一种转油站无人值守模式下的掺水伴热系统控制方法与流程

1.本发明涉及油气集输工程掺水伴热相关技术领域，具体为一种转油站无人值守模式下的掺水伴热系统控制方法。

背景技术：

2.掺水集油是国内外高寒地区油田以及高凝、粘原油油田普遍采用的集油工艺；掺水的目的是提高原油温度、降低原油粘度，提高原油的流动性，保证原油回到转油站、接转站时的回油温度在目标温度范围内，保证原油集输的可持续性和安全性。目前的掺水过程是转油站、接转站用加热炉加热分离出的含油污水，通过掺水泵将热水增压后通过管道输送至集油阀组件、计量间，再通过阀组间的工艺阀组管线分配到下辖的所有油井，掺水量的调节通过集油阀组间的阀门或井口掺水控制阀实现。经过调节控制后的热水和油井采出液在井口汇合后，经管线返回阀组间，各油井来液经阀组间汇管返回至转油站。回到转油站的油水混合物经三项分离器简单分离，分离后的含油污水回到加热炉进行加热，重新循环利用，分离后的原油外输至脱水站；分离出的伴生气用作加热炉燃料或输送至天然气处理站点进行处理，有些站的伴生气全部输送至天然气处理站，经处理后重新供应给转油站做加热炉燃料。
3.以前从加热炉的控制、阀组间掺水控制或井口掺水控制过程全部为人工调节方式。在大部分情况下，经验给出的参数并不能很好的适应多变的生产条件。由于无法准确得知各井需要多少热水才能保证回液稳定在析蜡温度以上并返回转油站，操作人员为了防止管线结蜡结构普遍将掺水量调节的偏大；站内加热炉、加压泵满负荷运转，各管线阀门打开的方式运行，这一工作制度虽然保证了回液的安全温度却使得加热炉用气量和加压泵用电量大，造成能源的浪费。随着数字化油田、数智化油田建设的不断推进，已经能够实现转油站点的无人化管理模式，这就让我们能够实现对掺水的精确控制；我们能够通过采集集输过程中各关键点的运行参数及环境参数，运用大数据模型算法、ai人工智能等先进技术实现油田掺水智能控制，实现在保证原油掺水集输稳定和安全的情况下，通过精确掺水实现节电、节气降碳减排的目标。
4.在对比文件1“cn101787872b一种油田掺水管网多参数节能控制方法”中，由plc控制系统采集现场安装于管网上的仪表所传来的数据，代入物性方程后求得掺水点之前油水混合物的比热容c混和来水管道中的热水的比热容c水，随后将获取的已知参数代入能量平衡方程组求得所需的掺水管段中热水的流量q2，由plc控制系统按照所求得的热水流量q2输出控制信号，控制电动调节阀调整到相应开度。该方法实施后，能够在保证原油正常输送的前提下，实现多参数、高效率和高精度的控制，具有热利用效率高、节省能源、调整动作及时迅速等特点，但该方案还是处于自动控制层面，通过固定程序进行控制。
5.在对比文件2“cn107885085a一种基于深度学习的复杂管道运行控制方法”中，首先在scada系统中建立面向控制的复杂管道模型；根据实时监测到的管网信息，结合用户或工业上对管道的需求，确定需要运行控制的位置或管段；然后根据获得的需要运行控制的
位置或管段上的流量和压力信息，判定采用基于深度学习方法的复杂管道开环控制策略；按判定结果执行，协调完成复杂管网的运行控制。该发明解决了现有技术不能有效合理的进行复杂管道运行控制，从而导致安全问题频发、能源消耗较高、可靠运行时间短的问题，该方案的控制逻辑是基于组态编程的固定模式运行，要实现深度学习需要大数据模型运算才能实现。
