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基于机器学习的混合原油凝点、黏度预测方法研究

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基于机器学习的混合原油凝点、黏度预测方法研究

作者：王思哲中国石油大学(北京)

学位级别：硕士

近年来,我国管输原油量逐年增大,管网规模不断提升,针对管道运行安全的流动保障技术一直是油气储运界的主要研究课题。凝点、黏度是衡量原油流动性的两个关键参数,准确的凝点、黏度预测为管输混合原油的流动保障技术提供重要的参考依据... 详细信息

近年来,我国管输原油量逐年增大,管网规模不断提升,针对管道运行安全的流动保障技术一直是油气储运界的主要研究课题。凝点、黏度是衡量原油流动性的两个关键参数,准确的凝点、黏度预测为管输混合原油的流动保障技术提供重要的参考依据。目前,计算混合原油凝点、黏度的经验方法可按照是否依赖两组分等配比参数划分为两类模型。然而这两类模型通常无法兼顾准确性和便捷性,并且大多不具备普遍意义,需要针对实际的油品进行优选,这给工程上的应用带来一定的不便。得益于大数据和人工智能的快速发展,机器学习方法对复杂系统的预测展现出明显的优势,为混合原油凝点、黏度预测问题提供了新思路。数据是机器学习的基础。以往的机器学习研究所用到的数据来源过于宽泛,对管输原油的混合问题不具有针对性,因此得到的预测结果缺乏工程实际意义。同时,对数据预处理的研究也不够深入。在模型方面,常用的神经网络也存在结构及参数设置复杂、预测精度不理想等缺点,因此并未得到广泛的工程应用。本文针对以上问题,沿用现阶段机器学习建模的基本思路,建立了由数据预处理、模型训练、参数优化、性能评价4个部分组成的预测方法。(1)选择了我国A原油管道历史工况数据,基于对原油管道外输模式及实验数据特点的分析,对原始数据进行了整合。再引入数据清洗、分层抽样、min-max标准化方法,以降低模型训练时因数据引起的误差。最后利用Pearson相关性分析法筛选了模型的输入特征,以提高训练效率;(2)考虑到原数据较高的特征维度及非线性相关等特点,并调研了近年来比较前沿的机器学习算法。最终采用SVR、MLP、Xgboost、LightGBM4种有针对性且原理不同的机器学习技术,分别建立了混合原油凝点、黏度的预测模型。并引入Bayesian超参数优化方法,实现了算法自动调参,提高了预测精度;(3)传统机器学习方法由于其可解释性差而被人诟病,本文引入SHAP值法和Optuna框架,分析了各输入特征和超参数对模型预测性能的影响,增强了模型的可解释性,有助于研究人员对模型的理解、使用和诊断。对传统经验模型和新建机器学习模型进行了评价。结果表明:4个机器学习模型中,在测试集上精度最高的是Bayesian-Xgboost模型,其对黏度预测的平均相对误差为8.5%,准确性略微低于黏度经验模型中准确性最高的Cragoe-C-B分数修正模型(8.2%);其对凝点预测的平均绝对误差为0.38℃,准确性高于凝点经验模型中准确性最高的刘天佑模型I(0.81℃)。因此,在两组分原油等配比参数不可获知的情况下,推荐使用Bayesian-Xgboost模型。相比于神经网络,Xgboost的预测精度有着明显优势(凝点高出74%,黏度高出58%);相比以往的人工调参过程,Bayesian超参数自动优化可更加便捷且有效提地提升模型的预测精度(对Xgboost黏度模型提升25%,凝点模型提升43%);在5个不同输入条件下进行的对比实验中,Xgboost的最高凝点预测误差为1.23℃,仍小于行业规定的误差标准,这表明了Xgboost有较强的稳定性。新建方法可以准确预测管输混合原油凝点、黏度,同时对原油管道智能化流动保障技术也有一定的借鉴意义。

关键词：机器学习混合原油凝点预测黏度预测

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混合原油的地球化学特征及成藏贡献率

地质科技情报 2007年第2期26卷 75-80页

作者：常象春林玉祥郭海花庞凌云山东科技大学地球信息科学与工程学院

含油气盆地中存在混合原油的现象非常普遍,按照形成条件可区分出4种不同的混合类型。地球化学研究表明不同有机相原油混合后体现各自母源的生物标志化合物组合特征;生物降解原油与正常原油混合后具有完整的饱和烃谱峰,同时还反映生物降... 详细信息

