CN116517540B

CN116517540B - 一种基于相控阵技术的喷口监测方法、系统及装置

Info

Publication number: CN116517540B
Application number: CN202310814061.0A
Authority: CN
Inventors: 张伟; 高原
Original assignee: Chengdu Weitai Digital Intelligence Technology Co ltd
Current assignee: Chengdu Weitai Digital Intelligence Technology Co ltd
Priority date: 2023-07-05
Filing date: 2023-07-05
Publication date: 2023-09-19
Anticipated expiration: 2043-07-05
Also published as: CN116517540A

Abstract

本申请公开了一种基于相控阵技术的喷口监测方法、系统及装置，用于在应急事故处理中对井喷、钻井现场的放喷口或油气生产场站放空管线进行实时、高精度且安全的监测。本申请方法包括：获取喷口的位置信息，所述喷口为防喷器、放喷口或放空管线的喷口；根据所述位置信息控制相控阵雷达调整振幅叠加的方位，以使得所述相控阵雷达发射的波束指向所述喷口喷出的混合物；控制所述相控阵雷达接收从所述混合物反射的电磁波信号；对所述电磁波信号进行分析处理，得到所述混合物的运动信息；根据所述混合物的运动信息对所述喷口的喷出状态进行监测。

Description

一种基于相控阵技术的喷口监测方法、系统及装置

技术领域

本申请涉及钻井技术领域，尤其涉及一种基于相控阵技术的喷口监测方法、系统及装置。

背景技术

在石油钻井生产过程中，由于各种原因可能造成井内的压力小于地层压力，进而导致泥浆等流体物质被压入井筒内，并从井口等位置溢流，溢流状况继续扩大则使得流体物质沸腾状涌出，形成井涌甚至形成井喷。井喷一旦发生，除了造成资源浪费环境污染外，还可能会造成设备损坏，人员伤亡，油气井报废等严重后果。在井喷发生时，及时的测量并监控井喷流量可以帮助了解井内流体的压力和流速情况，帮助判断井喷的严重程度，为采取应急措施提供依据。

现有技术中，普遍采用视觉识别的方案来对井喷实时喷出的物质种类及流量进行监测，但是视觉识别的方案需要基于大量的数据进行训练，训练数据的获取难度较大，且在实际测量时还会受到光照条件、视角选择、喷出物质的形状复杂性等因素的影响，导致最终的测量精度不高，无法提供有力的决策依据。

