用于确定油气气液相变扩散系数的方法、装置及存储介质与流程

1.本技术涉及扩散系数计算技术领域，具体地涉及一种用于确定油气气液相变扩散系数的方法、装置及存储介质。


背景技术：

2.目前我国的石油和天然气大部分采用管道输送的方式，管道内的气液相变和两相流动过程是气液相特征参数与管道流动参数相互耦合的，伴随物质与热量传递的复杂非稳态过程。因此掌握油气输送管道内的气液相变规律，可为油气管道设备的改进和完善提供理论和技术支撑，对于提高油气输送管道的安全性和经济性有重要意义。扩散系数是表征物质输运过程的一项重要参数，对于扩散系数计算，目前主要包括实验方法、基于分子动力学模拟以及经验公式。对于实验方法，存在各种缺点，例如隔膜池法需要较长的分析时间，而分子动力学模拟方法计算资源消耗极大。因此，现有技术所采用的计算扩散系数的方法存在计算过程复杂、计算结果精度较低的问题。


技术实现要素：

3.本技术实施例的目的是提供一种用于确定油气气液相变扩散系数的方法、装置及存储介质，用以解决现有技术中所采用的计算扩散系数的方法存在计算过程复杂、计算结果精度较低的问题。
4.为了实现上述目的，本技术第一方面提供一种用于确定油气气液相变扩散系数的方法，包括：
5.获取油气的组分数据；
6.获取油气在管道中运行的环境数据；
7.根据组分数据和环境数据确定初始扩散系数；
8.通过环境数据确定修正系数；
9.根据修正系数确定修正因子；
10.利用修正因子对初始扩散系数进行修正，以得到目标扩散系数。
11.在本技术实施例中，油气在管道中运行的环境数据包括：
12.温度、压力以及油气中的甲烷浓度。
13.在本技术实施例中，通过环境数据确定修正系数包括：
14.根据环境数据确定温度对扩散系数的修正系数；
15.根据环境数据确定压力对扩散系数的修正系数；
16.根据环境数据确定油气中的甲烷浓度对扩散系数的修正系数。
17.在本技术实施例中，修正因子满足公式(1)：
18.z＝f
tfp
fc；
ꢀꢀ
(1)
19.其中，z为修正因子，f
t
为温度对扩散系数的修正系数，f
p
为压力对扩散系数的修正系数，fc为甲烷浓度对扩散系数的修正系数。
20.在本技术实施例中，温度对扩散系数的修正系数满足公式(2)：
21.f
t
＝-8.65+ln(74.48t)；
ꢀꢀ
(2)
22.其中，f
t
为温度对扩散系数的修正系数，t为温度。
23.在本技术实施例中，压力对扩散系数的修正系数满足公式(3)：
[0024][0025]
其中，f
p
为压力对扩散系数的修正系数，p为压力。
[0026]
在本技术实施例中，油气中的甲烷浓度对扩散系数的修正系数满足公式(4)：
[0027][0028]
其中，fc为甲烷浓度对扩散系数的修正系数，c0为甲烷的浓度。
[0029]
在本技术实施例中，目标扩散系数满足公式(5)：
[0030][0031]
其中，为目标扩散系数，z为修正因子，为初始扩散系数。
[0032]
本技术第二方面提供一种用于确定油气气液相变扩散系数的装置，其特征在于，包括：
[0033]
存储器，被配置成存储指令；以及
[0034]
处理器，被配置成从存储器调用指令以及在执行指令时能够实现上述的用于确定油气气液相变扩散系数的方法。
[0035]
本技术第三方面提供一种机器可读存储介质，其特征在于，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行上述的用于确定油气气液相变扩散系数的方法。
[0036]
通过上述技术方案，先获取油气的组分数据以及油气在管道中运行的环境数据，再根据组分数据以及环境数据确定初始扩散系数；接着通过环境数据确定修正系数，通过修正系数确定修正因子；最后，利用修正因子对初始扩散系数进行修正，进而得到目标扩散系数。本技术通过环境数据确定修正系数，根据修正系数进一步得到修正因子，利用修正因子对初始扩散系数进行修正，极大简化了扩散系数的计算难度，提高了计算结果的精确度，可适用于多组分扩散系数的计算；本技术所提出的确定油气气液相变扩散系数的方法解决了现有技术中所采用的计算扩散系数的方法存在的计算过程复杂、计算结果精度较低的问题。
[0037]
本技术实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
[0038]