6.在对比文件3“cn109257429a一种基于深度强化学习的计算卸载调度方法”，包括针对计算卸载的基本模型，对需要卸载的各个方面进行决策；基于不同的优化目标，通过改变价值函数，以达到不同的优化目标。该算法中的deep-sarsa算法相似于dqn算法是结合强化学习与深度学习的深度强化学习算法，在配合了经验池可以有效的将卸载状态与卸载动作转变为深度学习的可训练样本。本发明能够有效的对不限维度的卸载状态模型进行机器学习，降低学习的复杂度，该方法使用神经网络作为q值的线性逼近器，可以有效的提高训练速度，减少训练所需要的样本，该方法能有效的在既定模型和优化目标下，通过深度强化学习，作出最优的决策，该发明虽然是基于算法和神经网络的应用实例，但是多智能体强化学习方法存在的问题是很难保证稳定性。

技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种转油站无人值守模式下的掺水伴热系统控制方法，以解决上述背景技术中提出的对比文件要么需要固定程序进行控制，要么控制逻辑是基于组态编程的固定模式运行，要实现深度学习需要大数据模型运算才能实现，都是很难保证运行的稳定性，无法实现在转油站无人值守的情况下对油田掺水系统节能进行智能管控的问题。
8.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种转油站无人值守模式下的掺水伴热系统控制方法，包括燃控系统数据采集、阀组间各井的各井口回油压力数据采集、阀组间各井的回油温度数据采集、转油站内的油液温度数据采集、掺水汇管温度数据采集、网络连接建立和平台实时监控；
9.步骤一：燃控系统数据采集；利用燃控系统提供的加热炉a、加热炉b效率数据以及加热炉a、加热炉b出口汇管的温度传感器，其能够提供出站热水的实时温度信号；
10.步骤二：阀组间各井的各井口回油压力数据采集；在阀组间a处通过油井a1上的井口回油压力传感器测得井口回压pa1/pa2，通过油井a2上的井口回油压力传感器测得油井回油管线；在阀组间b2处通过油井b1上的井口回油压力传感器测得井口回压pb1，通过油井b2上的井口回油压力传感器测得井口回压pb2，其能实时提供井口回压信号；
11.步骤三：阀组间各井的回油温度数据采集；在阀组间a处通过油井a1上的井口回油温度传感器测得油井回油温度ta1/ta2，通过油井a2上的井口回油温度传感器测得油井掺水管线；在阀组间b上通过油井b1上的井口回油温度传感器测得回油温度tb1，通过油井b2上的井口回油温度传感器测得井口温度tb2，提供各井回到阀组间的回油温度信号；
12.步骤四：转油站内的油液温度数据采集；利用三相分离器b、三相分离器a进口汇管前各阀组间回油温度传感器，提供各阀组间回到转油站内的油液温度信号；
13.步骤五：掺水汇管温度数据采集；通过掺水汇管上所安装的温度传感器，实时提供掺水汇管的温度信号；
14.步骤六：网络连接建立；智能无人站控平台与智能无人值守集控装置之间通过网络信号连接，相互传递信息数据；
15.步骤七：平台实时监控；智能无人站控平台至少包括和上一级站场存在联系的无人站控平台软件，其能够对整个站场进行无人化控制、监视、故障诊断、报警等。
16.作为进一步的技术方案，所述智能无人值守集控装置位于安装有掺水汇管的转油站内，且转油站内设置有燃控系统、阀组间a和阀组间b，并且转油站内设置有环境温度传感器。
17.作为进一步的技术方案，所述掺水汇管上设置有水泵，并且水泵上安装有水泵变频器，并且掺水汇管上设置有掺水汇管温度ts，且掺水汇管温度ts位于水泵的前侧方。
18.作为进一步的技术方案，所述燃控系统内上部设置有加热炉b和加热炉a，且燃控系统内下部设置有三相分离器a和三相分离器b，并且三相分离器a和三相分离器b右侧连接有总回油汇管，且总回油汇管的右侧连接有各阀组间回油汇管，同时各阀组间回油汇管上设置有阀组间回油温度ta/tb。
