CN116887211B - 一种用于深水钻井气侵数据分析的低功耗系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于深水钻井气侵数据分析的低功耗系统，属于深水钻井领域，包括传感器模块、数据采集存储模块、通信模块、数据处理分析模块、实时监控报警模块、远程访问控制模块、数据存储后处理模块；传感器模块实时监测钻井过程中的参数，数据采集存储模块对传感器数据进行初步处理和压缩，通过通信模块将数据传输到地面系统和其他远程位置，数据处理分析模块使用传感器执行实时数据处理算法，数据处理分析模块中的处理结果和状态信息通过远程访问控制模块传输给操作人员。本发明有效地解决了缺乏全面的远程访问和控制机制，以及智能化的实时监控和报警系统，无法快速响应潜在危险的问题。
Description
技术领域
本发明涉及深水钻井领域、气侵数据检测分析领域、水下检测低功耗系统建设领域，更具体地说，涉及一种用于深水钻井气侵数据分析的低功耗系统。
背景技术
深水钻井面临气体侵入风险，为解决这一挑战，低功耗系统集成了先进传感器、FPGA计算、无线通信等技术。传感器模块实时采集钻井数据，数据采集存储模块记录并优化存储。通信模块实现自组织网络，实现远程数据传输。数据处理模块运用CORDIC算法，实现高效角度计算和坐标变换，识别异常模式。
实时监控报警模块监测传感器数据，触发实时报警。远程访问控制模块允许用户远程管理系统。数据存储后处理模块对采集数据进行处理、分析、存储，支持数据挖掘和实时决策。这一综合技术方案实现了深水钻井气侵数据分析系统的高效、安全、低功耗运行。
现有技术在深水钻井气侵数据分析方面存在不足，如传感器数据采集不稳定、通信延迟高、数据处理复杂，无法满足实时监测和准确预测需求。传统数据处理方法运算复杂、能耗高，不能满足低功耗要求。缺乏全面的远程访问和控制机制，以及智能化的实时监控和报警系统，无法快速响应潜在危险。综合而言，现有技术在深水钻井气侵数据分析的低功耗系统中仍存在稳定性、实时性和智能化方面的不足。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于深水钻井气侵数据分析的低功耗系统，以解决上述背景技术提出的问题：
现有技术在深水钻井气侵数据分析方面存在不足，如传感器数据采集不稳定、通信延迟高、数据处理复杂，无法满足实时监测和准确预测需求。传统数据处理方法运算复杂、能耗高，不能满足低功耗要求。缺乏全面的远程访问和控制机制，以及智能化的实时监控和报警系统，无法快速响应潜在危险。综合而言，现有技术在深水钻井气侵数据分析的低功耗系统中仍存在稳定性、实时性和智能化方面的不足。
一种用于深水钻井气侵数据分析的低功耗系统，其特征在于，所述一种用于深水钻井气侵数据分析的低功耗系统包括传感器模块、数据采集存储模块、通信模块、数据处理分析模块、实时监控报警模块、远程访问控制模块、数据存储后处理模块；
所述传感器模块实时监测钻井过程中的参数，将原始数据传送到所述数据采集存储模块，原始数据包括压力、温度、流量信息；
所述数据采集存储模块对所述原始数据进行初步处理和压缩，获得压缩数据，通过所述通信模块将所述压缩数据传输到所述一种用于深水钻井气侵数据分析的低功耗系统的地面系统和其他远程位置，进行进一步的分析和存储；
所述通信模块将所述压缩数据传输到所述地面系统，通过包括蓝牙、Wi-Fi和卫星通信的无线电技术进行传输；
所述地面系统接收压缩数据并将其导入到所述数据处理分析模块进行进一步处理；
所述数据处理分析模块使用所述传感器模块数据执行实时数据处理算法，检测潜在的气侵情况；
发现异常，所述实时监控报警模块触发警报，通知操作人员采取措施；
所述数据处理分析模块中的处理结果和状态信息通过所述远程访问控制模块传输给操作人员，由操作人员进行远程监控数据并采取控制措施；
所述远程访问控制模块提供途径，操作人员通过云端应用、Web界面查看处理结果和状态信息；
所述数据存储后处理模块存储长期的所述监控数据，提供给所述数据处理分析模块进行研究、建模和分析。
优选的，所述传感器模块包括压力传感器、温度传感器、流量传感器、气体传感器、加速度计和倾角传感器、湿度传感器实时监测钻井过程中的数据参数；
所述传感器模块内置数据处理单元，对所述原始数据进行初步处理和压缩；
所述传感器模块和所述通信模块紧密集成，将所述压缩数据传输到所述数据处理分析模块进行分析获得分析数据；
所述传感器模块通过低功耗芯片、优化数据采集频率和传输间隔进行低功耗运转。
优选的，所述数据采集存储模块将所述传感器模块对所述分析数据进行处理和存储；