发明内容

本申请提供了一种基于相控阵技术的喷口监测方法、系统及装置，用于对钻井现场的放喷口、油气生产场站放空管线或应急事故处理中对井喷进行实时、高精度且安全的监测。

本申请第一方面提供了一种基于相控阵技术的喷口监测方法，包括：

获取喷口的位置信息，所述喷口为防喷器、放喷口或放空管线的喷口；

根据所述位置信息控制相控阵雷达调整振幅叠加的方位，以使得所述相控阵雷达发射的波束指向所述喷口喷出的混合物；

控制所述相控阵雷达接收从所述混合物反射的电磁波信号；

对所述电磁波信号进行分析处理，得到所述混合物的运动信息；

根据所述混合物的运动信息对所述喷口的喷出状态进行监测。

可选的，所述对所述电磁波信号进行分析处理，得到所述混合物的运动信息包括：

对所述电磁波信号进行多普勒频移计算；

根据所述多普勒频移计算的结果确定所述混合物的运动速度和体积。

可选的，在所述根据所述混合物的运动信息对所述喷口的喷出状态进行监测之前，所述喷口监测方法还包括：

对所述电磁波信号进行分析处理，得到所述混合物的反射特征；

根据所述混合物的反射特征确定所述混合物的构成；

所述根据所述混合物的运动信息对所述喷口的喷出状态进行监测包括：

根据所述混合物的运动信息和所述混合物的构成对所述喷口的喷出状态进行监测。

可选的，所述对所述电磁波信号进行分析处理，得到所述混合物的反射特征包括：

从所述电磁波信号中分离出发射信号和回波信号；

根据所述发射信号和所述回波信号的能量差异确定所述混合物的反射率；

所述根据所述混合物的反射特征确定所述混合物的构成包括：

根据所述混合物的反射率确定所述混合物的构成。

可选的，所述喷口监测方法还包括：

基于所述电磁波信号，通过成像算法和信号处理技术重建所述喷口的流场图像；

通过所述流场图像对所述喷口的喷出状态进行可视化展示。

可选的，所述喷口监测方法还包括：

将所述喷口的喷出状态输入至目标预测模型，所述目标预测模型用于预测井喷的变化趋势、传播路径和影响范围；

根据所述目标预测模型输出的结果进行异常状态预警。

可选的，所述相控阵雷达的电磁波为ka波段，所述相控阵雷达中T/R组件的工作频率为RX28.25～28.75GHz，TX30～30.5GHz。

本申请第二方面提供了一种基于相控阵技术的喷口监测系统，包括：

定位单元，用于获取喷口的位置信息，所述喷口为防喷器、放喷口或放空管线的喷口；

控制单元，用于根据所述位置信息控制相控阵雷达调整振幅叠加的方位，以使得所述相控阵雷达发射的波束指向所述喷口喷出的混合物；

接收单元，用于控制所述相控阵雷达接收从所述混合物反射的电磁波信号；

第一处理单元，用于对所述电磁波信号进行分析处理，得到所述混合物的运动信息；

监测单元，用于根据所述混合物的运动信息对所述喷口的喷出状态进行监测。

可选的，所述第一处理单元具体用于：

对所述电磁波信号进行多普勒频移计算；

可选的，所述喷口监测系统还包括：

第二处理单元，用于对所述电磁波信号进行分析处理，得到所述混合物的反射特征，根据所述混合物的反射特征确定所述混合物的构成；

所述监测单元具体用于：

可选的，所述第二处理单元具体用于：

从所述电磁波信号中分离出发射信号和回波信号；

根据所述混合物的反射率确定所述混合物的构成。

可选的，所述喷口监测系统还包括：

可视化单元，用于基于所述电磁波信号，通过成像算法和信号处理技术重建所述喷口的流场图像；通过所述流场图像对所述喷口的喷出状态进行可视化展示。

可选的，所述喷口监测系统还包括：

模型预测单元，用于将所述喷口的喷出状态输入至目标预测模型，所述目标预测模型用于预测井喷的变化趋势、传播路径和影响范围；根据所述目标预测模型输出的结果进行异常状态预警。

本申请第三方面提供了一种基于相控阵技术的喷口监测装置，所述装置包括：

相控阵雷达、处理器、存储器、输入输出单元以及总线；

所述相控阵雷达与所述处理器、所述存储器、所述输入输出单元以及所述总线相连；

所述存储器保存有程序，所述处理器调用所述程序以执行第一方面以及第一方面中任一项可选的基于相控阵技术的喷口监测方法。

本申请第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上保存有程序，所述程序在计算机上执行时执行第一方面以及第一方面中任一项可选的基于相控阵技术的喷口监测方法。

从以上技术方案可以看出，本申请具有以下优点：

相控阵雷达具有多目标跟踪、反应时间短、可靠性高等特点，在本申请提供的喷口监测方法中，具体通过相控阵雷达朝向喷口发射波束，并通过相控阵雷达接收从喷口反射回来的电磁波信号，通过分析这些电磁波信号可提取到井喷的相关信息，例如可提取到喷口所喷出混合物的运动信息，进而实现井喷状态的实时监测。通过本方法可在应急事故处理中对井喷、钻井现场的放喷口或油气生产场站放空管线进行实时、高精度且安全的监测，为井工程中的井喷预警和应急响应提供重要的决策考依据。

附图说明

为了更清楚地说明本申请中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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。

