本發(fā)明涉及石油天然氣開采，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種智能型石油天然氣井口緊急切斷保護(hù)裝置及控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、井口是指油氣井的頂部部分，即井的開口處，是整個(gè)油氣開采過(guò)程中與地面設(shè)備連接的地方。井口包含了很多關(guān)鍵設(shè)施，例如閥門、壓力監(jiān)測(cè)設(shè)備等，用于控制油氣的流出和對(duì)井口的監(jiān)測(cè)?！爸悄苄褪吞烊粴饩诰o急切斷保護(hù)裝置及控制系統(tǒng)”是在傳統(tǒng)的石油和天然氣井口緊急切斷保護(hù)裝置的基礎(chǔ)上，融入了智能化技術(shù)，以提高其響應(yīng)速度、精確性和自動(dòng)化水平。

2、現(xiàn)有技術(shù)存在的不足：

3、現(xiàn)有井口泄漏檢測(cè)系統(tǒng)通常依賴于簡(jiǎn)單的閾值判斷，容易受到環(huán)境變化和噪聲的干擾，導(dǎo)致檢測(cè)精度低，響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，無(wú)法實(shí)時(shí)反應(yīng)井口工況的變化。目前的技術(shù)大多只針對(duì)單個(gè)井口進(jìn)行保護(hù)控制，忽視了多個(gè)井口之間的協(xié)同作用。這種單井口保護(hù)可能無(wú)法有效應(yīng)對(duì)復(fù)雜的生產(chǎn)環(huán)境和突發(fā)情況。

4、在發(fā)生井口泄漏時(shí)，現(xiàn)有的控制系統(tǒng)可能無(wú)法準(zhǔn)確判斷泄漏的具體位置和泄漏的嚴(yán)重性，導(dǎo)致切斷控制力度不精準(zhǔn)，可能存在過(guò)度切斷或切斷不及時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)。傳統(tǒng)的井口控制系統(tǒng)依賴人工判斷和干預(yù)，一旦發(fā)生異常，人工的響應(yīng)速度和判斷精度可能導(dǎo)致控制不及時(shí)或不準(zhǔn)確，無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的快速響應(yīng)。因此，本發(fā)明提出一種智能型石油天然氣井口緊急切斷保護(hù)裝置及控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)石油天然氣井口在發(fā)生泄漏時(shí)緊急切斷。

5、針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提出一種解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明的實(shí)施例提供一種智能型石油天然氣井口緊急切斷保護(hù)裝置及控制系統(tǒng)，通過(guò)發(fā)生泄漏時(shí)緊急切斷，以解決上述背景技術(shù)中提出的問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種智能型石油天然氣井口緊急切斷保護(hù)裝置及控制系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集模塊，泄漏判斷模塊，自適應(yīng)切斷控制模塊，多井口協(xié)同模塊，模塊間存在連接：

4、數(shù)據(jù)采集模塊，用于實(shí)時(shí)采集井口工況數(shù)據(jù)，包括氣體流量數(shù)據(jù)和氣體壓力數(shù)據(jù)；

5、泄漏判斷模塊，用于根據(jù)采集到的井口工況數(shù)據(jù)，利用綜合判斷函數(shù)基于機(jī)器學(xué)習(xí)算法計(jì)算得到泄漏判斷值，并與泄漏閾值進(jìn)行比較，判斷是否發(fā)生泄漏；

6、自適應(yīng)切斷控制模塊，用于發(fā)生泄漏時(shí)，根據(jù)井口工況數(shù)據(jù)以及泄漏位置計(jì)算切斷力度，并根據(jù)切斷力度控制切斷裝置執(zhí)行切斷動(dòng)作；

7、多井口協(xié)同模塊，用于井口發(fā)生泄漏時(shí)，控制系統(tǒng)將泄漏信號(hào)發(fā)送至周邊井口保護(hù)裝置，周邊井口保護(hù)裝置根據(jù)預(yù)設(shè)策略和協(xié)同工作計(jì)算公式，調(diào)整自身的產(chǎn)量和壓力，實(shí)現(xiàn)協(xié)同保護(hù)。

8、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述氣體流量數(shù)據(jù)包括氣體濃度，氣體涌出速率，流量變化速率。

