CN116307363A - 一种注二氧化碳工艺的安全评价方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种注二氧化碳工艺的安全评价方法，上述方法中对二氧化碳输送管道进行分段，每段管道设置管道内壁压力传感器，管道形变传感器、管道内温度传感器以及环境温度传感器，通过建立监测模型，将上述每段采集的数据进行分析，能够明确各段气体传输是否安全。

Description

一种注二氧化碳工艺的安全评价方法
技术领域
本发明属于监控技术领域，尤其涉及一种注二氧化碳工艺的安全评价方法。
背景技术
在石油开采过程中，需要通过注入压裂液以令油井下方原油排出，压裂液通常是由二氧化碳以及细沙混合后加入其它相应化学溶剂形成，在压裂液注入过程当中，存在安全隐患，包括压裂液生产过程、压裂液注入过程、压裂泵控制过程等，在上述各个过程，均存在相应的手段对施工安全进行监控，但压裂液注入包含二氧化碳的输送，对于二氧化碳的输送过程，目前尚未提出有效的监控方法以确保施工安全。
由于二氧化碳传输过程中未液态输送，温度较低，其泄漏或管道阻塞均会导致环境破坏与巨大的经济损失。目前的监控方式时针对整条输送管道的压力监控，或者通过二氧化碳注入速率与额定传输速率进行比对，该类方式不够精细化，同时对于安全隐患定位不准确，实时性也较差。
因此，亟需一种二氧化碳输送过程的监控方案，能够精细化监控以提高安全隐患定位精度的同时，提高实时性。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种注二氧化碳工艺的安全评价方法，上述方法中对二氧化碳输送管道进行分段，每段管道设置管道内壁压力传感器，管道形变传感器、管道内温度传感器以及环境温度传感器，通过建立监测模型，将上述每段采集的数据进行分析，能够明确各段气体传输是否安全。
所述方法执行如下步骤：
S1.将二氧化碳输送管道进行分段监测，并对每段管道进行编号；
S2.在所述每段管道内壁设置压力传感器、管道形变传感器、内壁温度传感器，在所述每段管道外设置环境温度传感器；
并且针对所述每段管道设置数据汇聚装置，并将所述数据汇聚装置进行标识，所述数据汇聚装置的标识与所述数据汇聚装置对应的管道编号对应；
S3.采集所述每段管道的内壁压力、内壁温度、管道形变以及所述每段管道外环境温度，传输至对应管道的所述数据汇聚装置；
所述数据汇聚装置基于第一模型对数据进行分析后，将所述分析后的数据传输至中心汇聚模块；
S4.所述中心汇聚模块基于第二模型对数据进行筛选，将所述筛选后的数据传输至数据分析模块；
S5.所述数据分析模块基于第三模型对所述筛选后的数据进行分析，并形成安全评价结果；
将所述安全评价结果发送至中控平台。
进一步地，S6.所述中控平台基于所述安全评价结果对应的安全评价等级，发出预警。
进一步地，所述所述数据汇聚装置基于第一模型对数据进行处理具体位置：
S31.将所述每段管道的内壁压力求和后除以管道分段数，获得管道平均内壁压力值Pp；
S32.将所述每段管道的内壁压力值与所述Pp做差后取绝对值，获得与所述管道分段标识对应的所述每段管道内壁压力的差值绝对值[P1，P2···Pn]，n为所述管道分段数。
进一步地，S33.设置第一阈值；
S34.若存在Pm大于所述第一阈值，则基于所述Pm所对应的所述分段管道标识，获取所述分段管道的形变值，并基于所述分段管道的形变值确定所述分段管道的安全情况；
所述Pm属于[P1，P2···Pn]，并且m大于/等于1，且小于/等于n，同时，所述m为自然数。
进一步地，S35.若所述Pm均小于所述第一阈值，则将所述分析后的数据传输至中心汇聚模块。
进一步地，所述中心汇聚模块基于第二模型对数据进行筛选，具体为：
S41.将所述每段管道的内壁压力数据以及所述每段管道的形变数据进行存储；
S42.将所述存储的所述每段管道的内壁压力数据以及所述每段管道的形变数据进行统计，并生成所述每段管道的内壁压力变化曲线与所述每段管道的形变曲线。