图1为本申请提供的基于相控阵技术的喷口监测方法一个实施例流程示意图；

图2为本申请提供的基于相控阵技术的喷口监测方法中相控阵雷达的波束指向示意图；

图3为本申请提供的基于相控阵技术的喷口监测方法中相控阵雷达的安装位置示意图；

图4为本申请提供的基于相控阵技术的喷口监测方法另一个实施例流程示意图；

图5为本申请提供的基于相控阵技术的喷口监测系统一个实施例结构示意图；

图6为本申请提供的基于相控阵技术的喷口监测装置一个实施例结构示意图。

具体实施方式

本申请提供了一种基于相控阵技术的喷口监测方法、系统及装置，用于在应急事故处理中对井喷、钻井现场的放喷口或油气生产场站放空管线进行实时、高精度且安全的监测。

相控阵雷达（Phased Array Radar）是一种利用多个天线元件组成的阵列来实现电子波束控制的雷达系统，相控阵雷达具有快速扫描速度、高灵敏度和较高的目标探测能力。它通过控制每个天线元件的相位和振幅，可以改变雷达发射和接收信号的方向和形状，实现波束的电子扫描和定向。相控阵雷达具有以下优点：1、高分辨率：相控阵雷达利用阵列天线结构，能够实现高分辨率的目标检测和测量。它可以同时发射多个波束，并对回波信号进行高精度的测量和处理，从而提供更准确的目标信息；2、宽视场：相控阵雷达具有较大的视场范围，可以实现广泛的目标覆盖。它可以通过调整天线阵列的波束形状和扫描范围，灵活地适应不同场景和目标的监测需求；3、快速扫描：相控阵雷达可以实现快速的波束扫描，能够在短时间内对目标进行多次测量。这有助于提高实时性和动态监测的效果，尤其在需要对快速移动的目标进行测量时更为有效；4、抗干扰性强：相控阵雷达具有较强的抗干扰能力，能够减少外界干扰对目标信号的影响。它可以通过动态波束形成和自适应信号处理等技术手段，提高系统的抗干扰性，提供可靠的目标检测和测量结果；5、多目标跟踪：相控阵雷达可以实现对多个目标的同时跟踪和测量。它可以通过多波束形成和多通道处理，对多个目标进行并行处理，提高系统的多目标探测和跟踪能力。

需要说明的是，本申请提供的基于相控阵技术的喷口监测方法，可以应用于具有处理能力的终端，例如终端可以是智能手机或电脑、平板电脑、智能手表、便携计算机终端也可以是台式计算机等固定终端。为方便阐述，本申请中以终端为执行主体进行举例说明。

请参阅图1，图1为本申请提供的基于相控阵技术的喷口监测方法的一个实施例，该方法包括：

S101、获取喷口的位置信息，所述喷口为防喷器、放喷口或放空管线的喷口；

井喷是指井口处的油、气或水等液体或气体在井筒内突然从防喷器大量喷出的现象，引起井喷的原因有许多，例如地层压力掌握不准、泥浆密度偏低、井内泥浆液柱高度降低；起钻抽吸，以及其他不当措施等。在石油钻井生产过程，井喷往往被视为异常情况，极有可能会对人员和环境安全造成风险，因此应采取适当的措施进行监测、预防和应急处理，以最小化潜在的危害。也存在一些正常现象的井喷，例如探井或测试井时的气体喷放但即使这些井喷现象被视为正常现象，也需要进行适当的监测和管理，以确保其稳定性和安全性，因此在钻井生产中对井喷进行监测是非常必要的。需要说明的是，本申请提供的喷口监测方法还适用于对钻井现场的放喷口、油气生产场站放空管线的喷口进行监测，为方便描述，以下以针对井喷的喷口监测为例进行说明。