9、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述氣體濃度獲取過(guò)程如下：

10、在井口安裝氣體濃度傳感器，氣體濃度傳感器檢測(cè)到的氣體吸附在敏感元件的表面，與敏感元件表面吸附的氧離子發(fā)生反應(yīng)，使氧離子得到電子，導(dǎo)致敏感元件的電學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，得到敏感元件電阻值變化；

11、根據(jù)敏感元件電阻值計(jì)算傳感器電路的輸出電壓;

12、通過(guò)在已知?dú)怏w濃度的條件下測(cè)量電池電壓,得到標(biāo)準(zhǔn)電池電壓；

13、測(cè)量傳感器所處環(huán)境的溫度，并將攝氏溫度轉(zhuǎn)換為絕對(duì)溫度；

14、通過(guò)分析傳感器中發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)方程式來(lái)確定電子轉(zhuǎn)移數(shù)；

15、在動(dòng)態(tài)測(cè)量時(shí)，獲取傳感器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間，并引入與時(shí)間相關(guān)的函數(shù)描述傳感器達(dá)到穩(wěn)定輸出的動(dòng)態(tài)響應(yīng)；

16、通過(guò)輸出電壓與氣體濃度之間的關(guān)系，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)電池電壓，絕對(duì)溫度，電子轉(zhuǎn)移數(shù)動(dòng)態(tài)響應(yīng)計(jì)算氣體濃度；

17、若存在干擾氣體，通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定干擾氣體對(duì)傳感器輸出的影響系數(shù)以及干擾氣體的濃度對(duì)公式進(jìn)行修正，具體公式如下：

18、；

19、式中，c是氣體濃度，n是電子轉(zhuǎn)移數(shù)，e是輸出電壓，是標(biāo)準(zhǔn)電池電壓，是干擾氣體對(duì)傳感器輸出的影響系數(shù)，是干擾氣體的濃度，f是法拉第常數(shù)，r是氣體常數(shù)，t是絕對(duì)溫度，r是傳感器的時(shí)間常數(shù)，t是動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間。

20、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述氣體壓力數(shù)據(jù)的具體獲取過(guò)程如下：

21、獲取壓力傳感器的輸出電勢(shì)，基于氣體壓力與輸出電勢(shì)的函數(shù)關(guān)系計(jì)算氣體壓力數(shù)據(jù)；

22、獲取氣體標(biāo)準(zhǔn)溫度以及實(shí)際測(cè)量時(shí)的氣體溫度，并對(duì)氣體壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行修正得到氣體壓力數(shù)據(jù)，具體計(jì)算公式如下：

23、；

24、式中，p是氣體壓力數(shù)據(jù)，是氣體標(biāo)準(zhǔn)溫度，是實(shí)際測(cè)量時(shí)的氣體溫度，v是壓力傳感器的輸出電勢(shì)，其中k和b是傳感器的校準(zhǔn)系數(shù)。

25、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述氣體涌出速率過(guò)程如下：

26、在井口設(shè)置測(cè)量區(qū)域，測(cè)量區(qū)域面積記為a；

27、獲取孔板前后的壓力以及氣體壓力，根據(jù)孔板前后的壓力計(jì)算孔板前后的壓差；

28、采用孔板氣體流量計(jì)測(cè)量通過(guò)該測(cè)量區(qū)域的氣體流量，結(jié)合測(cè)量區(qū)域面積計(jì)算得到氣體涌出速率，具體計(jì)算公式為：

29、；

30、式中，v是氣體涌出速率；a是測(cè)量區(qū)域面積；為孔板流量計(jì)的流量系數(shù)，根據(jù)孔板的結(jié)構(gòu)和安裝方式確定，可通過(guò)查閱相關(guān)手冊(cè)獲??；為孔板的開孔面積，根據(jù)孔板設(shè)計(jì)尺寸確定；是孔板前后的壓差；r是氣體常數(shù)，t是絕對(duì)溫度，是氣體壓力數(shù)據(jù)，為氣體流量。

31、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述流量變化速率過(guò)程如下：

32、利用孔板氣體流量計(jì)，按照一定的時(shí)間間隔連續(xù)采集氣體流量數(shù)據(jù)；

33、根據(jù)氣體流量數(shù)據(jù)以及采集時(shí)間間隔計(jì)算流量變化速率，具體計(jì)算公式如下：

34、；

35、式中，b是流量變化速率，是采集時(shí)間間隔，n是采集次數(shù)，是第j次采集氣體流量數(shù)據(jù)，是第j次采集氣體流量數(shù)據(jù)；

