一种气田集输管网的单相流-多相流耦合计算方法及装置

1.本文涉及油气田开发工程领域，尤其涉及一种气田集输管网的单相流-多相流耦合计算方法及装置。


背景技术：

2.气田集输系统是气田开发的重要设施，其管网结构具有规模大、耗能节点多、系统网络错综复杂等特点，其生产运行参数具有数量多、变化快、规律复杂、可控性差等特点。同时，随着气田生产时间推移，气田开发形势发生变化，多种开发方式并存。多数气田进入开发中后期以后，增压工程不断增多，气田能耗逐年上升，而压缩机是主要的耗能压缩机。因此，为实现气田集输系统能耗的优化和降低，必须联合集输管网和压缩机进行稳态仿真分析。
3.气田增压工程中首选往复式压缩机，因为它有排气压力高、排气稳定、可实现小气量高压力工况等特点，适合气田生产实际，但已有的仿真模型多针对离心式压缩机，缺少适用于气田集输管网增压工程的模型与计算方法。此外，现有的稳态仿真技术在管网水力计算上存在计算稳定性弱、对迭代初值敏感等缺点，在设备控制方程的处理上较为简化，计算时仅限于固定设备进出口压力或压比的情况，不适应压缩机转速、排气量以及其他多种工况的调节，并缺少往复式压缩机与集输管网耦合计算的研究，不能对气田开采进行精确指导。
4.现在亟需一种气田集输管网的单相流-多相流耦合计算方法，从而解决现有技术中缺少往复式压缩机与集输管网耦合计算的研究，不能对气田开采进行精确指导的问题。


技术实现要素：

5.为解决现有技术中的问题，本文实施例提供了一种气田集输管网的单相流-多相流耦合计算方法及装置，建立了一套包含管网单相流动、多相流动的气田集输管网计算方法，其次，对于多相流动的采气管网和单相流动的集气管网使用统一的模型求解算法，提出采气管网气液两相流和集气管网单相流耦合模拟方法，提高了管网模拟参数的关联性，使得模拟结果更接近生产实际。
6.为了解决上述技术问题，本文的具体技术方案如下：
7.一方面，本文实施例提供了一种气田集输管网的单相流-多相流耦合计算方法，包括，
8.根据气田集输管网的中管网基础参数、设定的集气管网的管道体积流量初始值、设定的采气管网的管道质量流量初始值、设定的节点温度初始值、天然气物性参数计算所述气田集输管网的管道摩阻和导纳矩阵，并生成系数矩阵；
9.根据所述管道摩阻、导纳矩阵以及系数矩阵得到集气管网的节点压力和管道体积流量、采气管网的节点压力和管道质量流量；
10.根据所述集气管网的管道体积流量、采气管网的管道质量流量对所述气田集输管
网进行热力计算，得到所述气田集输管网的节点温度；
11.根据bwrs状态方程以及所述集气管网的节点压力、采气管网的节点压力、节点温度重新计算所述天然气物性参数；
12.判断所述管道体积流量与所述管道体积流量初始值的差值是否小于第一阈值、所述管道质量流量与所述管道质量流量初始值的差值是否小于第二阈值和所述节点温度和节点温度初始值的差值是否小于第三阈值；
13.若否，则将所述管道体积流量作为所述管道体积流量初始值，将所述管道质量流量作为所述管道质量流量初始值，将所述节点温度作为所述节点温度初始值，并执行根据所述管网基础参数、管道体积流量初始值、管道质量流量初始值、设定的节点温度初始值、重新计算的天然气物性参数计算所述气田集输管网的管道摩阻和导纳矩阵，并生成系数矩阵；
14.若是，则将得到的所述集气管网的节点压力、采气管网的节点压力、节点温度作为气田集输管网的单向流-多相流的耦合计算结果，以便于根据所述耦合计算结果指导气田的开采。
15.进一步地，所述管网基础参数包括集气管径d
集
、集气管长l
集
、集气管网摩阻系数λ
集
、采气管径d
采
、采气管长l
采
、采气管网摩阻系数λ
采
、管段节点关联矩阵，所述天然气物性参数包括天然气压缩因子z、天然气相对密度δ、天然气平均温度t，其中，所述天然气平均温度t是根据所述设定的节点温度初始值以及所述管段节点关联矩阵计算得到的，所述气田集输管网的管道摩阻包括集气管网摩阻、采气管网摩阻，所述导纳矩阵包括集气管网导纳矩阵、采气管网导纳矩阵，所述系数矩阵包括集气管网系数矩阵、采气管网系数矩阵。
16.进一步地，根据气田集输管网的中管网基础参数、设定的集气管网的管道体积流量初始值、设定的采气管网的管道质量流量初始值、设定的节点温度初始值、天然气物性参数计算所述气田集输管网的管道摩阻和导纳矩阵，并生成系数矩阵的步骤包括，
17.按照公式计算所述集气管网摩阻，其中，s
集
为所述集气管网摩阻，c为常数；
18.按照公式计算所述集气管网导纳矩阵，其中，g
集
为所述集气管网导纳矩阵，q为所述管道体积流量初始值，α为流动指数；
19.按照公式y
集
＝a
×g集
×at
计算所述集气管网系数矩阵，其中，y
集
为所述集气管网系数矩阵，a为所述管段节点关联矩阵，t为矩阵转置；
20.按照公式计算所述采气管网摩阻，其中，s
采
为所述采气管网摩阻，c1为常数，x为气相质量含量，ρ
tp
