《油-氣-水多相混輸管內流水合物生-消過程可視化識別》是依託清華大學，由李軼擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：油-氣-水多相混輸管內流水合物生-消過程可視化識別
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：李軼
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
深水油氣開採中高壓、低溫油-氣-水多相混輸管道易發生水合物堵塞，嚴重威脅海洋石油輸送安全。在水合物形成初期進行有效、實時檢測，獲取多相流流型、水合物含水率等參數，掌握影響其生-消規律因素至關重要。傳統分析基於軟體模擬預估哪裡會發生水合物，非真實測量。多數測量手段不適用海洋環境，或只能測量局部區域。本課題將電容層析成像首次用於油-氣-水多相混輸管內水合物生-消過程，研究解決目前無針對混輸流動安全中水合物線上可視化識別狀況，揭示多相流型及水合物變化規律，闡述電容與生-消過程數學關係，為有效進行海洋多相混輸管內水合物生成的抑控提供一種創新、科學、可靠的線上可視化測量工具。申請人多年研究油-氣-水多相流電容層析成像測量，在圖像重建、流體參數計算、感測器設計、實際工業套用解決方案等方面經驗豐富。本課題研究內容含水合物等效介電常數變化規律；電極最佳化設計；水合物生-消過程成像；電容-水合物變化數學模型。
結題摘要
深水油氣開採中高壓、低溫油-氣-水多相混輸管道變化複雜，易發生水合物堵塞，嚴重威脅海洋石油輸送安全。因此，對多相流動過程中的關鍵動態參數的線上測量及分析非常重要。在水合物未形成之前進行有效、實時檢測，獲取多相流流型、含水率、分相流量等參數，是掌握影響其生-消規律，了解多相流動機理的關鍵。本課題將電容層析成像結合微波、文丘里差壓，用於油-氣-水多相混輸管內動態參數的監測與分析，並觀察壓力、溫度對水合物生-消過程的影響。與此同時，採用基於經典模型結合人工智慧算法，來提高對多相流氣、液各分相流量的測量精度。本課題研究針對目前沒有混輸流動安全中水合物線上可視化識別現狀，初步揭示多相流型及水合物變化與壓力、溫度的規律，闡述電容、電導以及微波射頻信號與多相流含水率的數學關係。硬體方面，本課題研究開發一套基於電容+微波+文丘里多感測器融合的油-氣-水多相流線上測量設備，設備口徑為DN80，承壓10MPa，實現工作溫度範圍 -40～80度。其中，電容層析成像模組實現8/16通道可選，SNR為70dB,採樣頻率300 fps。微波模組實現300/800MHz激勵頻率可選，採用傳輸線設計實現對多相流含水率的測量。算法方面，第一，探索採用ECT/文丘里經典模型結合機器學習模型，實現對液相、氣相流量的線上計量，以提高測量精度。第二，採用機器學習模型結合雙頻微波的相位、幅值信號，以建立微波-含水率之間的數學關係。第三，採用ECT/ERT雙模態，實現對油-氣-水含水率的全量程測量。第四，水合物生-消過程中會同時存在四種物質，分別是油、氣、水和水合物。而且這四種物質之間的介電常數相差非常大。這為水合物的可視化增加了難度。研究將ROF模型引入TOTAL VARIATION圖像重建算法中，並提出了簡化擴增拉格朗日（SAL）和加速交替方向乘子（AADMM）構想，以提高ECT圖像重建質量。本課題的研究，對如何利用多感測融合結合人工智慧算法來解釋和揭示油-氣-水多相流流動變化特徵具有科學意義。