附图是用来提供对本技术实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本技术实施例，但并不构成对本技术实施例的限制。在附图中：
[0039]
图1为本技术实施例提供的一种用于确定油气气液相变扩散系数的方法的流程示意图；
[0040]
图2为本技术实施例提供的一种用于确定油气气液相变扩散系数的装置的结构框图。
具体实施方式
[0041]
为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本技术实施例，并不用于限制本技术实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0042]
需要说明，若本技术实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0043]
另外，若本技术实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本技术要求的保护范围之内。
[0044]
图1为本技术实施例提供的一种用于确定油气气液相变扩散系数的方法的流程示意图。如图1所示，本技术实施例提供一种用于确定油气气液相变扩散系数的方法，该方法可以包括下列步骤。
[0045]
步骤101、获取油气的组分数据。
[0046]
在本技术实施例中，目前我国的石油和天然气大部分采用管道输送的方式，管道内的气液相变和两相流动过程是气液相特征参数与管道流动参数相互耦合的，伴随物质与热量传递的复杂非稳态过程。油气主要指油气输送管道内输送的物质，例如，液化石油气(lpg)、压缩天然气(cng)以及液化天然气(lng)等。油气的组分数据是指组成该油气的组分物质的相关数据的集合。在一个示例中，油气的组分数据可以包括但不限于组成油气的组分物质的种类、各组分物质的浓度、各组分物质的摩尔质量、各组分物质的动力粘度、各组分物质的缔合因子以及各组分物质的分子扩散体积等。油气的种类分为气相和液相，优选地，对于液相，可以采用柱层析法等方法测定原油族组分数据，对于气相，可以通过气相色谱仪等方法测定组分数据。
[0047]
步骤102、获取油气在管道中运行的环境数据。
[0048]
在本技术实施例中，油气在管道中运行的环境数据包括温度、压力以及油气中的甲烷浓度。结合温度、压力以及甲烷浓度对扩散系数的修正；因此，除了温度和压力以外，可以将甲烷浓度作为参考的环境因素之一。在一个示例中，可以通过油气在管道中的运行状态确定温度和压力；在另一个示例中，可以通过油气的组分数据确定油气中的甲烷浓度。
[0049]
步骤103、根据组分数据和环境数据确定初始扩散系数。
[0050]
在本技术实施例中，初始扩散系数是指修正前的扩散系数。油气的种类分为气相和液相，在一个示例中，对于液相，初始扩散系数可以满足公式(6)，将对应的组分数据和环
境数据输入公式(6)以得到初始扩散系数。
[0051][0052]
其中，i为油气的一组分物质i，j为油气的另一组分物质j，xi为组分物质i的含量，xj为组分物质j的含量，为在组分物质j中无限稀释的组分物质i的初始扩散系数，单位为m2/s，为在组分物质i中无限稀释的组分物质j的初始扩散系数，单位为m2/s。
[0053]
进一步地，在组分物质j中无限稀释的组分物质i的初始扩散系数可以满足公式(7)：
[0054][0055]
其中，为在组分物质j中无限稀释的组分物质i的初始扩散系数，单位为m2/s，mj为组分物质j的摩尔质量，单位为kg/kmol；φj为组分物质j的缔合因子(非极性溶液取值为1.5)，t为热力学温度，单位为k；μj为组分物质j的动力粘度，单位为cp，vi为组分物质i在正常沸点下的分子体积，单位为cm3/mol。同理，在组分物质i中无限稀释的组分物质j的初始扩散系数可以通过同样的方法确定。
[0056]
在另一个示例中，对于液相，初始扩散系数可以满足公式(8)，将对应的组分数据和环境数据输入公式(8)以得到初始扩散系数。
[0057][0058]
其中，mi为组分物质i的摩尔质量，单位为kg/kmol，mj为组分物质j的摩尔质量，单位为kg/kmol，t为热力学温度，单位为k，p为系统的总压，单位为kpa，vi为组分物质i的分子扩散体积，单位为cm3/mol，vj为组分物质j的分子扩散体积，单位为cm3/mol。