进一步地，S43.将所述每段管道的内壁温度以及所述每段管道外环境温度传输至所述数据分析模块。
进一步地，S51.所述数据分析模块计算相邻两段管道的所述内壁温度差值取绝对值；获得N-1个温度差值绝对值；
S52.当所述温度差值绝对值计算过程中不包含第一段或最后一段所述分段管道时；
S521.若存在连续至少两个内壁温度差值绝对值大于第二阈值，则确定至少一段管道存在泄漏风险。
进一步地，S522.若不存在连续至少两个内壁温度差值绝对值大于第二阈值，则基于所述每段管道外环境温度，进一步对所述管道进行安全评估。
进一步地，S53.当所述温度差值绝对值计算过程中包含第一段或最后一段所述分段管道时；
S531.若存在内壁温度差值绝对值大于第二阈值，则确定至少一段管道存在泄漏风险，并生成风险因子F，并将所述F传输至所述数据分析模块的所述第三模型；
S532.若不存在内壁温度差值绝对值大于第二阈值，则所述F为0
本发明具有的优点：
1.注二氧化碳工艺的安全评价方法，通过该评价方法，指导注二氧化碳工艺安全进行，并通过监控系统来实现注二氧化碳的安全可靠进行，具体通过对二氧化碳传输管道进行分段监控，并且每段传输管道单独设置数据汇聚模块，对该段传输管道进行部分参数的分析，通过分析结果能够初步直接判定在工程中是否存在安全隐患，能够对二氧化碳传输过程精细化管理，能够通过每段管道对应的数据汇聚模块直接定位安全隐患的位置，并且由于当发现存在安全隐患时，直接向中控平台发送相关信息，因此能够实时定位安全情况。
2.通过中心汇聚模块对数据进行筛选，能够在整体传输管道的角度，确定二氧化碳传输过程中是否存在安全隐患，通过压力参数结合管道形变情况，能够进一步获得整体安全隐患评估所需参数，并且能够通过第二模型进行筛选进程，有效筛选出数据以降低第三模型工作压力。
3.所述数据分析模块对通过第三模型对各个参数进行整合后运算，通过模型运算获得安全评估结果，该手段能够综合考量各类参数在实际工况中的重要程度不同的同时，能够将各类参数分析结果进行应用，整体反应二氧化碳传输管道工作时的安全情况。
4.按照所采集的数据类型，在数据监控的不同阶段对不同类型数据进行分析，能够降低运算压力，通过设置三个模型对安全性进行评估，能够对数据处理过程进行分解，精细化运算并管理数据，通过第一模型进行压力与形变的数据进行初步分析，获得相应结果后；通过第二模型对压力与形变历史数据进行评估，并对上述两类型数据筛除，将温度相关数据传输至所述数据分析模块，所述数据分析模块对温度数据进行分析，能够将数据按照类型进行分解，并考虑到历史数据情况，能够精确处理数据。
5.通过第一模型以及第二模型的数据处理结果，生成相应的安全性评估所需参数，同时通过数据分析模块对温度相关参数进行分析，获得其他安全性评估所需参数后，第三模型对不同数据处理阶段获得的不同影响因子进行整合，获得最终结果，整体而言，由于第三模型需要第一及第二模型输出结果进行相关运算，因此三个模型之间互相关联；同时，由于三个模型处于不同装置模块中，并且处理的数据类型不完全相同，处理数据方式为递进关系，因此，三个模型之间相互独立，能够顾及安全性监测的实时性与精细化。
附图说明
图1是一种注二氧化碳工艺的安全评价方法步骤流程图；
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，所述方法执行如下步骤：
S1.将二氧化碳输送管道进行分段监测，并对每段管道进行编号；
S2.在所述每段管道内壁设置压力传感器、管道形变传感器、内壁温度传感器，在所述每段管道外设置环境温度传感器；
并且针对所述每段管道设置数据汇聚装置，并将所述数据汇聚装置进行标识，所述数据汇聚装置的标识与所述数据汇聚装置对应的管道编号对应；
S3.采集所述每段管道的内壁压力、内壁温度、管道形变以及所述每段管道外环境温度，传输至对应管道的所述数据汇聚装置；
所述数据汇聚装置基于第一模型对数据进行分析后，将所述分析后的数据传输至中心汇聚模块；