含油气盆地中存在混合原油的现象非常普遍,按照形成条件可区分出4种不同的混合类型。地球化学研究表明不同有机相原油混合后体现各自母源的生物标志化合物组合特征;生物降解原油与正常原油混合后具有完整的饱和烃谱峰,同时还反映生物降解特点;不同成熟度的原油混合后既可检出热稳定性低的化合物,部分成熟度参数还可指示成熟特征;高成熟天然气与原油混合后,往往会使不同组分段的成熟度产生明显变化。特殊化合物绝对浓度定量法、生物标志化合物参数法、碳同位素法和拟合图版法是常见的定量成藏贡献率方法。针对混合原油地球化学识别和贡献率定量中的局限性,提出了利用指纹技术进行优化的思路。

关键词：混合原油生物标志化合物地球化学贡献率指纹技术

大港油田外输系统混合原油黏度预测模型适用性分析

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当代化工 2023年第8期52卷 1980-1984,1989页

作者：项勇陈倩岚夏敏敏张旭鑫中国石油天然气股份有限公司大港油田分公司天津300450

伴随油田开发,新建产能区块增加、开发生产部署调整都可能造成区块产量变化,导致原油外输系统原油混合比例波动、黏度变化,而原油黏度是计算流动摩阻的重要参数,直接影响到了原油外输系统方案设计和运行管理决策。预测混合原油黏度是一... 详细信息

伴随油田开发,新建产能区块增加、开发生产部署调整都可能造成区块产量变化,导致原油外输系统原油混合比例波动、黏度变化,而原油黏度是计算流动摩阻的重要参数,直接影响到了原油外输系统方案设计和运行管理决策。预测混合原油黏度是一个与原油组分特性、配比、分子间相互作用密切相关的复杂问题,目前尚无普遍适用的混合原油黏度预测模型。测试大港外输系统混合原油在不同配比等条件下的黏度变化情况,建立混合原油黏度预测模型评价方法,分析Arrhenius修正模型Ⅱ、双对数模型、双对数修正模型Ⅲ、Cragoe修正模型适用性,结果表明双对数修正模型Ⅲ适用性最好。该研究对大港外输混合原油黏度预测及现场操作具有一定的指导意义。

关键词：大港油田混合原油外输系统黏度预测模型适用性分析

混合原油的甾萜类和多环芳烃标志物短期风化规律研究

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海洋学报 2015年第2期37卷 1-10页

作者：贺世杰王传远韩彬于洪军鲁东大学海岸研究所山东烟台264025 中国科学院烟台海岸带研究所山东烟台264003 中国科学院大学北京100049 国家海洋局第一海洋研究所山东青岛266061

将胜利和塔西两种原油以不同比例混合后置于人工气候箱进行风化模拟实验,采用气相色谱质谱联用仪（GC-MS）检测风化样品中的生物标志化合物,探讨和揭示短期风化作用对混合溢油常用的甾萜类和多环芳烃诊断指标的影响。结果表明经过15d的... 详细信息

将胜利和塔西两种原油以不同比例混合后置于人工气候箱进行风化模拟实验,采用气相色谱质谱联用仪（GC-MS）检测风化样品中的生物标志化合物,探讨和揭示短期风化作用对混合溢油常用的甾萜类和多环芳烃诊断指标的影响。结果表明经过15d的短期风化,在混源比例大于10%时,各系列混合油样的甾萜类生物标志物诊断指标与单一油品的相关诊断比值的差异性和混源油品比例值呈明显正相关。各系列混合油样中的常用萘及烷基萘等指标不适宜作为短期溢油来源鉴别的指标,但可以作为溢油是否发生混合的间接判定指标。根据常用的多环芳烃相关诊断指标,可将各系列油样的短期风化模式依据混源油品中塔西油田原油所占比例大致分为3类（20%~50%、10%和0%）。多环芳烃系列诊断指标的相对标准偏差（RSD%）与混源油品比例有关,混源塔西油样的比例越高,PAHs系列指标的RSD%越大,稳定性越差。

关键词：混合原油甾萜烷多环芳烃短期风化诊断比值

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混合原油屈服值计算模型

西安石油大学学报（自然科学版） 2013年第1期28卷 94-97,1-2页

作者：李鸿英张劲军钱建华中国石油大学(北京)城市油气输配技术北京市重点实验室北京102249

根据5种原油及其按不同比例掺混后的42种混合原油屈服值的实验结果,借鉴混合原油凝点、黏度计算模型,通过计算和对比分析,提出了混合原油屈服值计算模型.该模型对80个数据点预测值的平均绝对偏差为1.92 Pa,平均相对偏差为50.18%.考虑到... 详细信息

根据5种原油及其按不同比例掺混后的42种混合原油屈服值的实验结果,借鉴混合原油凝点、黏度计算模型,通过计算和对比分析,提出了混合原油屈服值计算模型.该模型对80个数据点预测值的平均绝对偏差为1.92 Pa,平均相对偏差为50.18%.考虑到屈服值不易测准,特别是小屈服值时更易出现较大相对偏差的因素,该模型对混合原油屈服值的预估结果还是可以接受的.