为采气管网中混合物的密度，ρg为气相密度，m表示所述管道质量流量初始值，p为管道的平均绝对压力；
21.按照公式计算所述采气管网导纳矩阵，其中，g
采
为所述采气管网导纳矩阵，m为所述管道质量流量初始值，α为流动指数；
22.按照公式y
采
＝a
×g采
×at
计算所述采气管网系数矩阵，其中，y
采
为所述采气管网系
数矩阵，a为所述管段节点关联矩阵，t为矩阵转置。
23.进一步地，所述天然气物性参数还包括压缩机进口天然气的压缩因子、天然气密度、流入节点气体比热容、压缩机出口气体比热容。
24.进一步地，根据所述管道摩阻、导纳矩阵以及系数矩阵得到集气管网的节点压力和管道体积流量、采气管网的节点压力和管道质量流量的步骤包括，
25.根据公式：
26.y
集
p
集
＝-q，
27.计算所述集气管网的节点压力和管道体积流量，其中，p
集
为所集气管网节点压力，q为管道体积流量；
28.根据公式：
29.y
采
p
采
＝-m，
30.计算所述采气管网的节点压力和管道质量流量，其中，p
采
为所采气管网节点压力，m为管道质量流量。
31.进一步地，根据所述集气管网的管道体积流量、采气管网的管道质量流量对所述气田集输管网进行热力计算，得到所述气田集输管网的节点温度进一步包括，
32.根据所述管段节点关联矩阵和所述管道体积流量构建管道末端与节点的关联矩阵；
33.根据所述管道末端与节点的关联矩阵以及所述管道质量流量，利用公式：
[0034][0035]
计算采气管网节点温度，其中，t
i,采
为采气管网节点温度，b
in,ij
为所述管道末端与节点的关联矩阵中一个管道末端节点的元素，m
in,j,采
为管道末端流入节点质量流量，c
in,j
为流入节点气体比热容，t
in,j,采
为管道末端流入节点温度，m
g,i
为节点载荷流量，c
g,i
为节点载荷气体比热容，t
g,i
为节点载荷温度，m
out,i,采
为流出节点流量，c
out,i
为流出节点气体比热容，其中，管道末端流入节点质量流量m
in,j,采
是根据所述管道质量流量计算得到的，流出节点流量m
out,i,采
是根据所述管道末端流入节点质量流量与管道数量计算得到的，t
in,j,采
为管道末端流入节点温度中包括设定的已知节点温度和未知节点温度，其中，未知节点温度为所述设定的节点温度初始值；
[0036]
根据所述管道末端与节点的关联矩阵以及所述管道体积流量，利用公式：
[0037][0038]
计算采气管网节点温度，其中，t
i,集
为集气管网节点温度，b
in,ij
为所述管道末端与节点的关联矩阵中一个管道末端节点的元素，m
in,j,集
为管道末端流入节点质量流量，c
in,j
为流入节点气体比热容，t
in,j,集
为管道末端流入节点温度，m
g,i
为节点载荷流量，c
g,i
为节点载荷气体比热容，t
g,i
为节点载荷温度，m
out,i,集
为流出节点流量，c
out,i
为流出节点气体比热容，其中，管道末端流入节点质量流量m
in,j,集
是根据所述管道体积流量以及管道中所述天然气密度计算得到的，流出节点流量m
out,i,集
是根据所述管道末端流入节点质量流量与管道数量
计算得到的，t
in,j,集
为管道末端流入节点温度中包括设定的已知节点温度和未知节点温度，其中，未知节点温度为所述采气管网节点温度t
i,采
。
[0039]
进一步地，根据所述管段节点关联矩阵和所述管道体积流量构建管道末端与节点的关联矩阵的步骤包括，
[0040]
判断所述气田集输管网的中管道的管道体积流量小于0；
[0041]
若是，则将该管道在所述管段节点关联矩阵中的元素作为所述管道末端与节点的关联矩阵中该管道的元素；
[0042]
若否，则将该管道在所述管段节点关联矩阵中的元素的互为相反数作为所述管道末端与节点的关联矩阵中该管道的元素；
[0043]
根据所述气田集输管网的结构，将所述管道与节点的关联矩阵中入口管道对应的元素的值置为1。
[0044]
另一方面，本文实施例还提供了一种气田集输管网的单相流-多相流耦合计算装置，包括，
[0045]
包括：迭代参数计算单元、管道流量计算单元、节点温度计算单元、天然气物性参数计算单元以及结果检验单元；
[0046]
所述迭代参数计算单元用于根据气田集输管网的中管网基础参数、设定的集气管网的管道体积流量初始值、设定的采气管网的管道质量流量初始值、设定的节点温度初始值、天然气物性参数计算所述气田集输管网的管道摩阻和导纳矩阵，并生成系数矩阵；
[0047]
所述管道流量计算单元用于根据所述管道摩阻、导纳矩阵以及系数矩阵得到集气管网的节点压力和管道体积流量、采气管网的节点压力和管道质量流量；
[0048]
所述节点温度计算单元用于根据所述集气管网的管道体积流量、采气管网的管道质量流量对所述气田集输管网进行热力计算，得到所述气田集输管网的节点温度；
[0049]