19.作为进一步的技术方案，所述阀组间a上连接有两组油井掺水管线和油井回油管线，且第一组油井掺水管线和第一组油井回油管线的另一端连接在油井a1处，并且第二组油井掺水管线和第二组油井回油管线的另一端连接在油井a2处，同时每组油井掺水管线和油井回油管线上均设置有油井回油温度ta1/ta2和井口回压pa1/pa2。
20.作为进一步的技术方案，所述阀组间b和阀组间a的结构设置相同，连接有两组油井掺水管线和油井回油管线，且阀组间b与油井b1之间连接有一组油井掺水管线和油井回油管线，并且阀组间b与油井b2之间连接有一组油井掺水管线和油井回油管线，同时油井掺水管线和油井回油管线上均设置有油井回油温度ta1/ta2和井口回压pa1/pa2。
21.作为进一步的技术方案，所述智能无人站控平台与远程控制终端上可以线设定目标阀组间回油温度ta/tb，且以阀组间的油井回油温度ta1/ta2为二级控制目标。
22.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
23.1.本发明可利用燃烧器自控系统提供的加热炉效率数据，加热炉出口汇管的温度传感器检测并提供出站热水的实时温度信号，之后可将其传递到无人值守集控装置中。
24.2.本发明可利用井口回油压力传感实时提供井口回压信号，以及利用阀组间各井的回油温度传感器提供各井回到阀组间的回油温度信号，再利用掺水汇管温度传感器实时提供掺水汇管的温度信号，之后可将其传递到无人值守集控装置中。
25.3.本发明中的智能无人站控平台至少包括和上一级站场存在联系的无人站控平台软件，其能够对整个站场进行无人化控制、监视、故障诊断、报警等；智能无人值守集控装置，其能作为平台软件的硬件载体，可以接收井、间、站内各种传感器的信号，可以给受控元件下发动作信号。
26.4.本发明在转油站无人值守下的油田掺水系统节能管控方法，以实现系统安全稳定为前提的节能掺水模式，是以结果为导向的管理逻辑，以最终回到站内油水温度稍高于原油结蜡点温度为管控目标，同时兼顾各个分支管路的温度均稍高于原油结蜡点温度，同时将环境温度和井口回压的变化纳入大数据模型运算当中。
附图说明
27.图1为本发明结构的掺水管网运行示意图；
28.图2为本发明结构依托的无人站控系统示意图。
29.图中：1、智能无人站控平台；2、智能无人值守集控装置；3、阀组间回油温度ta/tb；4、油井回油温度ta1/ta2；5、井口回压pa1/pa2；6、掺水汇管温度ts；7、燃控系统；8、水泵变频；9、环境温度传感器；10、掺水汇管；11、总回油汇管；12、各阀组间回油汇管；13、油井掺水管线；14、油井回油管线；15、远程控制终端；16、阀组间a；17、油井a1；18、油井a2；19、油井b1；20、油井b2；21、阀组间b；22、三相分离器b；23、三相分离器a；24、加热炉a；25、加热炉b；26、水泵；27、水泵变频器；28、转油站。
具体实施方式
30.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.具体实施方式一，参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种转油站无人值守模式下的掺水伴热系统控制方法，包括燃控系统数据采集、阀组间各井的各井口回油压力数据采集、阀组间各井的回油温度数据采集、转油站内的油液温度数据采集、掺水汇管温度数据采集、网络连接建立和平台实时监控，步骤一：燃控系统数据采集；利用燃控系统7提供的加热炉a24、加热炉b25效率数据以及加热炉a24、加热炉b25出口汇管的温度传感器，其能够提供出站热水的实时温度信号；步骤二：阀组间各井的各井口回油压力数据采集；在阀组间a16处通过油井a117