36、其中為孔板流量計(jì)的流量系數(shù)，根據(jù)孔板的結(jié)構(gòu)和安裝方式確定，可通過(guò)查閱相關(guān)手冊(cè)獲?。粸榭装宓拈_孔面積，根據(jù)孔板設(shè)計(jì)尺寸確定；是孔板前后的壓差；r是氣體常數(shù)，t是絕對(duì)溫度，是氣體壓力數(shù)據(jù)。

37、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述根據(jù)采集到的井口工況數(shù)據(jù)，利用綜合判斷函數(shù)基于機(jī)器學(xué)習(xí)算法計(jì)算得到泄漏判斷值具體計(jì)算公式如下：

38、；

39、式中，f是泄漏判斷值，c是氣體濃度，是氣體濃度權(quán)重系數(shù)，p是氣體壓力數(shù)據(jù)，是氣體壓力數(shù)據(jù)權(quán)重系數(shù)，v是氣體涌出速率，是氣體涌出速率權(quán)重系數(shù)，b是流量變化速率，是流量變化速率權(quán)重系數(shù)。

40、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述根據(jù)井口工況數(shù)據(jù)以及泄漏位置計(jì)算切斷力度過(guò)程如下：

41、監(jiān)測(cè)氣體濃度及氣體壓力數(shù)據(jù)，并計(jì)算氣體濃度變化率，以及壓力變化速率；

42、采用基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位算法確定泄漏點(diǎn)在井口設(shè)施中的位置，獲取泄漏點(diǎn)與井口的距離，并將井口設(shè)施劃分為多個(gè)區(qū)域，為每個(gè)區(qū)域賦予一個(gè)位置編碼；

43、并根據(jù)氣體濃度變化率，以及壓力變化速率基于泄漏嚴(yán)重程度評(píng)估模型評(píng)估泄漏嚴(yán)重程度，得到評(píng)估等級(jí)s；

44、根據(jù)井口工況數(shù)據(jù)以及泄漏位置計(jì)算切斷力度具體計(jì)算公式如下：

45、；

46、式中，是切斷力度，s是評(píng)估等級(jí)，是評(píng)估等級(jí)權(quán)重系數(shù)，是區(qū)域位置編碼，是區(qū)域位置編碼權(quán)重系數(shù)，是氣體濃度變化率，是氣體濃度變化權(quán)重系數(shù)，是壓力變化速率，是壓力變化權(quán)重系數(shù)，l是泄漏點(diǎn)與井口的距離。

47、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述周邊井口保護(hù)裝置根據(jù)預(yù)設(shè)策略和協(xié)同工作計(jì)算公式，調(diào)整自身的產(chǎn)量和壓力過(guò)程如下：

48、井口的泄漏信號(hào)通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，一旦泄漏發(fā)生，傳感器檢測(cè)到的異常信號(hào)會(huì)被傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)；

49、控制系統(tǒng)通過(guò)智能控制模塊判斷該信號(hào)為泄漏信號(hào)，并立即將泄漏信息發(fā)送至周邊井口的保護(hù)裝置；

50、周邊井口的保護(hù)裝置接收到泄漏信號(hào)后，按照預(yù)設(shè)的策略開始協(xié)同工作，通過(guò)協(xié)同工作計(jì)算公式根據(jù)當(dāng)前的井口泄漏情況調(diào)整產(chǎn)量和壓力，確保整體井群的穩(wěn)定性。

51、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述調(diào)整產(chǎn)量和壓力的計(jì)算過(guò)程如下：

52、設(shè)周邊井口數(shù)量為m，第j個(gè)周邊井口與事故井口的距離為，周邊井口保護(hù)裝置根據(jù)預(yù)設(shè)策略和協(xié)同工作計(jì)算公式調(diào)整自身的產(chǎn)量和壓力，具體調(diào)整公式如下：

53、；

54、式中，是第j個(gè)周邊井口石油天然氣的實(shí)際生產(chǎn)量，是第j個(gè)周邊井口石油天然氣的初始產(chǎn)量，是產(chǎn)量相關(guān)系數(shù)，是第j個(gè)周邊井口與事故井口的距離，s是泄漏嚴(yán)重程度評(píng)估等級(jí)，是第j個(gè)周邊井口的實(shí)際壓力，是第j個(gè)周邊井口的初始?jí)毫Γ菈毫ο嚓P(guān)系數(shù)，m為周邊井口數(shù)量。