所述天然气物性参数计算单元用于根据bwrs状态方程以及所述集气管网的节点压力、采气管网的节点压力、节点温度重新计算所述天然气物性参数；
[0050]
所述结果检验单元用于判断所述管道体积流量与所述管道体积流量初始值的差值是否小于第一阈值、所述管道质量流量与所述管道质量流量初始值的差值是否小于第二阈值和所述节点温度和节点温度初始值的差值是否小于第二阈值；若否，则将所述管道体积流量作为所述管道体积流量初始值，将所述管道质量流量作为所述管道质量流量初始值，将所述节点温度作为所述节点温度初始值，并执行根据所述管网基础参数、管道体积流量初始值、管道质量流量初始值、设定的节点温度初始值、重新计算的天然气物性参数计算所述气田集输管网的管道摩阻和导纳矩阵，并生成系数矩阵，若是，则将得到的所述集气管网的节点压力、采气管网的节点压力、节点温度作为气田集输管网的单向流-多相流的耦合计算结果，以便于根据所述耦合计算结果指导气田的开采。
[0051]
另一方面，本发明实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法。
[0052]
最后，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法。
[0053]
利用本文实施例，首先根据气田集输管网中管网基础参数、设定的集气管网的管
道体积流量初始值、设定的采气管网的管道质量流量初始值、设定的节点温度初始值、天然气物性参数计算气田集输管网的管道摩阻和导纳矩阵，并生成系数矩阵，然后分别对气田集输管网中的集气管网和采气管网分别进行水力计算，得到集气管网的节点压力和管道体积流量、采气管网的节点压力和管道质量流量，然后再利用集气管网的管道体积流量和采气管网的管道质量流量进行热力计算，得到气田集输管网的节点温度，并利用计算的集气管网的节点压力、采气管网的节点压力和节点温度重新计算天然气物性参数，然后判断计算出的管道体积流量、管道质量流量和节点压力是否小于各自的预设门限值，若否，则将计算出的管道体积流量作为管道体积流量初始值、将管道质量流量作为管道质量流量初始值、将节点温度作为节点温度初始值，并重新进行集气管网和采气管网的水力计算和气田集输管网的热力计算，直至得到的管道体积流量、管道质量流量和节点压力大于等于各自的预设门限值时，结束气田集输管网的水力热力耦合迭代，最后将集气管网的节点压力、采气管网的节点压力、节点温度作为气田集输管网的单相流-多相流的耦合计算结果。实现了对于多相流动的采气管网和单向流动的集气管网耦合求解方法，提高了管网计算参数的关联性，使得计算结果更接近生产实际，最后，根据多相流动的采气管网的管道质量流量和单相流动的集气管网的管道体积流量计算气田集输管网的节点温度，实现了在气田集输管网的水力计算的结果的基础上进行气田集输管网的热力计算，从而根据得到的所述集气管网的节点压力、采气管网的节点压力、节点温度指导气田的开采。
附图说明
[0054]
为了更清楚地说明本文实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本文的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0055]
图1为本文实施例中一种气田集输管网的单相流-多相流耦合计算方法的实施系统示意图；
[0056]
图2所示为本文实施例一种气田集输管网的单相流-多相流耦合计算方法的流程示意图；
[0057]
图3所示为本文实施例根据管段节点关联矩阵和管道体积流量构建管道末端与节点的关联矩阵的过程；
[0058]
图4所示为本文实施例一种气田集输管网的单相流-多相流耦合计算装置的结构示意图；
[0059]
图5所示为本文实施例计算机设备的结构示意图。
[0060]
【附图标记说明】：
[0061]
101、终端；
[0062]
102、服务器；
[0063]
401、迭代参数计算单元；
[0064]
402、管道流量计算单元；
[0065]
403、节点温度计算单元；
[0066]
404、天然气物性参数计算单元；
[0067]
405、结果检验单元；
[0068]
502、计算机设备；
[0069]
504、处理器；
[0070]
506、存储器；
[0071]
508、驱动机构；
[0072]
510、输入/输出模块；
[0073]
512、输入设备；
[0074]
514、输出设备；
[0075]
516、呈现设备；
[0076]
518、图形用户接口；
[0077]
520、网络接口；
[0078]
522、通信链路；
[0079]
524、通信总线。
具体实施方式
[0080]
下面将结合本文实施例中的附图，对本文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文一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本文中的实施例，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，都属于本文保护的范围。