[0059]
步骤104、通过环境数据确定修正系数。
[0060]
在本技术实施例中，油气在管道中运行的环境数据包括温度、压力以及油气中的甲烷浓度。结合温度、压力及油气中的甲烷浓度对扩散系数的修正，可以通过环境数据中的温度数据、压力数据及油气中的甲烷浓度数据确定对应的修正系数。
[0061]
步骤105、根据修正系数确定修正因子。
[0062]
在本技术实施例中，可以将修正系数输入拟合公式中从而得到修正因子。在一个示例中，可以通过分子模拟和初始扩散系数计算方法的到不同温度、不同压力、不同甲烷浓度下的扩散系数，进一步得到修正值；接着将修正值作为因变量，将温度、压力及甲烷浓度做为自变量进行拟合，根据模拟结果得到最佳的拟合形式，从而将最佳拟合形式确定为修正因子的拟合公式。
[0063]
步骤106、利用修正因子对初始扩散系数进行修正，以得到目标扩散系数。
[0064]
在本技术实施例中，通过确定的修正因子对初始扩散系数进行修正，从而的到目标扩散系数。其中，目标扩散系数即修正后的扩散系数，修正后的扩散系数比初始扩散系数具有更高的精确度。
[0065]
通过上述技术方案，先获取油气的组分数据以及油气在管道中运行的环境数据，
再根据组分数据以及环境数据确定初始扩散系数；接着通过环境数据确定修正系数，通过修正系数确定修正因子；最后，利用修正因子对初始扩散系数进行修正，进而得到目标扩散系数。本技术考虑了温度、压力、甲烷浓度对扩散系数的修正，进一步得到修正因子，利用修正因子对初始扩散系数进行修正，极大简化了扩散系数的计算难度，提高了计算结果的精确度，可适用于多组分扩散系数的计算；本技术所提出的确定油气气液相变扩散系数的方法解决了现有技术中所采用的计算扩散系数的方法存在的计算过程复杂、计算结果精度较低的问题。
[0066]
在本技术实施例中，油气在管道中运行的环境数据可以包括：
[0067]
温度、压力以及油气中的甲烷浓度。
[0068]
具体地，结合不同工况情况下，不同温度、压力以及不同油气中的甲烷浓度对扩散系数的影响，进一步结合温度、压力、甲烷浓度对扩散系数进行修正，有利于提高结果的精确度，且操作更加简介、成本更低。
[0069]
到本技术考虑到了温度、压力以及甲烷浓度对扩散系数的修正在本技术实施例中，步骤104、通过环境数据确定修正系数可以包括：
[0070]
根据环境数据确定温度对扩散系数的修正系数；
[0071]
根据环境数据确定压力对扩散系数的修正系数；
[0072]
根据环境数据确定油气中的甲烷浓度对扩散系数的修正系数。
[0073]
具体地，根据获取的环境数据中的温度数据确定温度对扩散系数的修正系数；根据获取的环境数据中的压力数据确定压力对扩散系数的修正系数；根据环境数据中的甲烷浓度数据确定油气中的甲烷浓度对扩散系数的修正系数。
[0074]
在本技术实施例中，修正因子可以满足公式(1)：
[0075]
z＝f
tfp
fc；
ꢀꢀ
(1)
[0076]
其中，z为修正因子，f
t
为温度对扩散系数的修正系数，f
p
为压力对扩散系数的修正系数，fc为甲烷浓度对扩散系数的修正系数。
[0077]
具体地，可以通过分子模拟和初始扩散系数计算方法的到不同温度、不同压力、不同甲烷浓度下的扩散系数，进一步得到修正值；接着将修正值作为因变量，将温度、压力及甲烷浓度做为自变量进行拟合，根据模拟结果得到最佳的拟合形式，从而将最佳拟合形式确定为修正因子的拟合公式。通过修正因子对扩散系数进行修正，有利于得到精确度更高的扩散系数，并且降低了操作的复杂度，节约了成本。
[0078]
在本技术实施例中，温度对扩散系数的修正系数可以满足公式(2)：
[0079]ft
＝-8.65+ln(74.48t)；
ꢀꢀ
(2)
[0080]
其中，f
t
为温度对扩散系数的修正系数，t为温度。
[0081]
在本技术实施例中，压力对扩散系数的修正系数可以满足公式(3)：
[0082][0083]
其中，f
p
为压力对扩散系数的修正系数，p为压力。
[0084]
在本技术实施例中，油气中的甲烷浓度对扩散系数的修正系数可以满足公式(4)：
[0085][0086]
其中，fc为甲烷浓度对扩散系数的修正系数，c0为甲烷的浓度。
[0087]
在本技术实施例中，目标扩散系数可以满足公式(5)：
[0088][0089]