55、本發(fā)明一種智能型石油天然氣井口緊急切斷保護(hù)裝置及控制系統(tǒng)的技術(shù)效果和優(yōu)點(diǎn)：

56、1.本發(fā)明通過(guò)數(shù)據(jù)采集模塊，可以實(shí)時(shí)采集井口的氣體流量和壓力數(shù)據(jù)，這使得系統(tǒng)能夠更精準(zhǔn)地判斷井口的工況。結(jié)合泄漏判斷模塊中的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，可以基于采集的數(shù)據(jù)智能判斷井口是否發(fā)生泄漏。通過(guò)綜合判斷函數(shù)的優(yōu)化，減少了環(huán)境噪聲的干擾，提高了判斷的準(zhǔn)確性和及時(shí)性。泄漏判斷模塊基于機(jī)器學(xué)習(xí)算法的自適應(yīng)能力，能夠不斷學(xué)習(xí)和優(yōu)化，從而提升泄漏判斷的精度和適應(yīng)不同井口工況的能力。通過(guò)實(shí)時(shí)對(duì)比泄漏判斷值與設(shè)定的閾值，系統(tǒng)能自動(dòng)判斷是否發(fā)生泄漏，避免了傳統(tǒng)人工判斷的延誤和誤差，提高了響應(yīng)速度。自適應(yīng)切斷控制模塊根據(jù)井口工況和泄漏位置來(lái)計(jì)算切斷力度，這一技術(shù)能根據(jù)實(shí)際的泄漏情況進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)，避免了過(guò)度切斷或切斷不足的情況，確保了井口安全的同時(shí)，最大限度地減少了生產(chǎn)損失。智能型石油天然氣井口緊急切斷保護(hù)裝置及控制系統(tǒng)具有自動(dòng)化、智能化、高效、安全等優(yōu)點(diǎn)，不僅能夠提高井口的安全性，降低人工誤操作的風(fēng)險(xiǎn)，還能通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控、故障診斷等功能提升整體操作效率與設(shè)備穩(wěn)定性，對(duì)提高石油天然氣行業(yè)的安全管理水平具有重要意義。

57、2.本發(fā)明通過(guò)多井口協(xié)同模塊解決了多個(gè)井口間的協(xié)同保護(hù)問(wèn)題。當(dāng)一個(gè)井口發(fā)生泄漏時(shí)，系統(tǒng)能夠通過(guò)信號(hào)傳遞與周邊井口的保護(hù)裝置進(jìn)行協(xié)同調(diào)整。通過(guò)預(yù)設(shè)的策略和協(xié)同工作計(jì)算公式，周邊井口的產(chǎn)量和壓力可以實(shí)時(shí)調(diào)整，避免了單井口泄漏時(shí)對(duì)整體系統(tǒng)的影響，提高了系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性和安全性。該系統(tǒng)的最大優(yōu)勢(shì)之一是自動(dòng)化和智能化，利用先進(jìn)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法和自動(dòng)控制技術(shù)，減少了人工干預(yù)的必要性，大大提高了響應(yīng)速度和處理精度。這不僅提升了井口的安全性，也降低了人為操作帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。與傳統(tǒng)的基于單一閾值的判斷方法不同，系統(tǒng)通過(guò)綜合判斷函數(shù)結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)算法，使得泄漏檢測(cè)更為精準(zhǔn)，切斷控制更為高效和適應(yīng)不同工況。它能夠靈活調(diào)整切斷策略，在泄漏初期就可以進(jìn)行精準(zhǔn)控制，降低了誤判和處理不當(dāng)?shù)娘L(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)數(shù)據(jù)采集、智能泄漏判斷、自動(dòng)化切斷控制和多井口協(xié)同工作等功能，顯著提高了井口泄漏檢測(cè)與應(yīng)急處理的效率，避免了現(xiàn)有技術(shù)中的響應(yīng)遲緩、判斷不準(zhǔn)、協(xié)同不足等問(wèn)題，提升了井口的安全性、穩(wěn)定性及自動(dòng)化水平。這些優(yōu)勢(shì)使得該系統(tǒng)在復(fù)雜的生產(chǎn)環(huán)境中更具可靠性和智能化，是對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的有效補(bǔ)充和改進(jìn)。