[0081]
需要说明的是，本文的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本文的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0082]
如图1所示为本发明实施例一种气田集输管网的单相流-多相流耦合计算方法的实施系统示意图，可以包括终端101和服务器102，所述终端101与所述服务器102之间建立通信连接，能够实现数据的交互。所述终端101可以向所述服务器102输入气田集输管网的结构、管网基础参数、设定的集气管网的管道体积流量初始值、设定的采气管网的管道质量流量初始值以及设定的节点温度初始值，还输入判断所需的阈值，所述服务器102根据管网基础参数、设定的集气管网的管道体积流量初始值、设定的采气管网的管道质量流量初始值以及设定的节点温度初始值等对气田集输管网的管道流量和节点温度进行迭代计算，根据相应的阈值判断计算的管道体积流量、管道质量流量和节点温度是否符合要求，若是，则将得到的管道体积流量、管道质量流量和节点温度作为田集输管网的单向流-多相流的耦合计算结果，从而指导气田的开采。
[0083]
在本说明书实施例中，所述服务器102可以是独立的物理服务器，也可以是多个物理服务器构成的服务器集群或者分布式系统，还可以是提供云服务、云数据库、云计算、云函数、云存储、网络服务、云通信、中间件服务、域名服务、安全服务、内容分发网络(cdn,
content delivery network)、以及大数据和人工智能平台等基础云计算服务的云服务器。
[0084]
在一个可选的实施例中，终端101可以包括但不限于台式计算机、平板电脑、笔记本电脑等类型的电子设备。可选的，电子设备上运行的操作系统可以包括但不限于安卓系统、ios系统、linux、windows等。
[0085]
此外，需要说明的是，图1所示的仅仅是本公开提供的一种应用环境，在实际应用中，还可以包括其他应用环境，本说明书不做限制。
[0086]
为了解决现有技术中存在的问题，本文实施例提供了一种气田集输管网的单相流-多相流耦合计算方法，建立了一套包含管网单相流动、多相流动的气田集输管网计算方法，其次，对于多相流动的采气管网和单相流动的集气管网使用统一的模型求解算法，提出采气管网气液两相流和集气管网单相流耦合模拟方法，提高了管网模拟参数的关联性，使得模拟结果更接近生产实际。图2所示为本文实施例一种气田集输管网的单相流-多相流耦合计算方法的流程示意图。在本图中描述气田集输管网的单相流-多相流耦合计算的过程，但基于常规或者无创造性的劳动可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。在实际中的系统或装置产品执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行。具体地，如图2所示，可以由服务器上的处理单元执行，所述方法可以包括：
[0087]
步骤201：根据气田集输管网的中管网基础参数、设定的集气管网的管道体积流量初始值、设定的采气管网的管道质量流量初始值、设定的节点温度初始值、天然气物性参数计算所述气田集输管网的管道摩阻和导纳矩阵，并生成系数矩阵；
[0088]
在本步骤中，所述管网基础参数包括集气管径d
集
、集气管长l
集
、集气管网摩阻系数λ
集
、采气管径d
采
、采气管长l
采
、采气管网摩阻系数λ
采
、管段节点关联矩阵，所述天然气物性参数包括天然气压缩因子z、天然气相对密度δ、天然气平均温度t，其中，所述天然气平均温度t是根据所述设定的节点温度初始值以及所述管段节点关联矩阵计算得到的，所述气田集输管网的管道摩阻包括集气管网摩阻、采气管网摩阻，所述导纳矩阵包括集气管网导纳矩阵、采气管网导纳矩阵，所述系数矩阵包括集气管网系数矩阵、采气管网系数矩阵。
[0089]
在本步骤中，所述天然气物性参数还包括压缩机进口天然气的压缩因子、天然气密度、流入节点气体比热容、压缩机出口气体比热容。
[0090]
根据气田集输管网的中管网基础参数、设定的集气管网的管道体积流量初始值、设定的采气管网的管道质量流量初始值、设定的节点温度初始值、天然气物性参数计算所述气田集输管网的管道摩阻和导纳矩阵，并生成系数矩阵的步骤包括，
[0091]
按照公式(1)：
[0092][0093]
计算所述集气管网摩阻，其中，s
集
为所述集气管网摩阻，c为常数；
[0094]
按照公式(2)：
[0095][0096]
计算所述集气管网导纳矩阵，其中，g
集
为所述集气管网导纳矩阵，q为所述管道体积流量初始值，α为流动指数；
[0097]
按照公式(3)：