在本实施例中，首先需要通过视频采集相机或其它定位设备定位需要监测的喷口位置，获取喷口的位置信息，然后将该喷口的位置信息发送至相控阵雷达。具体的，可以利用摄像头、红外相机等视觉监测设备，对井口区域进行实时监测，通过图像或视频分析技术，可以判断井喷是否发生以及定位发生井喷的喷口位置。此外，井喷过程中通常会伴随着喷流的声音，因此还可以结合声音检测设备，如声音传感器，可以通过分析声音信号的强度、方向等信息，确定喷口的位置。

S102、根据位置信息控制相控阵雷达调整振幅叠加的方位，以使得相控阵雷达发射的波束指向喷口喷出的混合物；

在相控阵雷达中，振幅叠加是用于形成波束的重要技术之一，通过调整每个天线元件的振幅，可以使相位一致的信号相互叠加，从而形成一个集中的、指向特定方向的波束，具体请参阅图2，图2为相控阵雷达的波束指向示意图，其中Tx为相控阵雷达的发射器，A为由Tx供电的天线元件，C为计算机，φ为由计算机控制的移相器，θ为波束角度。由图2可知，各个波束前是球面的，但它们在天线前叠加可以产生平面波，即沿特定方向传播的无线电波束，移相器φ使无线电波逐渐沿线路向上延迟，因此每个天线的波前发射时间比其下方的天线晚，这会导致生成的平面波以与天线轴成θ角的方向定向，通过改变相移，计算机C可以立即改变波束的角度θ。这种振幅叠加的过程可以使雷达系统的辐射能量集中在目标方向，提高雷达的探测距离和目标分辨率。

在本实施例中，终端在获取到喷口的位置信息后，则根据该位置信息控制相控阵雷达中每个天线元件的振幅和相位，以使得它们振幅叠加在期望的方向形成波束，使得相控阵雷达发射波束指向从喷口喷出的混合物。需要说明的是，相控阵雷达的天线阵面需放置于喷口水平位置下方，具体请参阅图3，相控阵雷达根据喷口和相控阵雷达的相对高度，调整发射波束的俯仰角度，以确保波束能够准确指向喷口喷出的混合物。

S103、控制相控阵雷达接收从混合物反射的电磁波信号；

井喷所喷出的混合物是由液体、气体和固体颗粒等组成的复杂混合物。喷出的液体成分可能包括水、原油、钻井液、地下水或其他液体，液体的喷出速度和压力取决于井底的压力、地下水位和井筒的直径等因素，液体喷出后可能会形成喷流，迅速冲击周围环境。井喷喷出的气体成分可能包括天然气、油气田中的气体等，气体喷出的速度和压力取决于地下储层的压力和气体的性质，气体的喷出还可能伴随着火焰、爆炸和环境污染等危险因素。此外，井喷可能还伴随着固体颗粒的喷出，例如岩屑、土壤颗粒或钻井液中的悬浮固体等，这些固体颗粒对井喷的流动性和环境将产生重要影响。井喷喷出的混合物通常具有剧烈的喷射速度、高压力和不稳定性，其构成和特性在不同的井和情况下会有所变化。

在相控阵雷达系统中，由雷达发射的信号经过目标物体反射后返回到雷达接收器，反射回来的电磁波信号中包含了目标物体的散射信息以及其它因素引起的干扰和噪声。经目标反射回来的电磁波信号可以提供关于目标的多种信息，例如：电磁波信号的到达时间和方向可以用来确定目标的位置，电磁波信号的强度、幅度和形态可以提供关于目标的尺寸和形状的信息等。因此在本实施例中，终端需控制相控阵雷达接收从混合物反射回来的电磁波信号，并在后续步骤中通过信号处理和分析技术来提取和分析该电磁波信号，以便对井喷的喷出的混合物的状态和性质进行评估和判断。

