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当前,输配气(油)管网漏失模型中漏失位置、漏失强度与漏失衰减系数等重要参数的辩识,尤其是漏失位置的确定是油气储运工程、油气储运理论研究中较为热门的课题,同时义是油气田生产中亟待解决的实际问题。国内外许多工程技术人员和自然科学工作者都十分关注这一问题,为此付出了辛勤劳动。最近二、三十年来,获得不少研究成果,也提出了不少数学模型和研究方法,都希望能够更加方便、准确地确定输配气(油)管网的漏失位置、漏失强度与漏失衰减系数以及其他相关量。目前在所研究的模型中,一类是建立在稳态基础上比较简单的数学模型,在判别漏失位置、漏失强度与漏失衰减系数时误差较大,无法满足工程需要。另一类是由运动方程、连续性方程、状态方程出发,建立的非线性偏微分方程组的数学模型,大家采用各种各样的数值计算方法,以寻求管网的漏失位置、漏失强度与漏失衰减系数。但求解精度不够高,总的效果都不理想。国外一些大石油公司已研制出一些检漏的大型软件,他们技术严格保密,且价格相当昂贵。因此,这极大的激发了国人研究输配气(油)管网检漏的信心。本文在[10][12]工作的基础之上,将描述输配气(油)管网运行的非线性偏微分方程组运用工程上认可的线性化方法,首次建立了描述输配气(油)管网试气(油)阶段单点漏失(含有漏失位置、漏失强度(设为常数1)、漏失衰减系数)的线性偏微分方程模型。运用偏微分方程反演的数学理论和思想,选择输配气(油)管网中切实可行的测量方法与数据,合理增加了补充条件,构成了一个完整的检漏的数学模型。该模型工程概念清晰,止问题之解析解易于表达,因此很容易地构造包含漏失位置、漏失衰减系数的偏微分方程反问题的数学表达式。这些表达式简单方便,较为容易进行适定性讨论。
我们在此基础上讨论了下列几个问题:
1.由连续性方程、运动方程、状态方程出发给出了描述输配气(油)管网中天然气(油)运行的非线性偏微分方程组。采用卡耳切夫线性化方法,将其简化成线性热传导方程。根据试气(油)阶段油气运行的特点,首次建立了描述输配气(油)管网试气(油)阶段单点漏失(含漏失位置与漏失衰减系数)的线性偏微分方程模型。
2.采用Laplace积分变换,得出了描述输配气(油)管网试气(油)阶段单点漏失的止问题线性偏微分方程模型的解析解。
3.根据输配气(油)管网试气(油)阶段油气运行的特点,给出了辩识漏失位置与漏失衰减系数的两个补充条件,由此给出了包含漏失位置与漏失衰减系数的数学表达式。
4.根据漏失位置与漏失衰减系数的表达式。我们应用“压缩映像原理”证明了漏失位置与漏失衰减系数的存在与唯一性定理并给出了他们的稳定性估计。这为辩识漏失模型中漏失位置与漏失衰减系数等参数奠定了理论基础,同时为数值计算提供了技术保证。
5.根据漏失模型提供的漏失位置与漏失衰减系数的数学表达式,我们构造了迭代的数值计算格式并编制了计算上机程序。同时给出了实际计算的算例,计算数据结果表明,理论值与实际数值较好的吻合,基本能符合油气储运工程现场的需要。
6.讨论了简化的反演漏失位置与漏失强度的数学表达式以及由简化表达式计算漏失位置与漏失衰减系数的方法。上部分内容所涉及的漏失位置与漏失强度的数学表达式中,在测量时刻足够靠后的情况下,如果忽略表达式中的无穷级数,即可得到漏失位置与漏失强度的简化数学表达式。使用简化表达式,很容易得到计算漏失位置与漏失强度的简单公式。这些公式对于漏失位置与漏失强度的初算或给出初始近似是具有意义的。
本文有如下特点与创新:
1.首次建立了描述输配气(油)管网试气(油)阶段单点漏失(含漏失衰减系数)的线性偏微分方程模型并得到其正问题的解析表达式。
2.根据输配气(油)管网试气(油)阶段油气运行的特点,给出了辩识漏失位置与漏失衰减系数的两个补充条件,同时给出了包含漏失位置与漏失衰减系数的数学表达式。
3.应用“压缩映象原理”证明了漏失位置与漏失衰减系数的存在与唯一性定理,同时给出了他们的稳定性估计。
4.数值计算检验,理论值与实际数值较好的吻合,基本能符合油气储运工程现场的需要。尽管如此,我们所建立的数学模型还存在许多不足,比如:我们的漏失模型是较理想化的模型,因为线性化使得该模型与实际问题存在一定的差距;在漏失模型中仅管考虑了漏失位置与漏失衰减系数,为使得问题研究简单,将漏失强度假定为1;涉及漏失位置与漏失衰减系数的存在性和唯一性定理中某些假设条件较为苛刻,使得距离实际工程问题差距不小;尽管理论数据与模型的计算数据吻合较好,但尚未经过现场实践检验等等。我们将继续努力,进一步完善漏失模型,使模型和补充条件更加贴近现场生产实际,算法更加合理、简便、准确,为早日成功攻克输配气(油)管网运行中漏失位置、漏失强度与漏失衰减系数等重要参数的辩识这一重要问题做出不懈努力。