[0098]y集
＝a
×g集
×at
ꢀꢀꢀ
(3)
[0099]
计算所述集气管网系数矩阵，其中，y
集
为所述集气管网系数矩阵，a为所述管段节点关联矩阵，t为矩阵转置；
[0100]
按照公式(4)：
[0101][0102]
计算所述采气管网摩阻，其中，s
采
为所述采气管网摩阻，c1为常数，x为气相质量含量，ρ
tp
为采气管网中混合物的密度，ρg为气相密度，m表示所述管道质量流量初始值，p为管道的平均绝对压力；
[0103]
按照公式(5)：
[0104][0105]
计算所述采气管网导纳矩阵，其中，g
采
为所述采气管网导纳矩阵，m为所述管道质量流量初始值，α为流动指数；
[0106]
按照公式(6)：
[0107]y采
＝a
×g采
×at
ꢀꢀꢀ
(6)
[0108]
计算所述采气管网系数矩阵，其中，y
采
为所述采气管网系数矩阵，a为所述管段节点关联矩阵，t为矩阵转置。
[0109]
步骤202：根据所述管道摩阻、导纳矩阵以及系数矩阵得到集气管网的节点压力和管道体积流量、采气管网的节点压力和管道质量流量；
[0110]
在本步骤中，根据所述管道摩阻、导纳矩阵以及系数矩阵得到集气管网的节点压力和管道体积流量、采气管网的节点压力和管道质量流量的步骤包括，
[0111]
根据公式(7)：
[0112]y集
p
集
＝-q
ꢀꢀꢀ
(7)
[0113]
计算所述集气管网的节点压力和管道体积流量，其中，p
集
为所集气管网节点压力，q为管道体积流量；
[0114]
具体地，支状管网管道体积流量已知或容易计算，环状管网体积流量往往是未知的且不容易计算得到，集气管网节点压力中包括已知的集气管网节点压力和未知的集气管网节点压力，通常管网必须至少已知一个参考节点的压力才可以求解。根据线性逼近法，集气管网未知节点压力可由式(7)进行计算求解。
[0115]
根据公式(8)：
[0116]y采
p
采
＝-m
ꢀꢀꢀ
(8)
[0117]
计算所述采气管网的节点压力和管道质量流量，其中，p
采
为所采气管网节点压力，m为管道质量流量。具体地，采用线性逼近法求解方程组(8)的到未知节点的压力和管道质量流量的值。
[0118]
步骤203：根据所述集气管网的管道体积流量、采气管网的管道质量流量对所述气
田集输管网进行热力计算，得到所述气田集输管网的节点温度；
[0119]
在本步骤中，根据所述集气管网的管道体积流量、采气管网的管道质量流量对所述气田集输管网进行热力计算，得到所述气田集输管网的节点温度进一步包括，
[0120]
根据所述管段节点关联矩阵和所述管道体积流量构建管道末端与节点的关联矩阵；
[0121]
具体地，如图3所示，根据所述管段节点关联矩阵和所述管道体积流量构建管道末端与节点的关联矩阵的过程进一步包括，
[0122]
步骤301：判断所述气田集输管网的中管道的管道体积流量小于0；
[0123]
步骤302：若是，则将该管道在所述管段节点关联矩阵中的元素作为所述管道末端与节点的关联矩阵中该管道的元素；
[0124]
步骤303：若否，则将该管道在所述管段节点关联矩阵中的元素的互为相反数作为所述管道末端与节点的关联矩阵中该管道的元素；
[0125]
步骤304：根据所述气田集输管网的结构，将所述管道与节点的关联矩阵中入口管道对应的元素的值置为1。
[0126]
根据所述管道末端与节点的关联矩阵以及所述管道质量流量，利用公式(9)：
[0127][0128]
计算采气管网节点温度，其中，t
i,采
为采气管网节点温度，b
in,ij
为所述管道末端与节点的关联矩阵中一个管道末端节点的元素，m
in,j,采
为管道末端流入节点质量流量，c
in,j
为流入节点气体比热容，t
in,j,采
为管道末端流入节点温度，m
g,i
为节点载荷流量，c
g,i
为节点载荷气体比热容，t
g,i
为节点载荷温度，m
out,i,采
为流出节点流量，c
out,i
为流出节点气体比热容，其中，管道末端流入节点质量流量m
in,j,采
是根据所述管道质量流量计算得到的，流出节点流量m
out,i,采
是根据所述管道末端流入节点质量流量与管道数量计算得到的，t
in,j,采
为管道末端流入节点温度中包括设定的已知节点温度和未知节点温度，其中，未知节点温度为所述设定的节点温度初始值；
[0129]
根据所述管道末端与节点的关联矩阵以及所述管道体积流量，利用公式(10)：
[0130][0131]
计算采气管网节点温度，其中，t
i,集
为集气管网节点温度，b
in,ij
为所述管道末端与节点的关联矩阵中一个管道末端节点的元素，m
in,j,集
为管道末端流入节点质量流量，c
in,j
为流入节点气体比热容，t
in,j,集
为管道末端流入节点温度，m
g,i
为节点载荷流量，c
g,i
为节点载荷气体比热容，t
g,i
为节点载荷温度，m
out,i,集
为流出节点流量，c
out,i
