[发明专利]基于液滴微观分布衍化的油水分离预测方法及装置

说明书

本发明涉及一种基于液滴微观分布衍化的油水分离预测方法及装置，该方法包括如下步骤：1)基于设计或现场运行获取三相分离器基本结构参数与运行常见工况，以确定三相分离器的入口处油水液滴演化过程的边界初始条件；2)基于现场运行或实验测试的三相分离器所使用的破乳剂试验数据，求解在三相分离器油水停留时间内的油水乳状液液滴平均直径的演化过程；3)基于斯托克斯公式沉降理论、油水乳状液液滴直径分布、液滴二维聚并模型，求解出不同液滴直径下的液滴沉降分离效率；4)采用深度学习模型与SVM算法进行模拟，最终预测三相分离器出口的原油含水率。该方法综合机理模型与人工智能算法，对油水分离效果的影响因素进行尽可能全面的考虑。

技术领域

本发明涉及一种基于液滴微观分布衍化的油水分离预测方法、装置、介质及设备，属于油田开发技术领域。

背景技术

随着我国油田开发的周期延长，许多油田进入中高含水开发阶段，井口采出液油气水中采出水的含量不断提高，为了能够快速对原油进行破乳脱水、加工处理，卧式三相分离器、油水沉降罐等成为油田联合站处理油气水混合物的重要机械装备，这也是油气田集输处理工程的第一道工艺。卧式油气水三相分离器主要是将油田进口采出液分离成湿天然气、含水量较少的原油以及含油量较少的污水；多级串联的三相分离器或者立式油水沉降罐可以进一步对含水原油进行脱水处理，使之含水率达到外输的标准。高效率的油气水分离为后续的加工生产提供便利，减少了原油处理加工费用。而对于三相分离器的研究，从油水分离池逐步改进，发展成球形、立式和卧式分离器，卧式分离器以其适用性和高效性得到国内外学者的高度关注，并得到较快的发展。

在实际生产过程中，影响油水分离效果的因素众多，除了分离器本身的结构与运行时的工况外，原油的不均匀性，pH值，盐分，胶质沥青含量、水中杂质的复杂性以及表面活性化合物、破乳剂等各种因素，都有可能对三相分离器出口的原油含水率造成影响。对于卧式三相分离器油水分离效果的预测分析，国内外的学者主要通过室内脱水实验、沉降物理模型、CFD数值模拟等方式进行研究，然而室内脱水实验忽略了三相分离器本身结构的影响，沉降物理模型与CFD模拟等方法对于破乳剂等复杂因素的描述也较为困难，同时存在建模复杂，操作困难等问题。采用人工智能的机器学习算法可以直接通过现场运行数据库进行学习训练，从而得到可以预测油水分离效果的预测模型，但是这种预测模型没有完整的物理理论进行支持，在外延性和稳定性等方面存在不足。如今的智能化发展趋势便是物理模型和智能算法的融合与改进。

发明内容

本发明提供一种基于液滴微观分布衍化的油水分离预测方法、装置、介质及设备，该方法以油水乳状液滴为主要研究对象，综合机理模型与人工智能算法，对油水分离效果的影响因素进行尽可能全面的考虑，并在实际应用中比数值模拟软件。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种基于液滴微观分布衍化的油水分离预测方法，包括如下步骤：

1)基于设计或现场运行获取三相分离器基本结构参数与运行常见工况，以确定三相分离器的入口处油水液滴演化过程的边界初始条件；

2)基于现场运行或实验测试的三相分离器所使用的破乳剂试验数据，确定在当前破乳剂投加量浓度下的油水乳状液液膜的寿命，再根据油水乳状液液滴随时间变化的液滴直径演化模型，求解在三相分离器油水停留时间内的油水乳状液液滴平均直径的演化过程；

3)基于斯托克斯公式沉降理论、油水乳状液液滴直径分布、液滴二维聚并模型，建立油水液滴分离效果的机理模型，利用离散化W/O型乳状液的液滴直径以及三相分离器体积模型耦合，求解出不同液滴直径下的液滴沉降分离效率；

4)基于所述步骤3)对三相分离器入口与出口的油水乳状液液滴粒径分布的机理演化过程分析，选取油水乳状液滴初始粒径分布状态、油水乳状液滴出口粒径分布状态、破乳剂投加量、来液初始含水率，作为四个特征输入参数，选取现场生产的出口原油含水率作为特征输出参数，采用深度学习模型与SVM算法进行模拟，最终预测三相分离器出口的原油含水率。