管理具有指导意义。

油田集输管道腐蚀特性及防腐技术研究

为了保障油田集输管道的安全正常运行,延长其使用寿命,对西部某油田集输管道的腐蚀特性进行了研究,考察了实验温度、腐蚀介质p H值、CO_(2)含量、H_(2)S含量以及Cl-含量对集输管道钢材腐蚀速率的影响,并开展了投加缓蚀剂防腐蚀技术措施研究。结果表明,随着实验温度的不断升高以及腐蚀介质中CO_(2)、H_(2)S和Cl-含量的不断增大,钢片的腐蚀速率逐渐增大,而随着腐蚀介质p H值的逐渐升高,钢片的腐蚀速率则逐渐减小。缓蚀剂HXR-1的加入能够有效降低目标油田集输管道钢材的腐蚀速率,当其加量为80mg·L^(-1)时,钢片的腐蚀速率可由未添加缓蚀剂时的0.672mm·a^(-1)降低至0.022mm·a^(-1),腐蚀速率降低率达到了96.73%。研究结果表明,目标油田集输管道腐蚀较为严重,添加缓蚀剂HXR-1能够起到良好的防腐蚀效果。

减氧空气驱集输管道抗氧缓蚀剂优选与评价

目前抗氧缓蚀剂存在种类稀少、单一种类缓蚀剂的性能不够好以及经济成本较高等一系列问题。为此,结合国内某减氧空气驱集输管道实际工况特点,通过对氧腐蚀机理研究,选取了3种现已研发的油田常用抗氧缓蚀剂EQI、HTT和TCT,对其进行了动态腐蚀评价试验和表面形貌分析,通过分子动力学模拟其在Fe表面的吸附情况,得到缓蚀剂分子在水溶液环境下对Fe基体表面的吸附能大小,结合对比分析模拟和试验的结果,筛选出缓蚀性能最佳的缓蚀剂。试验和模拟结果均表明:水溶液中3种缓蚀剂分子在Fe基体表面的吸附能大小从高到低依次为TCT>EQI>HTT,缓蚀剂分子吸附能越大,缓蚀性能越佳。所得结论可为减氧空气驱集输系统的腐蚀防护工作提供理论指导。

气田集输管道缓蚀剂加注有效性问题的综述

在气田的快速发展过程中,随着采出水的逐渐增加和集输管线服役年限的延长,腐蚀问题层出不穷,尤其是刺漏穿孔频次呈逐年上升趋势。针对内腐蚀严重的问题,目前国内外主要采用“定期清管、缓蚀剂预膜及喷注”的方法进行防治。但是目前还未建立合理的集输管道缓蚀剂加药制度,相关的工艺技术流程大多依赖工程经验,其技术体系还缺乏相应的理论指导和评估标准,导致缓蚀剂加注存在适应性差、耗剂量大、膜质量控制难等技术难题。因此亟需开展缓蚀剂加注方案的优化工作,逐步完善缓蚀剂加注技术体系,形成适合现场工况的缓蚀剂加注方案和技术规程,降低气田集输管道内腐蚀程度和刺漏穿孔频次,从而实现缓蚀剂应用与管理的提质增效。为此,总结了缓蚀剂的加注工艺、缓蚀效率评价技术、缓蚀剂现场加注有效性存在的问题以及未来发展趋势,以为气田集输管道缓蚀剂加注技术提供一定的参考。

柔性复合管在油田服役后的性能

为评价柔性复合管在油气田地面集输系统中的应用效果,采用宏观观察、微观分析、水压爆破试验、气密封性能测试、结构组成分析、热分析、红外光谱分析、力学性能测试等方法对两条柔性复合管进行分析,以确定其在不同工况下的适用性。结果表明:在经过一段时间的服役后,两条柔性复合管结构层保持完整,未发现明显缺陷,内衬层颜色加深;两条管道的失效形式均为管体爆破,其中1号试样因长期高温运行,其爆破压力不满足标准要求;两条管道的内衬层分别为交联聚乙烯和普通聚乙烯,增强层分别为芳纶纤维和涤纶纤维,热分解温度分别为580℃和440℃,但芳纶纤维的抗拉强度明显小于涤纶纤维。

溶气原油CO_(2)溶解度预测模型

目的解决目前气体溶解度模型难以应用于溶气(CO_(2))原油等问题。方法利用自行设计建设的可承压搅拌釜装置研究了集输温度和压力对CO_(2)溶解度的影响规律,利用亨利定律对实验规律进行了分析,并建立了适用于集输环境下的CO_(2)溶解度计算模型。结果该模型创造性地引入了与实际压力和常压比值相关的4个参数,消除了已有模型的量纲问题。经过实验及文献数据验证,发现新的CO_(2)溶解度模型计算值与实验值相对误差最大为32.5%,与3种经典预测模型计算误差动辄超过50%相比有了明显改善,且绝对误差可以控制在2 L/L(以原油计)以内。结论基于该模型预测效果的显著提升,可以有效应用于溶气原油工业集输过程,对保障原油输运具有重要工程意义。

基于SARIMA-LSTM组合模型的油气集输系统能耗预测

油气集输是油田开发生产过程的重要阶段,准确预测油气集输系统能耗能够为生产调度和能源管控提供支持。为提高油气集输系统能耗预测的准确性,针对其线性和非线性特征,综合考虑数理统计和机器学习预测方法的优缺点,提出一种基于季节性差分自回归积分滑动平均(SARIMA)和长短期记忆(LSTM)神经网络的组合预测模型。根据S油田M环状掺水油气集输系统6年的运行数据,设计组合模型的网络结构,训练组合模型的网络参数。研究结果表明:与传统的SARIMA模型和LSTM神经网络相比,组合模型对三个能耗指标的预测准确性显著提高,可为企业调整生产运行方案和优化能源管控方案提供指导和数据支持。