为流出节点气体比热容，其中，管道末端流入节点质量流量m
in,j,集
是根据所述管道体积流量以及管道中所述天然气密度计算得到的，流出节点流量m
out,i,集
是根据所述管道末端流入节点质量流量与管道数量计算得到的，t
in,j,集
为管道末端流入节点温度中包括设定的已知节点温度和未知节点温度，其中，未知节点温度为所述采气管网节点温度t
i,采
。
[0132]
步骤204：根据bwrs状态方程以及所述集气管网的节点压力、采气管网的节点压力、节点温度重新计算所述天然气物性参数；
[0133]
需要说明的是，本步骤中所述的bwrs状态方程的计算方法为本领域的公知常识手段，本说明书实施例中不再赘述。
[0134]
步骤205：判断所述管道体积流量与所述管道体积流量初始值的差值是否小于第一阈值、所述管道质量流量与所述管道质量流量初始值的差值是否小于第二阈值和所述节点温度和节点温度初始值的差值是否小于第三阈值；
[0135]
在本文实施例中，若本次迭代得到的管道体积流量与上一次迭代得到的管道体积流量(即管道体积流量初始值)的差值小于第一阈值、本次迭代得到的管道质量流量与上一次迭代得到的管道质量流量(即管道质量流量初始值)的差值小于第二阈值且本次迭代得到的节点温度与上一次迭代得到的节点温度(即节点初始值)的差值小于第三阈值，则说明迭代计算已经收敛，即可将本次迭代得到的管道体积流量、管道质量流量和节点压力作为气田集输管网的单相流-多相流的耦合计算结果。
[0136]
在本步骤中，若否，则执行步骤206，否则执行步骤207。
[0137]
步骤206：将所述管道体积流量作为所述管道体积流量初始值，将所述管道质量流量作为所述管道质量流量初始值，将所述节点温度作为所述节点温度初始值，重新执行步骤201，对集气管网的管道体积流量、采气管网的管道质量流量和节点温度进行迭代计算；
[0138]
需要说明的是，本步骤中除了将计算的管道体积流量作为步骤201中的管道体积流量初始值、将计算的管道质量流量作为步骤201中的管道质量流量初始值以及将计算的节点温度作为步骤201中的节点温度初始值之外，还需要将步骤204重新计算的天然气物性参数替换到步骤201中的天然气物性参数，即在迭代过程中，步骤201中只有管网基础参数不变，管道体积流量初始值、管道质量流量初始值、节点温度初始值和天然气物性参数都是随着迭代改变的。然后再根据迭代计算的集气管网摩阻、采气管网摩阻、集气管网导纳矩阵、采气管网导纳矩阵、集气管网系数矩阵以及采气管网系数矩阵得到集气管网的节点压力、采气管网的节点压力、管道体积流量和管道质量流量，根据所述管道体积流量和管道质量流量对所述气田集输管网进行热力计算，得到节点温度，根据bwrs状态方程以及所述节点压力和节点温度重新计算所述天然气物性参数。再执行步骤205判断管道体积流量与管道体积流量初始值的差值是否小于第一阈值、管道质量流量与管道质量流量初始值的差值是否小于第二阈值和节点温度和节点温度初始值的差值是否小于第三阈值。
[0139]
步骤207：将计算的集气管网的节点压力、采气管网的节点压力、节点温度作为气田集输管网的单向流-多相流的耦合计算结果。
[0140]
在本文实施例中，得到气田集输管网的单向流-多相流的耦合计算结果后，可以利用耦合计算结果指导气田的开采。
[0141]
以预测气田集输管网是否存在产生水合物的实施场景为例，可以根据得到的所述集气管网的节点压力、采气管网的节点压力、节点温度判断所述气田集输管网是否存在产生水合物的风险；
[0142]
在本步骤中，根据得到的所述集气管网的节点压力、采气管网的节点压力、节点温度判断所述气田集输管网是否存在产生水合物的风险进一步包括，
[0143]
根据公式(11)，
[0144][0145]
计算距离管道起点x处的压力，其中，p
x
为所述距离管道起点x处的压力，p
l
为管道起点压力，pr为管道末端压力，l表示管道长度，其中，管道起点压力p
l
、以及管道末端压力pr是根据所述集气管网的节点压力、采气管网的节点压力计算的到的；
[0146]
根据公式(12)-(14)，
[0147][0148][0149][0150]
计算距离管道起点x处的生成水合物的临界温度，其中，t表示所述距离管道起点x处的生成水合物的临界温度，fi为混合气体组分i的逸度，其中，fi是采用bwrs状态方程对所述距离管道起点x处的压力p
x
进行计算得到的，f
i0
为纯基础水合物组分i的逸度，θi为气体组分i在水合物连接孔中的填充率，ci为langmuir常数，其中，xi为气体组分i形成基础水合物与混合基础水合物的摩尔百分比，β为水合物结构类型参数，aw为富水相中水的活度，λ2表示水合物中巧结孔数与水分子数的比值，p表示压力值，α为流动指数，a
ij
为二元交互作用系数，a
ij
由典型的二元水合物生成数据回归得到，a,b,x,y,z为模型参数；
[0151]
