[发明专利]一种模型自选择的往复式混输泵排出流率预测方法

说明书

本发明公开了一种模型自选择的往复式混输泵排出流率预测方法，它包括以下步骤：(1)确定预测模型的输入和输出变量，收集建模样本；(2)建立往复式混输泵排出流率的局部GPR模型；(3)建立往复式混输泵排出流率的加权GPR模型；(4)建立往复式混输泵排出流率的即时GPR模型；(5)基于预测概率信息，自动为每个新的输入样本点选择合适的预测模型；(6)重复步骤(2)至(5)，可从局部GPR、加权GPR和即时GPR模型中，为新的工况下每个输入样本点找到最合适的预测模型，继而得出新的工况下，往复式混输泵的排出流率曲线，本发明基于有限建模样本，实现对混输工况下往复式混输泵排出流率的建模和预测，在工程上容易实施、准确性高。

技术领域

本发明涉及往复式混输泵设计阶段重要参数建模和预测方法，特别涉及一种适合复杂频变油气混输工况下，模型自选择的往复式混输泵排出流率预测方法。

背景技术

往复式混输泵兼具泵和压缩机的功能，能有效增加石油开采过程中油和天然气的产量。往复式泵输送不可压缩介质时，活塞和进出口阀的周期运动，使得泵腔排出流率等于其容积变化率，一个冲程的泵腔排出流率曲线呈现正弦变化。往复式泵输送油气等可压缩和不可压缩混和介质时，泵内产生的非均相流频变冲击载荷，会诱发进出口阀的开启、关闭滞后现象。由于气体可压缩和液体不可压缩特性，出口阀的开启滞后将导致泵腔流率快速上升到峰值，而后波动恢复至正弦变化，在排出流率曲线上呈现突变段；出口阀的关闭滞后会产生短暂而较小的回流，在排出流率曲线上呈现回流段。可见，油气混输工况下，往复式泵一个冲程的泵腔排出流率曲线呈现零流段、突变段、正弦段和回流段四个阶段。往复式泵流量排出过程中的突变现象是加剧流量脉动，诱发噪声、振动，降低泵效的主要原因之一。因此，研究往复式泵排出流率特性与油气混输工况间相互作用，对指导混输泵工程设计，确保其稳定运行具有重要意义。

国内外学者基于机理模型和计算流体力学(CFD)仿真技术，主要对螺杆式、叶片式、齿轮式混输泵的流量特性进行了研究。作为一种新近使用的混输泵型，针对往复式油气混输泵流量特性开展的研究很少。仅张生昌等借助CFD建模工具，不考虑任何容积损失，得到了几种混输工况下泵的瞬时流量，并对其流量脉动特性进行了研究。总的来说，上述针对各种混输泵的研究大都未考虑泵的泄漏和能量损失，且将泵内流型减化为均相流，不足以描述混输泵内频变复杂的流动特性。同时，描述各种混输泵的机理模型较为复杂，模型中阀隙瞬时压力、温度、流量系数等参数均难以从实验中获得，限制了其工程应用。除此之外，动态网格的划分，多相流和湍流模型的选择，用户自定义函数等CFD建模过程，都高度依赖研究和设计者的经验。因此，有必要建立一种通用性较强，准确度较高的往复式混输泵排出流率模型以适应复杂频变的油气混输工况。

近几年，数据驱动经验模型以不需要实质性的了解复杂的内部现象，不需要过多的依赖设计者的经验，已被用于预测非线性工业过程中有较大测量滞后的变量。这些优势可同时解决上述机理和CFD建模难题，为多相混输泵排出流率的建模和预测提供一种新方法。

不同混输工况下，排出流率曲线呈现不同的过程特性；同一混输工况下，排出流率曲线的零流段、突变段、正弦段和回流段也呈现不同的局部特性，且突变段的排出流率呈现快速的非线性变化等特性。此外，市面上为数不多的多相流量计产品存在造价昂贵、测量滞后等局限，依靠从实验中获取大量可靠建模数据，提高预测性能非常困难。考虑这些因素，可利用高斯过程回归(GPR)模型提供的预测不确定度信息，采用自适应混合建模的方法，较完整的描述整个复杂过程特性。然而，经文献检索发现，GPR模型用于预测往复式混输泵排出流率的却没有。

发明内容

本发明要克服现有技术的上述缺点，提供一种适合复杂频变油气混输工况下的模型自选择的往复式混输泵排出流率预测方法。

本发明针对机理和CFD建模过程存在的不足和缺陷，提出了一种利用GPR预测不确定度的自适应建模和预测方法，可基于有限的样本，自动为每个测试点选择合适的预测模型，提高排出流率的预测准确度和可靠程度。

所述的一种模型自选择的往复式混输泵排出流率预测方法，包括以下步骤：