S104、对电磁波信号进行分析处理，得到混合物的运动信息；

终端首先对从混合物反射的电磁波信号进行预处理，包括去噪、滤波和增强等操作，提高信号质量并减少噪声对分析的影响，然后对电磁波信号进行分析处理。具体的，终端可以对电磁波信号进行多普勒频移分析、时域分析、强度分析和相位分析等处理，具体此处不做限定。其中，通过分析电磁波信号的多普勒频移，可以得到混合物的运动速度和运动方向；通过分析电磁波信号的强度变化，可以得到混合物的流量和喷发强度，而喷发强度的变化则可以用来估计混合物的体积或浓度的变化；通过分析电磁波信号的相位信息，可以用来推断混合物的运动轨迹和速度。

终端通过对电磁波信号进行分析处理，可以推断出混合物的运动状态，得到混合物的运动信息，该运动信息至少包括混合物的运动速度和体积，混合物的运动信息对于喷口监测具有重要意义，可以帮助了解井喷现象的动态变化和特征。

S105、根据混合物的运动信息对喷口的喷出状态进行监测。

通过混合物的运动信息可以判断喷口的喷出状态，从而实现对喷口的喷出状态进行及时监测和评估，监测结果可以为井工程中的安全管理和应急响应提供重要依据，帮助及时识别和处理井喷风险。具体的，通过分析混合物的运动速度，可以了解喷射物的速度变化和喷射速度的稳定性，进而可以判断井喷的强度和喷射物的传播范围，如果速度变化较小且稳定，说明喷口的喷出状态较为正常；而速度的突然变化或波动较大，则可能表示喷出状态出现异常，如喷洒不均匀或喷射受阻等情况。通过分析混合物的体积流量，可以估计井喷的喷射物体积，喷射物体积监测可以帮助了解井喷的喷射量，从而评估井喷的危害程度和对环境的影响。

在本实施例中，相控阵雷达具有多目标跟踪、反应时间短、可靠性高等特点，在本申请提供的喷口监测方法中，具体通过相控阵雷达朝向喷口发射波束，并通过相控阵雷达接收从喷口反射回来的电磁波信号，通过分析这些电磁波信号可提取到井喷的相关信息，例如可提取到喷口所喷出混合物的运动信息，进而实现井喷状态的实时监测。通过本方法可在应急事故处理中对井喷、钻井现场的放喷口或油气生产场站放空管线进行实时、高精度且安全的监测，为井工程中的井喷预警和应急响应提供重要的决策考依据。

下面对本申请提供的基于相控阵技术的喷口监测方法进行详细说明，请参阅图4，图4为本申请提供的基于相控阵技术的喷口监测方法的一个实施例，该方法包括：

S401、获取喷口的位置信息，喷口为防喷器、放喷口或放空管线的喷口；

S402、根据位置信息控制相控阵雷达调整振幅叠加的方位，以使得相控阵雷达发射的波束指向喷口喷出的混合物；

S403、控制相控阵雷达接收从混合物反射的电磁波信号；

在本实施例中，步骤S401至步骤S403与前述实施例步骤S101至步骤S103类似，具体此处不再赘述。

在一些具体的实施例中，相控阵雷达的电磁波为ka波段，相控阵雷达中T/R组件的工作频率为RX28.25～28.75GHz，TX30～30.5GHz。

S404、对电磁波信号进行多普勒频移计算，根据多普勒频移计算的结果确定混合物的运动速度和体积；

多普勒效应可用于测量目标物体的速度相对于观察者的变化，当目标物体以一定速度运动时，它会对接收到的信号的频率产生影响。具体的，当目标物体接近观察者时，接收到的信号频率会增加；当目标物体远离观察者时，接收到的信号频率会减小。因此通过测量信号的频率变化，可以推断出目标物体的运动速度。进一步的，多普勒效应还可用于推断目标物体的体积变化。当目标物体以一定速度向观察者靠近或远离时，其接收到的信号频率会相应地发生变化，根据多普勒频移的原理，较快的运动会导致更大的频率变化，从而可以推断出目标物体的体积变化。