上的井口回油压力传感器测得井口回压pa1/pa25，通过油井a218上的井口回油压力传感器测得油井回油管线14；在阀组间b21处通过油井b119上的井口回油压力传感器测得井口回压pb1，通过油井b220上的井口回油压力传感器测得井口回压pb2，其能实时提供井口回压信号；步骤三：阀组间各井的回油温度数据采集；在阀组间a16处通过油井a117上的井口回油温度传感器测得油井回油温度ta1/ta24，通过油井a218上的井口回油温度传感器测得油井掺水管线13；在阀组间b21上通过油井b119上的井口回油温度传感器测得回油温度tb1，通过油井b220上的井口回油温度传感器测得井口温度tb2，提供各井回到阀组间的回油温度信号；步骤四：转油站内的油液温度数据采集；利用三相分离器b22、三相分离器a23进口汇管前各阀组间回油温度传感器，提供各阀组间回到转油站内的油液温度信号；步骤五：掺水汇管温度数据采集；通过掺水汇管10上所安装的温度传感器，实时提供掺水汇管10的温度信号；步骤六：网络连接建立；智能无人站控平台1与智能无人值守集控装置2之间通过网络信号连接，相互传递信息数据；步骤七：平台实时监控；智能无人站控平台1至少包括和上一级站场存在联系的无人站控平台软件，其能够对整个站场进行无人化控制、监视、故障诊断、报警等。
32.在本实施例中，所述掺水汇管10上设置有水泵26，并且水泵26上安装有水泵变频器27，并且掺水汇管10上设置有掺水汇管温度ts6，且掺水汇管温度ts6位于水泵26的前侧方。
33.具体的，本发明可利用燃烧器自控系统提供的加热炉效率数据，加热炉出口汇管
的温度传感器检测并提供出站热水的实时温度信号，之后可将其传递到无人值守集控装置中。
34.在本实施例中，所述阀组间a16上连接有两组油井掺水管线13和油井回油管线14，且第一组油井掺水管线13和第一组油井回油管线14的另一端连接在油井a117处，并且第二组油井掺水管线13和第二组油井回油管线14的另一端连接在油井a218处，同时每组油井掺水管线13和油井回油管线14上均设置有油井回油温度ta1/ta24和井口回压pa1/pa25；所述阀组间b21和阀组间a16的结构设置相同，连接有两组油井掺水管线和油井回油管线，且阀组间b21与油井b119之间连接有一组油井掺水管线和油井回油管线，并且阀组间b21与油井b220之间连接有一组油井掺水管线和油井回油管线，同时油井掺水管线和油井回油管线上均设置有油井回油温度ta1/ta2和井口回压pa1/pa2。
35.具体的，本发明可利用井口回油压力传感实时提供井口回压信号，以及利用阀组间各井的回油温度传感器提供各井回到阀组间的回油温度信号，再利用掺水汇管温度传感器实时提供掺水汇管的温度信号，之后可将其传递到无人值守集控装置中。
36.实施例一：
37.在使用该转油站无人值守模式下的掺水伴热系统控制方法时：在智能无人站控平台1及远程控制终端15上可以设定目标阀组间回油温度ta/tb 3，以站内阀组间回油温度ta/tb 3为控制目标，首先当采集的实时温度低于设定的目标温度时，智能无人站控平台1会开大连接相应阀组间的管线上的电动阀门，加大对该阀组间的掺水量，当阀门处于全开仍不能满足目标温度时智能无人站控平台会给加热炉燃控系统下发指令提高加热炉输出功率以提高掺水汇管的温度，直至回油温度达到目标要求。其次当采集的温度高于目标回油温度时，无人站控平台会下发指令关小连接该阀组间的管线上的控制阀，直至回油温度符合目标值要求，如果还不能满足控制目标，会进一步下发指令给燃控系统降低加热炉功率，实时降低掺水汇管的温度，以节约燃料气。