利用公式(15)，
[0152]
t
实
＝t0+(t
l-t0)e-ax
ꢀꢀꢀ
(15)
[0153]
计算距离管道起点x处的温度，其中，t
实
表示所述距离管道起点x处的温度，t
l
为管道的起点温度，其中，管道的起点温度t
l
是根据所述节点温度计算得到的，t0为环境温度，其中，k为管道总传热系数，c
p
表示定压比热容，g表示管道质量流量，d表示管道直径；
[0154]
判断所述距离管道起点x处的温度t
实
是否小于所述距离管道起点x处的生成水合物的临界温度t，若是，则距离管道起点x处存在生成水合物的风险。
[0155]
在本发明的一些其他实施例中，还可以根据如图2所示的方法对实际地层的气田开采进行指导。例如，首先对实际地层的气田集输管网进行建模，得到管段节点关联矩阵，然后在根据开采计划中集气管网的管道体积流量初始值、采气管网的管道质量流量初始值和节点温度初始值进行多相流动的采气管网和单相流动的集气管网的耦合计算，得到集气管网的节点压力、采气管网的节点压力以及气田集输管网的节点温度，然后根据集气管网的节点压力、采气管网的节点压力以及气田集输管网的节点温度判断气田集输管网是否存在生成水合物的风险，若存在，则调整集气管网的管道体积流量初始值、采气管网的管道质量流量初始值、节点温度初始值再次进行耦合计算，直至气田集输管网不会生成水合物时，按照对应的集气管网的管道体积流量初始值、采气管网的管道质量流量初始值和节点温度初始值进行实际地层的气田开采，从而避免气田集输管网生成水合物。
[0156]
通过本发明实施例的方法，首先根据气田集输管网中管网基础参数、设定的集气管网的管道体积流量初始值、设定的采气管网的管道质量流量初始值、设定的节点温度初始值、天然气物性参数计算气田集输管网的管道摩阻和导纳矩阵，并生成系数矩阵，然后分别对气田集输管网中的集气管网和采气管网分别进行水力计算，得到集气管网的节点压力和管道体积流量、采气管网的节点压力和管道质量流量，然后再利用集气管网的管道体积流量和采气管网的管道质量流量进行热力计算，得到气田集输管网的节点温度，并利用计算的集气管网的节点压力、采气管网的节点压力和节点温度重新计算天然气物性参数，然后判断计算出的管道体积流量、管道质量流量和节点压力是否小于各自的预设门限值，若否，则将计算出的管道体积流量作为管道体积流量初始值、将管道质量流量作为管道质量流量初始值、将节点温度作为节点温度初始值，并重新进行集气管网和采气管网的水力计算和气田集输管网的热力计算，直至得到的管道体积流量、管道质量流量和节点压力大于等于各自的预设门限值时，结束气田集输管网的水力热力耦合迭代，最后将集气管网的节点压力、采气管网的节点压力、节点温度作为气田集输管网的单相流-多相流的耦合计算结果。实现了对于多相流动的采气管网和单向流动的集气管网耦合求解方法，提高了管网计算参数的关联性，使得计算结果更接近生产实际，最后，根据多相流动的采气管网的管道质量流量和单相流动的集气管网的管道体积流量计算气田集输管网的节点温度，实现了在气田集输管网的水力计算的结果的基础上进行气田集输管网的热力计算，得到气田集输管网的单向流、多相流的耦合计算结果，以便于根据所述耦合计算结果指导气田的开采。
[0157]
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种气田集输管网的单相流-多相流耦合计算装置，如图4所示，包括，迭代参数计算单元401、管道流量计算单元402、节点温度计算单元403、天然气物性参数计算单元404以及结果检验单元405；
[0158]
所述迭代参数计算单元401用于根据气田集输管网的中管网基础参数、设定的集气管网的管道体积流量初始值、设定的采气管网的管道质量流量初始值、设定的节点温度初始值、天然气物性参数计算所述气田集输管网的管道摩阻和导纳矩阵，并生成系数矩阵；
[0159]
所述管道流量计算单元402用于根据所述管道摩阻、导纳矩阵以及系数矩阵得到集气管网的节点压力和管道体积流量、采气管网的节点压力和管道质量流量；
[0160]
所述节点温度计算单元403用于根据所述集气管网的管道体积流量、采气管网的管道质量流量对所述气田集输管网进行热力计算，得到所述气田集输管网的节点温度；
[0161]
所述天然气物性参数计算单元404用于根据bwrs状态方程以及所述集气管网的节
点压力、采气管网的节点压力、节点温度重新计算所述天然气物性参数；
[0162]
所述结果检验单元405用于判断所述管道体积流量与所述管道体积流量初始值的差值是否小于第一阈值、所述管道质量流量与所述管道质量流量初始值的差值是否小于第二阈值和所述节点温度和节点温度初始值的差值是否小于第二阈值；若否，则将所述管道体积流量作为所述管道体积流量初始值，将所述管道质量流量作为所述管道质量流量初始值，将所述节点温度作为所述节点温度初始值，并执行根据所述管网基础参数、管道体积流量初始值、管道质量流量初始值、设定的节点温度初始值、重新计算的天然气物性参数计算所述气田集输管网的管道摩阻和导纳矩阵，并生成系数矩阵，若是，则将得到的所述集气管网的节点压力、采气管网的节点压力、节点温度作为气田集输管网的单向流-多相流的耦合计算结果，以便于根据所述耦合计算结果指导气田的开采。