S4.所述中心汇聚模块基于第二模型对数据进行筛选，将所述筛选后的数据传输至数据分析模块；
S5.所述数据分析模块基于第三模型对所述筛选后的数据进行分析，并形成安全评价结果；
将所述安全评价结果发送至中控平台。
进一步地，S6.所述中控平台基于所述安全评价结果对应的安全评价等级，发出预警。
进一步地，所述所述数据汇聚装置基于第一模型对数据进行处理具体为：
S31.将所述每段管道的内壁压力求和后除以管道分段数，获得管道平均内壁压力值Pp；
S32.将所述每段管道的内壁压力值与所述Pp做差后取绝对值，获得与所述管道分段标识对应的所述每段管道内壁压力的差值绝对值[P1，P2···Pn]，n为所述管道分段数。
进一步地，S33.设置第一阈值；
S34.若存在Pm大于所述第一阈值，则基于所述Pm所对应的所述分段管道标识，获取所述分段管道的形变值，并基于所述分段管道的形变值确定所述分段管道的安全情况；
所述Pm属于[P1，P2···Pn]，并且m大于/等于1，且小于/等于n，同时，所述m为自然数。
设定形变值为正，则监测点形变为向管道壁外凸起形变；形变值为负，则监测点形变为向管道壁内凹陷形变。
S341.若所述形变值为负记为B，则确定监测点向内凹陷，存在二氧化碳泄漏风险，形变风险值为A，所述A与所述丨B丨线性相关；所述丨B丨为所述形变值为负时所述形变值的绝对值；将所述A传输至所述数据分析模块的所述第三模型。
S342.若所述形变值为正，则将观测点形变并且压力异常结果直接报送至所述中控平台。
S343.将所述分析后的数据传输至中心汇聚模块。
进一步地，S35.若所述Pm均小于所述第一阈值，则将所述分析后的数据传输至中心汇聚模块。
进一步地，所述中心汇聚模块基于第二模型对数据进行筛选，具体为：
S41.将所述每段管道的内壁压力数据以及所述每段管道的形变数据进行存储；
S42.将所述存储的所述每段管道的内壁压力数据以及所述每段管道的形变数据进行统计，并生成所述每段管道的内壁压力变化曲线与所述每段管道的形变曲线。
S421.基于所述每段管道内壁压力变化曲线，若二氧化碳注入压力不变，则判定所述内壁压力变化曲线在最近五个周期内的值是否为增长趋势；
S4211.若所述内壁压力变化曲线在最近五个周期内的值为增长趋势，则取所述最近五个周期内的值的平均值C，并将所述C传输至所述数据分析模块的所述第三模型；
S4212.若所述内壁压力变化曲线在最近五个周期内的值不为增长趋势，则取所述C为0，并将所述C传输至所述数据分析模块的所述第三模型；
S422.基于所述每段管道内壁压力变化曲线，若二氧化碳注入压力变化，则取所述C为1，并将所述C传输至所述数据分析模块的所述第三模型；
进一步地，S43.将所述每段管道的内壁温度以及所述每段管道外环境温度传输至所述数据分析模块。
进一步地，S51.所述数据分析模块计算相邻两段管道的所述内壁温度差值取绝对值；获得N-1个温度差值绝对值；
S52.当所述温度差值绝对值计算过程中不包含第一段或最后一段所述分段管道时；
S521.若存在连续至少两个内壁温度差值绝对值大于第二阈值，则确定至少一段管道存在泄漏风险，将风险值记为D，并将所述D传输至所述数据分析模块的所述第三模型。
进一步地，S522.若不存在连续至少两个内壁温度差值绝对值大于第二阈值，则基于所述每段管道外环境温度，进一步对所述管道进行安全评估。
S5221.将n-2个每段管道外环境温度求和后除以(n-2)，以获得平均外管道环境温度Tp，所述每段管道外环境温度与所述Tp做差后取绝对值，获得管道外环境温度判断值Tb，
若存在某段管道所述Tb大于第三阈值，则直接将该段管道标识与其所对应的Tb发送至所述中控平台；
S5222.若所述n-2个所述Tb均小于所述第三阈值，则令所述每段管道外环境温度求减去所述管道对应的内壁温度，获得内外温度差Tc，计算所述每段管道Tc的均值Tcj，计算每段管道Tc与Tcj的差后取绝对值，获得外管道温度判定值Tk，并判定所述Tk是否大于第四阈值，并将判定因子E传输至所述数据分析模块的所述第三模型；