关键词：混合原油屈服值计算模型

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混合原油密度模型研究及应用

中国科技论文 2020年第5期15卷 497-501页

作者：熊小琴舒庆刘延昌杨君中国石油大学(北京)克拉玛依校区工学院新疆克拉玛依834000 中国石油大学(北京)油气管道输送安全国家工程实验室北京102249 新疆油田公司油气储运公司新疆昌吉831100

油品的销售价格与原油密度有关,可通过控制不同密度原油的掺混比例来提升油品品质。针对现场多次测样发现混油密度并不符合线性加权规律,导致理论计算调配的混油密度与实测值存在偏差,影响原油销售效益的问题,通过多组室内混油密度实验... 详细信息

油品的销售价格与原油密度有关,可通过控制不同密度原油的掺混比例来提升油品品质。针对现场多次测样发现混油密度并不符合线性加权规律,导致理论计算调配的混油密度与实测值存在偏差,影响原油销售效益的问题,通过多组室内混油密度实验结果,拟合了混油密度数学模型,并将该模型应用于现场原油的混输配比。结果表明,混油密度计算值与实测值平均误差可控制在0.0006 g/cm3以内,研究成果可为现场原油调配提供指导。

关键词：混合原油密度数学模型现场应用

具有组分跟踪的混合原油馏分性质检测方法设计

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工业控制计算机 2023年第10期36卷 20-22页

作者：梅彬刘克淳祝平陈夕松南京富岛信息工程有限公司江苏南京210061 东南大学自动化学院江苏南京210096

混合原油馏分性质检测目前多采用近红外技术,并基于偏最小二乘法或拓扑学技术对原油样品建模,但存在对馏分性质检测精度低以及求解稳健性不足等问题。针对炼化企业混合原油馏分性质检测,设计了具有组分跟踪的混合原油馏分性质检测方法,... 详细信息

混合原油馏分性质检测目前多采用近红外技术,并基于偏最小二乘法或拓扑学技术对原油样品建模,但存在对馏分性质检测精度低以及求解稳健性不足等问题。针对炼化企业混合原油馏分性质检测,设计了具有组分跟踪的混合原油馏分性质检测方法,基于近红外光谱,通过组分跟踪技术压缩混合原油中组分原油种类以及各自比例的求解范围,提升检测速度及稳健性,最后基于比例及组分原油性质预估混合原油馏分性质。结果表明,相较于混合原油性质检测现有方法,采用该方法可使混合原油馏分性质检测更加准确,并能有效减少优化求解范围,有利于稳定产品质量,提升企业经济效益。

关键词：混合原油馏分性质检测组分跟踪近红外光谱

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东濮凹陷西部斜坡带混合原油地球化学特征

西安石油大学学报（自然科学版） 2007年第3期22卷 42-46页

作者：刘俊海陈小宏杨香华中国石油大学资源与信息学院北京102249 中国地质大学资源与信息学院湖北武汉430074

东濮凹陷西部斜坡带原油地球化学特征同凹陷内其他地区原油明显不同,而研究程度相对较低.系统分析了原油饱和烃、芳烃组成及生物标志物,研究结果表明:原油生油母质类型较好,以低等水生生物为主,陆源高等植物占次要地位;原油中伽玛蜡烷... 详细信息

东濮凹陷西部斜坡带原油地球化学特征同凹陷内其他地区原油明显不同,而研究程度相对较低.系统分析了原油饱和烃、芳烃组成及生物标志物,研究结果表明:原油生油母质类型较好,以低等水生生物为主,陆源高等植物占次要地位;原油中伽玛蜡烷含量高,类异戊二烯烃呈植烷优势,表明源岩沉积环境为强还原的半咸化-咸化湖相;原油成熟度参数具有不一致性,表明原油并非是低熟油,应为混合原油,其主要来源于沙三段成熟烃源岩.

关键词：东濮凹陷混合原油生物标志物成熟度油源分析

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混合原油温度对流变性的影响

油气储运 2004年第1期23卷 15-17页

作者：王可中中石化管道储运公司运销处

在室内试验的基础上 ,研究了混合原油温度对流变性的影响 ,提出了混合原油凝点、粘度、稠度系数、流变指数等参数与混合原油温度的关系式 ,通过对鲁宁输油管道现场实测证明 ,该关系式的计算结果能够满足管道运行的需要。

关键词：混合原油流变性温度凝点粘度混油输送管道输送