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煤层气田地面集输系统是煤层气开发工程的核心环节,是一个“采气、集输和监测”一体化的生产管理系统。借鉴传统的天然气集输工艺,往往会造成集输系统资金投入过大,投入与产出比低的问题,难以实现商业化运作。近年来,国内开发了“多点接入,柔性集输”的先进集输工艺,以阀组作为采气和集气的转换环节,形成树状拓扑关系的采气与集输管网,大幅简化了工艺流程,同时在保证系统安全的情况下,采用低成本管材进行系统建设,有效降低了地面建设投入,但是对整个集输系统的运行管理与实时监测却提出了更高的要求。 新集输工艺中,阀组的进气管和汇管分别安装两台电子计量仪表,其中一台用于轮换计量每口井的来气量(产气量),另一台则计量所有井的总气量。由于高性价比的自动控制多通阀装置仍处于研制阶段,国内煤层气田集输阀组仍采用人工切换气井模式,需要人工记录切换时间,不但效率低而且时间误差大。此外,阀组采用低成本的单层阀门,其内漏情况导致了气井产气的计量值往往高于其实际产气量,产气量计量的不准确给生产管理带来了困难。 本文选择我国沁南煤层气开发利用高技术产业化示范工程为研究区,覆盖20多个阀组和400余口气井,气井间距300-500米,采用人工排采方式。本文对新型集输工艺在煤层气田应用过程中存在的实际问题进行了深入分析,提出了相应的数据挖掘方法:通过倒井时间自动提取与气井生产状态自动判识,实现了野外气井的自动监测,完善了数据管理模式;通过构建管网内漏模型和智能优化求解,获得了比较准确的气井产气量数据。以示范工程的实时监测数据和生产记录数据做为实验数据,基于Python与Matlab开发了数据处理软件系统,提高了煤层气数据处理的自动化程度,获得了比较准确的气井计量切换时间、气井生产状态和气井产气量。结果表明,本文所提出的煤层气田地面集输数据挖掘方法,是对“多点接入,柔性集输”工艺的有效补充,可以有效地解决新工艺在应用过程中存在的问题,将会促进“多点接入,柔性集输”工艺的应用和推广。 本文的具体研究内容和研究成果包括以下几个方面: (1)深入分析了“多点接入,柔性集输”工艺的运行模式和技术特点,针对新工艺在研究区的应用过程中存在的生产数据管理问题,进行了讨论和分析。以沁南煤层气开发利用高技术产业化示范工程依托,构建了煤层气田地面集输系统的GIS拓扑管网数据库。 (2)深入分析了不同生产状态情况下采集的煤层气实时生产数据的基本特征。基于MODBUS协议和Python平台,开发了同中控室SCADA监测系统连接的数据采集系统,并构建了实时生产数据库; (3)提出了阀组倒井时间自动提取方法。根据生产数据特征,利用自适应AR滤波方法进行了数据滤波处理,并结合倒井状态和异常状态的数据特征,排除异常状态的干扰,提取出了阀组的准确倒井时间,避免了人工记录误差; (4)提出了气井生产状态的自动判识方法。采用典型数据作为对比数据,利用JSD方法进行气井生产异常状态的判识。同时,综合考虑待测数据信息熵、分布区间等因子,实现了气井生产状态和设备运行状态的有效判识; (5)构建了管网内漏模型,提出了基于智能优化算法的解决方案。根据阀门内漏系数与气井产气量之间的数量关系构建数学模型,并分别通过粒子群算法和遗传算法进行了模型求解。最后通过对比分析两种算法的实验结果和效率,选取最佳解决方案。