所述Tk大于第四阈值个数为0，则所述E取0，所述Tk大于第四阈值个数越多，则所述E越大。
进一步地，S53.当所述温度差值绝对值计算过程中包含第一段或最后一段所述分段管道时；
S531.若存在内壁温度差值绝对值大于第二阈值，则确定至少一段管道存在泄漏风险，并生成风险因子F，并将所述F传输至所述数据分析模块的所述第三模型；
S532.若不存在内壁温度差值绝对值大于第二阈值，则所述F为0。
S54.所述数据分析模块计算安全评估结果
Figure BDA0004066930350000081
所述L1、L2、L3、L4、L5为安全系数，可人为设定，将所述Aq传输至所述中控平台。
所述中控平台判定若所述Aq大于所述第五阈值，则发出安全预警。
本发明具有的优点：
1.注二氧化碳工艺的安全评价方法，通过该评价方法，指导注二氧化碳工艺安全进行，并通过监控系统来实现注二氧化碳的安全可靠进行，具体通过对二氧化碳传输管道进行分段监控，并且每段传输管道单独设置数据汇聚模块，对该段传输管道进行部分参数的分析，通过分析结果能够初步直接判定在工程中是否存在安全隐患，能够对二氧化碳传输过程精细化管理，能够通过每段管道对应的数据汇聚模块直接定位安全隐患的位置，并且由于当发现存在安全隐患时，直接向中控平台发送相关信息，因此能够实时定位安全情况。
2.通过中心汇聚模块对数据进行筛选，能够在整体传输管道的角度，确定二氧化碳传输过程中是否存在安全隐患，通过压力参数结合管道形变情况，能够进一步获得整体安全隐患评估所需参数，并且能够通过第二模型进行筛选进程，有效筛选出数据以降低第三模型工作压力。
3.所述数据分析模块对通过第三模型对各个参数进行整合后运算，通过模型运算获得安全评估结果，该手段能够综合考量各类参数在实际工况中的重要程度不同的同时，能够将各类参数分析结果进行应用，整体反应二氧化碳传输管道工作时的安全情况。
4.按照所采集的数据类型，在数据监控的不同阶段对不同类型数据进行分析，能够降低运算压力，通过设置三个模型对安全性进行评估，能够对数据处理过程进行分解，精细化运算并管理数据，通过第一模型进行压力与形变的数据进行初步分析，获得相应结果后；通过第二模型对压力与形变历史数据进行评估，并对上述两类型数据筛除，将温度相关数据传输至所述数据分析模块，所述数据分析模块对温度数据进行分析，能够将数据按照类型进行分解，并考虑到历史数据情况，能够精确处理数据。
5.通过第一模型以及第二模型的数据处理结果，生成相应的安全性评估所需参数，同时通过数据分析模块对温度相关参数进行分析，获得其他安全性评估所需参数后，第三模型对不同数据处理阶段获得的不同影响因子进行整合，获得最终结果，整体而言，由于第三模型需要第一及第二模型输出结果进行相关运算，因此三个模型之间互相关联；同时，由于三个模型处于不同装置模块中，并且处理的数据类型不完全相同，处理数据方式为递进关系，因此，三个模型之间相互独立，能够顾及安全性监测的实时性与精细化。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种注二氧化碳工艺的安全评价方法，其特征在于：
S1.将二氧化碳输送管道进行分段监测，并对每段管道进行编号；
S2.在所述每段管道内壁设置压力传感器、管道形变传感器、内壁温度传感器，在所述每段管道外设置环境温度传感器；
并且针对所述每段管道设置数据汇聚装置，并将所述数据汇聚装置进行标识，所述数据汇聚装置的标识与所述数据汇聚装置对应的管道编号对应；
S3.采集所述每段管道的内壁压力、内壁温度、管道形变以及所述每段管道外环境温度，传输至对应管道的所述数据汇聚装置；
所述数据汇聚装置基于第一模型对数据进行分析后，将所述分析后的数据传输至中心汇聚模块；
S4.所述中心汇聚模块基于第二模型对数据进行筛选，将所述筛选后的数据传输至数据分析模块；