38.由于每个阀组间距离转油站的距离均布相同，距离近的管线相对较短，回油快，掺输过程中热损失肯定小，距离远的阀组间回油较慢，回油较慢，掺输过程中热损失较大；以每个阀组间的站内阀组间回油温度ta/tb 3做目标的控制方式，能实现智能分配各个阀组间之间的水量分配。
39.以阀组间油井回油温度ta1/ta24为二级控制目标，挡某井的回油温度低于目标值时，会自动开大阀组间与油井掺水管线13上的控制阀，直至达到每口井的回油温度均满足回油控制目标，反之关小。
40.与阀组间连接的各井与阀组间的距离有远有近，距离远的回油较慢热损失大，距离近的回油较快热损失小，通过对二级控制目标阀组间油井回油温度ta1/ta24的采集控制可以进一步实现对各井的水量分配。
41.智能无人平台通过采集井口回压pa1/pa25，对井口到阀组间的管线运行状态进行监测，当压力升高到预设的专家经验值时，会提示管线运行异常，可能发生了结垢、结蜡堵塞等情况，此时平台会自动加大对管线的掺水量，对管线进行清洗，清洗周期根据预设的专家经验预设。清洗后的油井回油管线14自动恢复正常掺水，如回压扔高于专家经验值，报警提示人工处理。
42.智能无人站控平台采集各阀组间回油汇管12两端点的压力数据，两端点压力差值
超过专家经验值时，认为管线存在结垢、结蜡堵塞等情况，提示管线清洗或通球处理。
43.智能无人站控平台1具有深度学习功能，通过一段时间的运行，会自动修正运算模型，并结合专家经验实现掺输系统的安全稳定运行，基本不需要人工干预。
44.加热炉集管理，对于站内有两台及以上加热路的，智能无人站控平台1会将多台加热炉进行集管理，可以自动根据每台加热炉的实时炉效，分配每个加热炉的走水量和燃烧状态，炉效高的多分配，炉效低的少分配，控制目标只关注汇管温度达标即可。连续监测介质流量和进口温度，自动适应随机变化的工况持续调节进气量，始终保持汇管温度在目标范围。通过恒温控制模型、结垢分析模型、效率实时监测，有效避免加热炉温度不平稳、频繁启停炉问题，减少耗气量，提高生产运行效率，平均每台炉减少耗气3％以上。
45.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：

1.一种转油站无人值守模式下的掺水伴热系统控制方法，包括燃控系统数据采集、阀组间各井的各井口回油压力数据采集、阀组间各井的回油温度数据采集、转油站内的油液温度数据采集、掺水汇管温度数据采集、网络连接建立和平台实时监控，其特征在于：步骤一：燃控系统数据采集；利用燃控系统(7)提供的加热炉a(24)、加热炉b(25)效率数据以及加热炉a(24)、加热炉b(25)出口汇管的温度传感器，其能够提供出站热水的实时温度信号；步骤二：阀组间各井的各井口回油压力数据采集；在阀组间a(16)处通过油井a1(17)上的井口回油压力传感器测得井口回压pa1/pa2(5)，通过油井a2(18)上的井口回油压力传感器测得油井回油管线(14)；在阀组间b(21)处通过油井b1(19)上的井口回油压力传感器测得井口回压pb1，通过油井b2(20)上的井口回油压力传感器测得井口回压pb2，其能实时提供井口回压信号；步骤三：阀组间各井的回油温度数据采集；在阀组间a(16)处通过油井a1(17)上的井口回油温度传感器测得油井回油温度ta1/ta2(4)，通过油井a2(18)上的井口回油温度传感器测得油井掺水管线(13)；在阀组间b(21)上通过油井b1(19)上的井口回油温度传感器测得回油温度tb1，通过油井b2(20)上的井口回油温度传感器测得井口温度tb2，提供各井回到阀组间的回油温度信号；步骤四：转油站内的油液温度数据采集；利用三相分离器b(22)、三相分离器a(23)进口汇管前各阀组间回油温度传感器，提供各阀组间回到转油站内的油液温度信号；步骤五：掺水汇管温度数据采集；通过掺水汇管(10)上所安装的温度传感器，实时提供掺水汇管(10)的温度信号；步骤六：网络连接建立；智能无人站控平台(1)与智能无人值守集控装置(2)之间通过网络信号连接，相互传递信息数据；步骤七：平台实时监控；智能无人站控平台(1)至少包括和上一级站场存在联系的无人站控平台软件，其能够对整个站场进行无人化控制、监视、故障诊断、报警等。