其中，为目标扩散系数，z为修正因子，为初始扩散系数。
[0090]
具体地，根据确定的修正因子对初始扩散系数按照公式(5)的形式进行修正，从而的到目标扩散系数，有利于提高得到的扩散系数的精确度，且降低了操作过程的复杂度，有利于节约成本。
[0091]
在申请一本具体实施例中，以温度分别为168.15k、178.15k、188.15k，压力为2.0mpa、3.0mpa、4.0mpa，甲烷浓度分别为97.0％、93.9％、87.2％共27种工况条件下的液化天然气(lng)为例，比较基于分子模拟所得到的甲烷与乙烷的扩散系数(1代表甲烷，2代表乙烷)与修正后的扩散系数d
12
'进行对比，相对偏差(rd)满足公式(9)。
[0092][0093]
其中，e为相对偏差；为扩散系数计算值；为扩散系数模拟值。
[0094]
首先获取液化天然气(lng)的组分数据以及环境数据。对于27种不同工况下的液化天然气(lng)的组分数据以及环境数据如表1。表1为27种工况条件。如表1所示，以工况1为例，在此工况下，甲烷摩尔浓度97％，乙烷摩尔浓度1.8％，丙烷摩尔浓度0.2％，温度168.15k，压力2.0mpa。
[0095]
表1
[0096][0097]
接着，根据获取的液化天然气(lng)的组分数据以及环境数据确定初始扩散系数。
[0098]
液化天然气(lng)属于液相，首先确定和
[0099][0100][0101]
根据和确定修正前的扩散系数
[0102][0103]
表2为不同工况下扩散系数模拟值与修正的后扩散系数，其余各工况下的修正前的扩散系数如表2所示；
[0104]
最后，确定修正因子z和修正后的扩散系数
[0105]
首先确定温度对扩散系数的修正系数f
t
：
[0106]ft
＝-8.65+ln(74.48t)＝-8.65+ln(74.48
×
168.15)＝0.7854；
[0107]
然后确定压力对扩散系数的修正系数f
p
：
[0108][0109]
然后确定甲烷浓度对扩散系数的修正系数fc：
[0110][0111]
确定修正因子z：
[0112]
z＝f
tfp
fc＝0.7854
×
0.9441
×
0.9687＝0.7183；
[0113]
确定修正后的扩散系数
[0114][0115]
表2为不同工况下扩散系数模拟值与修正的后扩散系数，其余各工况下修正因子和修正后的扩散系数如表2所示：
[0116]
表2
[0117][0118][0119]
由表2可知，修正后的扩散系数与扩散系数的模拟值的相对偏差(rd)在3.00％内，有较高的精度。
[0120]
通过上述技术方案，先获取油气的组分数据以及油气在管道中运行的环境数据，再根据组分数据以及环境数据确定初始扩散系数；接着通过环境数据确定修正系数，通过修正系数确定修正因子；最后，利用修正因子对初始扩散系数进行修正，进而得到目标扩散系数。本技术考虑了温度、压力、甲烷浓度对扩散系数的修正，进一步得到修正因子，利用修正因子对初始扩散系数进行修正，极大简化了扩散系数的计算难度，提高了计算结果的精确度，可适用于多组分扩散系数的计算；本技术所提出的确定油气气液相变扩散系数的方法解决了现有技术中所采用的计算扩散系数的方法存在的计算过程复杂、计算结果精度较低的问题。
[0121]
图2为本技术实施例提供的一种用于确定油气气液相变扩散系数的装置的结构框图。如图2所示，本技术实施例提供一种用于确定油气气液相变扩散系数的装置，可以包括：
[0122]
存储器210，被配置成存储指令；以及
[0123]
处理器220，被配置成从存储器210调用指令以及在执行指令时能够实现上述的用于确定油气气液相变扩散系数的方法。
[0124]
具体地，在本技术实施例中，处理器220可以被配置成：
[0125]
获取油气的组分数据；
[0126]
获取油气在管道中运行的环境数据；
[0127]
根据组分数据和环境数据确定初始扩散系数；
[0128]
通过环境数据确定修正系数；
[0129]
根据修正系数确定修正因子；
[0130]
利用修正因子对初始扩散系数进行修正，以得到目标扩散系数。
[0131]
进一步地，处理器220还可以被配置成：
[0132]
油气在管道中运行的环境数据包括：
[0133]
温度、压力以及油气中的甲烷浓度。
[0134]
进一步地，处理器220还可以被配置成：
[0135]