S5.所述数据分析模块基于第三模型对所述筛选后的数据进行分析，并形成安全评价结果；
将所述安全评价结果发送至中控平台。
2.根据权利要求1所述的一种注二氧化碳工艺的安全评价方法，其特征在于：
S6.所述中控平台基于所述安全评价结果对应的安全评价等级，发出预警。
3.根据权利要求2所述的一种注二氧化碳工艺的安全评价方法，其特征在于：所述所述数据汇聚装置基于第一模型对数据进行处理具体为：
S31.将所述每段管道的内壁压力求和后除以管道分段数，获得管道平均内壁压力值Pp；
S32.将所述每段管道的内壁压力值与所述Pp做差后取绝对值，获得与所述管道分段标识对应的所述每段管道内壁压力的差值绝对值[P1，P2···Pn]，n为所述管道分段数。
4.根据权利要求3所述的一种注二氧化碳工艺的安全评价方法，其特征在于：
S33.设置第一阈值；
S34.若存在Pm大于所述第一阈值，则基于所述Pm所对应的所述分段管道标识，获取所述分段管道的形变值，并基于所述分段管道的形变值确定所述分段管道的安全情况；
所述Pm属于[P1，P2···Pn]，并且m大于/等于1，且小于/等于n，同时，所述m为自然数。
5.根据权利要求4所述的一种注二氧化碳工艺的安全评价方法，其特征在于：
S35.若所述Pm均小于所述第一阈值，则将所述分析后的数据传输至中心汇聚模块。
6.根据权利要求5所述的一种注二氧化碳工艺的安全评价方法，其特征在于：所述中心汇聚模块基于第二模型对数据进行筛选，具体为：
S41.将所述每段管道的内壁压力数据以及所述每段管道的形变数据进行存储；
S42.将所述存储的所述每段管道的内壁压力数据以及所述每段管道的形变数据进行统计，并生成所述每段管道的内壁压力变化曲线与所述每段管道的形变曲线。
7.根据权利要求1所述的一种注二氧化碳工艺的安全评价方法，其特征在于：
S43.将所述每段管道的内壁温度以及所述每段管道外环境温度传输至所述数据分析模块。
8.根据权利要求7所述的一种注二氧化碳工艺的安全评价方法，其特征在于：S51.所述数据分析模块计算相邻两段管道的所述内壁温度差值取绝对值；获得N-1个温度差值绝对值；
S52.当所述温度差值绝对值计算过程中不包含第一段或最后一段所述分段管道时；
S521.若存在连续至少两个内壁温度差值绝对值大于第二阈值，则确定至少一段管道存在泄漏风险。
9.根据权利要求8所述的一种注二氧化碳工艺的安全评价方法，其特征在于：S522.若不存在连续至少两个内壁温度差值绝对值大于第二阈值，则基于所述每段管道外环境温度，进一步对所述管道进行安全评估。
10.基于权利要求1所述的一种注二氧化碳工艺的安全评价方法，其特征在于：S53.当所述温度差值绝对值计算过程中包含第一段或最后一段所述分段管道时；
S531.若存在内壁温度差值绝对值大于第二阈值，则确定至少一段管道存在泄漏风险，并生成风险因子F，并将所述F传输至所述数据分析模块的所述第三模型；
S532.若不存在内壁温度差值绝对值大于第二阈值，则所述F为0。
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CN104537574A (zh) * 2014-12-16 2015-04-22 中国石油天然气股份有限公司 一种石油天然气管道的损坏风险评价方法
US20150308919A1 (en) * 2014-04-28 2015-10-29 Northeastern University Intelligent adaptive system and method for monitoring leakage of oil pipeline networks based on big data
CN113313033A (zh) * 2021-05-31 2021-08-27 常州汉腾自动化设备有限公司 一种基于物联网传感器的供热管网数字监控系统

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