多普勒频移计算是通过对电磁波信号进行频谱分析，提取频移量并与雷达波长进行比较来实现的。根据多普勒效应公式，可以将频移量转换为混合物的速度，同时，根据回波信号的幅度和雷达的探测范围，可以估算混合物的体积，因此终端通过对从混合物反射回来的电磁波信号进行多普勒频移计算，可以获得混合物的运动速度和体积信息。需要说明的是，多普勒频移计算需要考虑到雷达系统的参数设置，同时对于复杂的井喷情况，可能需要进行多个方向的多普勒频移计算，以获得更全面的运动速度和体积信息。

S405、对电磁波信号进行分析处理，得到混合物的反射特征，根据混合物的反射特征确定混合物的构成；

终端通过对电磁波信号进行分析处理，可以获得混合物的反射特征，进而确定混合物的构成，这是由于不同物质对电磁波的反射特征具有一定的区别，因此可以通过分析回波信号的频谱、振幅、相位等信息来推断混合物的组成成分。例如对电磁波信号的频谱进行分析，可以提供关于混合物的频率特征信息，不同物质对电磁波信号的频率响应不同，通过对回波信号频谱的分析，可以推断混合物中存在的物质成分。振幅和相位的变化也可以提供关于混合物的反射特征，不同物质对电磁波的反射、吸收和散射特性不同，导致回波信号的振幅和相位发生变化。通过分析振幅和相位的变化，可以对混合物的构成进行推断。

在一些具体的实施例中，通过分析电磁波信号的反射率可以提供关于混合物中各组分的相对含量信息，不同物质对雷达波的反射率存在差异，通过比较不同组分的反射率可以推断混合物的构成。假设电磁波入射于导体表面，在界面上产生反射波和透射入导体的折射波。应用到垂直入射情形，电磁场边值关系为：

（公式1.1）

其中E、E'和E"分别代表入射、反射和折射波的场强。在良导体情形，可以把（公式1.1）中的第二式用电场表出来（设μ≈μ0）：

（公式1.2）

（公式1.2）与（公式1.1）中的第一式联立可解出：

（公式1.3）

反射系数R则定义为反射能流与入射能流值比。由（公式1.3）可得：

（公式1.4）

由（公式1.4）可见，电导率愈高，则反射系数愈接近于1。式中σ为电导率，ω为电磁波的频率，ε0为介电常数。

而液体导电能力的强弱程度电导度，电导度反映了水中含盐量的多少，是水的纯净程度的一个重要指标。水越纯净，含盐量越少，电阻越大，电导度越小。纯水几乎不能导电，而井喷所喷出的混合物大部分是含有矿物质的泥浆（微量导电粒子，如钙、铁、镁离子等），比纯水有更高的电导度，根据前述推论，所以井喷所喷出的混合物的反射系数接近于1。混合物中的液态气体可能是液体水、液态甲烷、乙烷等可燃气体，其电阻大，电导度小，反射率也相对低，岩屑同理。需要说明的是，岩屑、液态气体、液体（泥浆）的电导率可通过实验室条件进行单独的测量并将测量结果应用于反射系数的验证，用于指导对喷出物构成的判断。

下面结合具体步骤进行说明：

A、从电磁波信号中分离出发射信号和回波信号；

在相控阵雷达系统中，回波信号是由雷达发射的信号经过目标物体反射后返回到雷达接收器的信号。回波信号中包含了目标物体的散射信息以及其他环境因素引起的干扰和噪声。分离出发射信号的目的是减少回波信号中的干扰成分，以便更准确地计算目标物体的反射率。发射信号代表了雷达系统发射出去的原始信号，它是未经过目标物体反射和干扰的信号。通过从电磁波信号中分离出发射信号和回波信号，可以将干扰因素减少到最小，使得计算反射率更加可靠和精确。