通过环境数据确定修正系数包括：
[0136]
根据环境数据确定温度对扩散系数的修正系数；
[0137]
根据环境数据确定压力对扩散系数的修正系数；
[0138]
根据环境数据确定油气中的甲烷浓度对扩散系数的修正系数。
[0139]
在本技术实施例中，修正因子满足公式(1)：
[0140]
z＝f
tfp
fc；
ꢀꢀ
(1)
[0141]
其中，z为修正因子，f
t
为温度对扩散系数的修正系数，f
p
为压力对扩散系数的修正系数，fc为甲烷浓度对扩散系数的修正系数。
[0142]
在本技术实施例中，温度对扩散系数的修正系数满足公式(2)：
[0143]ft
＝-8.65+ln(74.48t)；
ꢀꢀ
(2)
[0144]
其中，f
t
为温度对扩散系数的修正系数，t为温度。
[0145]
在本技术实施例中，压力对扩散系数的修正系数满足公式(3)：
[0146][0147]
其中，f
p
为压力对扩散系数的修正系数，p为压力。
[0148]
在本技术实施例中，油气中的甲烷浓度对扩散系数的修正系数满足公式(4)：
[0149][0150]
其中，fc为甲烷浓度对扩散系数的修正系数，c0为甲烷的浓度。
[0151]
在本技术实施例中，修正后的扩散系数满足公式(5)：
[0152][0153]
其中，为目标扩散系数，z为修正因子，为修正前的扩散系数。
[0154]
通过上述技术方案，先获取油气的组分数据以及油气在管道中运行的环境数据，再根据组分数据以及环境数据确定初始扩散系数；接着通过环境数据确定修正系数，通过修正系数确定修正因子；最后，利用修正因子对初始扩散系数进行修正，进而得到目标扩散系数。本技术考虑了温度、压力、甲烷浓度对扩散系数的修正，进一步得到修正因子，利用修正因子对初始扩散系数进行修正，极大简化了扩散系数的计算难度，提高了计算结果的精确度，可适用于多组分扩散系数的计算；本技术所提出的确定油气气液相变扩散系数的方法解决了现有技术中所采用的计算扩散系数的方法存在的计算过程复杂、计算结果精度较低的问题。
[0155]
本技术实施例还提供一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行上述的用于确定油气气液相变扩散系数的方法。
[0156]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0157]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0158]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0159]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0160]
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(cpu)、输入/输出接口、网
络接口和内存。
[0161]
存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(ram)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(rom)或闪存(flash ram)。存储器是计算机可读介质的示例。
[0162]
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(pram)、静态随机存取存储器(sram)、动态随机存取存储器(dram)、其他类型的随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(cd-rom)、数字多功能光盘(dvd)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
[0163]
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0164]
以上仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术。对于本领域技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围之内。