[0163]
由于上述装置解决问题的原理与上述方法相似，因此上述装置的实施可以参见上述方法的实施，重复之处不再赘述。
[0164]
如图5所示，为本文实施例提供的一种计算机设备，本文中的装置可以为本实施例中的计算机设备，执行上述本文的方法，所述计算机设备502可以包括一个或多个处理器504，诸如一个或多个中央处理单元(cpu)，每个处理单元可以实现一个或多个硬件线程。计算机设备502还可以包括任何存储器506，其用于存储诸如代码、设置、数据等之类的任何种类的信息。非限制性的，比如，存储器506可以包括以下任一项或多种组合：任何类型的ram，任何类型的rom，闪存设备，硬盘，光盘等。更一般地，任何存储器都可以使用任何技术来存储信息。进一步地，任何存储器可以提供信息的易失性或非易失性保留。进一步地，任何存储器可以表示计算机设备502的固定或可移除部件。在一种情况下，当处理器504执行被存储在任何存储器或存储器的组合中的相关联的指令时，计算机设备502可以执行相关联指令的任一操作。计算机设备502还包括用于与任何存储器交互的一个或多个驱动机构508，诸如硬盘驱动机构、光盘驱动机构等。
[0165]
计算机设备502还可以包括输入/输出模块510(i/o)，其用于接收各种输入(经由输入设备512)和用于提供各种输出(经由输出设备514)。一个具体输出机构可以包括呈现设备516和相关联的图形用户接口(gui)518。在其他实施例中，还可以不包括输入/输出模块510(i/o)、输入设备512以及输出设备514，仅作为网络中的一台计算机设备。计算机设备502还可以包括一个或多个网络接口520，其用于经由一个或多个通信链路522与其他设备交换数据。一个或多个通信总线524将上文所描述的部件耦合在一起。
[0166]
通信链路522可以以任何方式实现，例如，通过局域网、广域网(例如，因特网)、点对点连接等、或其任何组合。通信链路522可以包括由任何协议或协议组合支配的硬连线链路、无线链路、路由器、网关功能、名称服务器等的任何组合。
[0167]
对应于图2-图3的方法，本文实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行上述步骤。
[0168]
本文实施例还提供一种计算机可读指令，其中当处理器执行所述指令时，其中的程序使得处理器执行如图2-图3所示的方法。
[0169]
应理解，在本文的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本文实施例的实施过程构成任何限定。
[0170]
还应理解，在本文实施例中，术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
[0171]
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本文的范围。
[0172]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0173]
在本文所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合或通信连接，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。
[0174]
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本文实施例方案的目的。
[0175]
另外，在本文各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
[0176]
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本文的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本文各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0177]
本文中应用了具体实施例对本文的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本文的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本文的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本文的限制。