B、根据发射信号和回波信号的能量差异确定混合物的反射率；

计算方法是比较回波信号和发射信号的能量差异。反射率可以通过以下公式计算：

反射率 = 回波信号能量 / 发射信号能量；

其中，回波信号能量可以通过回波信号的幅值平方或能量谱密度来计算。

C、根据混合物的反射率确定混合物的构成。

终端根据测得的混合物的反射率可以确定混合物的构成，具体的，终端可通过反射率谱分析确定混合物的构成：通过测量混合物在不同波长范围内的反射率，并构建反射率谱图，可以发现不同物质的特征反射率峰值。此外，终端还可以通过比较参考库来确定混合物的构成：预先建立包含不同物质的反射率参考库，通过与参考库中的标准反射率数据进行比较，可以识别混合物中可能存在的物质，即与已知物质的反射率进行比对，以确定混合物中可能的组成成分。

S406、根据混合物的运动信息和混合物的构成对喷口的喷出状态进行监测；

终端结合混合物的运动信息和构成进行关联分析，对喷口的喷出状态进行监测，通过监测可以及时发现井喷异常情况、变化趋势以及混合物构成的变化，以便采取必要的措施。并且终端还可以根据喷出状态的监测数据和预先设定的阈值，设定报警条件，当混合物的运动信息或构成达到预设的报警条件时，触发报警系统，以便及时采取措施应对井喷情况。

S407、基于电磁波信号，通过成像算法和信号处理技术重建喷口的流场图像，通过流场图像对喷口的喷出状态进行可视化展示；

在本实施例中，终端可以基于从混合物反射回来的电磁波信号重建喷口的流场图像，即将监测得到的井喷信息进行可视化处理，生成井喷的流场图像。具体可以使用反演算法或波束成像等成像算法，结合图像处理和渲染技术，如颜色映射、矢量表示或流线图等，将井喷信息可视化为直观的图像，直观地展示喷口的喷出状态。并且还可以对流场图像进行分析，提取定量的流场参数，对井喷进行进一步的研究和判断。

S408、将喷口的喷出状态输入至目标预测模型，目标预测模型用于预测井喷的变化趋势、传播路径和影响范围，并根据目标预测模型输出的结果进行异常状态预警。

终端收集喷出状态的相关数据，包括喷出速度、喷射角度、喷口形状等，这些数据可以作为输入特征用于训练目标预测模型。首先对收集到的数据进行特征提取和选择，以提取最相关和有用的特征，同时可以考虑引入历史数据或环境条件等相关因素作为特征。然后对数据进行预处理，对输入特征进行数据预处理，如归一化、标准化、去除噪声等，以确保数据的一致性和准确性。再选择选择适合的神经网络模型来处理井喷喷出状态的数据，使用历史数据进行神经网络模型的训练和验证，得到目标预测模型。终端使用经过训练的目标预测模型对当前的喷出状态数据进行预测，根据模型的输出结果，即可以得到井喷的变化趋势、传播路径和影响范围的预测，由此帮助决策者做出相应的应对措施和紧急预警，对井喷实现自动化的监测和管理，预防和减少井喷事故的发生，保障工作人员和设备的安全，提高井工程的效率和可持续发展能力。