2.根据权利要求1所述的一种转油站无人值守模式下的掺水伴热系统控制方法，其特征在于：所述智能无人值守集控装置(2)位于安装有掺水汇管(10)的转油站(28)内，且转油站(28)内设置有燃控系统(7)、阀组间a(16)和阀组间b(21)，并且转油站(28)内设置有环境温度传感器(9)。3.根据权利要求2所述的一种转油站无人值守模式下的掺水伴热系统控制方法，其特征在于：所述掺水汇管(10)上设置有水泵(26)，并且水泵(26)上安装有水泵变频器(27)，并且掺水汇管(10)上设置有掺水汇管温度ts(6)，且掺水汇管温度ts(6)位于水泵(26)的前侧方。4.根据权利要求2所述的一种转油站无人值守模式下的掺水伴热系统控制方法，其特征在于：所述燃控系统(7)内上部设置有加热炉b(25)和加热炉a(24)，且燃控系统(7)内下部设置有三相分离器a(23)和三相分离器b(22)，并且三相分离器a(23)和三相分离器b(22)右侧连接有总回油汇管(11)，且总回油汇管(11)的右侧连接有各阀组间回油汇管(12)，同时各阀组间回油汇管(12)上设置有阀组间回油温度ta/tb(3)。5.根据权利要求2所述的一种转油站无人值守模式下的掺水伴热系统控制方法，其特征在于：所述阀组间a(16)上连接有两组油井掺水管线(13)和油井回油管线(14)，且第一组
油井掺水管线(13)和第一组油井回油管线(14)的另一端连接在油井a1(17)处，并且第二组油井掺水管线(13)和第二组油井回油管线(14)的另一端连接在油井a2(18)处，同时每组油井掺水管线(13)和油井回油管线(14)上均设置有油井回油温度ta1/ta2(4)和井口回压pa1/pa2(5)。6.根据权利要求2所述的一种转油站无人值守模式下的掺水伴热系统控制方法，其特征在于：所述阀组间b(21)和阀组间a(16)的结构设置相同，连接有两组油井掺水管线和油井回油管线，且阀组间b(21)与油井b1(19)之间连接有一组油井掺水管线和油井回油管线，并且阀组间b(21)与油井b2(20)之间连接有一组油井掺水管线和油井回油管线，同时油井掺水管线和油井回油管线上均设置有油井回油温度ta1/ta2和井口回压pa1/pa2。7.根据权利要求1所述的一种转油站无人值守模式下的掺水伴热系统控制方法，其特征在于：所述智能无人站控平台(1)与远程控制终端(15)上可以线设定目标阀组间回油温度ta/tb(3)，且以阀组间的油井回油温度ta1/ta2(4)为二级控制目标。

技术总结

本发明公开了一种转油站无人值守模式下的掺水伴热系统控制方法，包括燃控系统数据采集、阀组间各井的各井口回油压力数据采集、阀组间各井的回油温度数据采集、转油站内的油液温度数据采集、掺水汇管温度数据采集、网络连接建立和平台实时监控；利用燃控系统提供的加热炉A、加热炉B效率数据以及加热炉A、加热炉B出口汇管的温度传感器。本发明在转油站无人值守下的油田掺水系统节能管控方法，以实现系统安全稳定为前提的节能掺水模式，是以结果为导向的管理逻辑，以最终回到站内油水温度稍高于原油结蜡点温度为管控目标，同时兼顾各个分支管路的温度均稍高于原油结蜡点温度，同时将环境温度和井口回压的变化纳入大数据模型运算当中。当中。当中。