下面对本申请提供的基于相控阵技术的喷口监测系统进行详细说明，请参阅图5，图5为本申请提供的基于相控阵技术的喷口监测系统另一个实施例，该系统包括：

定位单元501，用于获取喷口的位置信息，喷口为防喷器、放喷口或放空管线的喷口；

控制单元502，用于根据位置信息控制相控阵雷达调整振幅叠加的方位，以使得相控阵雷达发射的波束指向喷口喷出的混合物；

接收单元503，用于控制相控阵雷达接收从混合物反射的电磁波信号；

第一处理单元504，用于对电磁波信号进行分析处理，得到混合物的运动信息；

监测单元505，用于根据混合物的运动信息对喷口的喷出状态进行监测。

可选的，第一处理单元504具体用于：

对电磁波信号进行多普勒频移计算；

根据多普勒频移计算的结果确定混合物的运动速度和体积。

可选的，喷口监测系统还包括：

第二处理单元506，用于对电磁波信号进行分析处理，得到混合物的反射特征，根据混合物的反射特征确定混合物的构成；

监测单元505具体用于：

根据混合物的运动信息和混合物的构成对喷口的喷出状态进行监测。

可选的，第二处理单元506具体用于：

从电磁波信号中分离出发射信号和回波信号；

根据发射信号和回波信号的能量差异确定混合物的反射率；

根据混合物的反射率确定混合物的构成。

可选的，喷口监测系统还包括：

可视化单元507，用于基于电磁波信号，通过成像算法和信号处理技术重建喷口的流场图像；通过流场图像对喷口的喷出状态进行可视化展示。

可选的，喷口监测系统还包括：

模型预测单元508，用于将喷口的喷出状态输入至目标预测模型，目标预测模型用于预测井喷的变化趋势、传播路径和影响范围；根据目标预测模型输出的结果进行异常状态预警。

本实施例系统中，各单元的功能与前述图1或图4所示方法实施例中的步骤对应，此处不再赘述。

本申请还提供了一种基于相控阵技术的喷口监测装置，请参阅图6，图6为本申请提供的基于相控阵技术的喷口监测装置一个实施例，该装置包括：

相控阵雷达601、处理器602、存储器603、输入输出单元604以及总线605；

该相控阵雷达601与该处理器602、该存储器603、该输入输出单元604以及该总线605相连；

该存储器603保存有程序，该处理器602调用程序以执行如上任一基于相控阵技术的喷口监测方法。

本申请还涉及一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上保存有程序，其特征在于，当程序在计算机上运行时，使得计算机执行如上任一基于相控阵技术的喷口监测方法。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，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。

在本申请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，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。另一点，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，可以是电性，机械或其它的形式。

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实施例方案的目的。

另外，在本申请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。

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，本申请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）执行本申请各个实施例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，randomaccess memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

Claims

1.一种基于相控阵技术的喷口监测方法，其特征在于，所述喷口监测方法包括：

控制所述相控阵雷达接收从所述混合物反射的电磁波信号；

对所述电磁波信号进行多普勒频移计算，根据所述多普勒频移计算的结果确定所述混合物的运动信息，所述运动信息包括运动速度和体积；

从所述电磁波信号中分离出发射信号和回波信号，根据所述发射信号和所述回波信号的能量差异确定所述混合物的反射率，根据所述混合物的反射率确定所述混合物的构成；

2.根据权利要求1所述的喷口监测方法，其特征在于，所述喷口监测方法还包括：

通过所述流场图像对所述喷口的喷出状态进行可视化展示。

3.根据权利要求1所述的喷口监测方法，其特征在于，所述喷口监测方法还包括：

根据所述目标预测模型输出的结果进行异常状态预警。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的喷口监测方法，其特征在于，所述相控阵雷达的电磁波为ka波段，所述相控阵雷达中T/R组件的工作频率为RX28.25～28.75GHz，TX30～30.5GHz。

5.一种基于相控阵技术的喷口监测系统，其特征在于，所述喷口监测系统包括：

第一处理单元，用于对所述电磁波信号进行多普勒频移计算，根据所述多普勒频移计算的结果确定所述混合物的运动信息，所述运动信息包括运动速度和体积；

第二处理单元，用于从所述电磁波信号中分离出发射信号和回波信号，根据所述发射信号和所述回波信号的能量差异确定所述混合物的反射率，根据所述混合物的反射率确定所述混合物的构成；

监测单元，用于根据所述混合物的运动信息和所述混合物的构成对所述喷口的喷出状态进行监测。

6.一种基于相控阵技术的喷口监测装置，其特征在于，所述喷口监测装置包括：

相控阵雷达、处理器、存储器、输入输出单元以及总线；

所述存储器保存有程序，所述处理器调用所述程序以执行如权利要求1至4中任一项所述的喷口监测方法。

7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上保存有程序，所述程序在计算机上执行时执行如权利要求1至4中任一项所述的喷口监测方法。