所述数据采集存储模块采用轻量级的压缩算法减少数据量，不采集和处理数据时，所述数据采集存储模块进入低功耗休眠模式，通过外部触发和定时唤醒所述数据采集存储模块执行任务；
所述数据采集存储模块采用微控制器和嵌入式系统，初步处理和压缩所述原始数据，存储在所述数据处理分析模块中。
优选的，所述通信模块负责与所述一种用于深水钻井气侵数据分析的低功耗系统的地面系统进行数据通信；
所述通信模块使用包括蓝牙、Wi-Fi和卫星通信的无线电技术，将所述原始数据传输到数据中心和监控站；
所述通信模块选择适合深水环境的包括BLE、LoRaWAN、Zigbee的低功耗通信协议；
所述通信模块根据所述原始数据的重要性和实时性要求，动态地调整数据传输的频率和大小，构建自组织网络，所述通信模块相互通信并协同工作。
优选的，所述数据处理分析模块使用嵌入式处理器FPGA的CORDIC算法来执行实时数据处理，包括波形分析、模式识别检测潜在的气侵情况；
所述数据处理分析模块设置阈值触发警报和通知，当参数的值超出预设的范围，所述地面系统判断为可能的气侵事件，发送警报；
所述数据处理分析模块与所述实时监控报警模块紧密协作，将警报及时传递给操作人员，共享处理结果；
所述数据处理分析模块在检测到潜在的气体侵入事件时，生成建议和推荐的措施。
优选的，所述CORDIC算法是用于计算三角函数、坐标变换的迭代算法，为所述传感器模块在分析之前进行包括进行角度校准、坐标转换的预处理；
所述CORDIC算法在所述数据处理分析模块中用于所述预处理步骤，为后续的数据分析提供准确的所述预处理数据进行输入；
所述CORDIC算法计算公式如下：
在所述CORDIC算法中，变量表示旋转前的点的横坐标，变量表示旋转前的
点的纵坐标，变量表示旋转后的点的新横坐标，变量表示旋转后的点的新纵坐标，θ
变量表示旋转的角度；
所述CORDIC算法用于从所述传感器系统中提取特征进行模式识别和异常检测，通过计算不同角度之间的关系，识别出异常气体侵入的迹象；
所述CORDIC算法以迭代的方式执行，在所述一种用于深水钻井气侵数据分析的低功耗系统中实时地处理所述传感器模块采集到的所述原始数据，快速响应潜在的气侵问题；
所述CORDIC算法根据不同的精度要求调整迭代次数，适应不同的分析场景，根据所述一种用于深水钻井气侵数据分析的低功耗系统的需要进行计算和优化；
将所述CORDIC算法嵌入FPGA中，并行处理多个计算加速所述原始数据处理过程。
优选的，所述实时监控报警模块负责监控数据和警报；
所述实时监控报警模块接收来自所述传感器模块的数据流，包括压力、温度、流量、气体浓度信息；
预先设定阈值，判定情况触发警报获得警报信息；
所述实时监控报警模块对接收到的所述警报信息进行实时分析，包括比较所述警报信息与所述监控报警模块内历史警报信息的差异，检测异常模式，识别潜在的气体侵入情况；
所述实时监控报警模块检测到异常情况和潜在的气体侵入风险，触发警报，通过声音、光线、振动方式通知操作人员；
触发警报后，所述一种用于深水钻井气侵数据分析的低功耗系统自动发送通知给操作人员、监督人员和管理人员，通知通过手机应用、短信、邮件途径进行传输；
所述实时监控报警模块记录每次触发警报的详细信息，包括时间、触发条件、所述原始数据。
优选的，所述远程访问控制模块通过安全的网络连接进行远程监控数据、调整参数以及执行必要的控制操作；
所述远程访问控制模块支持安全加密通信，使用SSL/TLS协议保护数据传输的隐私和完整性；
所述远程访问控制模块的远程界面实时监控传感器数据，查看警报信息，接收警报通知，更新数据和通知，记录包括登录、操作记录，远程维护系统在内的所有远程访问日志，定期更新软件、进行软件诊断。
优选的，所述数据存储后处理模块将所述原始数据进行长期存储，将所述原始数据上传到云端存储和本地服务器；
所述数据存储后处理模块首先对所述原始数据进行处理和分析，包括去噪、滤波、数据校正、异常检测操作，得到数据分析结果；
所述数据存储后处理模块在数据处理阶段，从所述原始数据中提取关键特征，同时处理实时的数据流，从所述原始数据中识别出潜在的模式、趋势和异常情况，生成可视化的图表、曲线和报告，将所述原始数据分析结果直观地展示给操作人员和管理层；
在检测到异常模式和气体侵入风险时，所述数据存储后处理模块触发报警，发送通知给操作人员。
相比于现有技术，本发明的优点在于：
（1）本发明集成了先进的传感器、FPGA计算、通信、数据处理和报警等模块，形成了一个更综合、高效的解决方案；
（2）本发明在采用优化的传感器模块和数据处理算法，提高了数据质量和准确性，从而更可靠地识别气体侵入风险；
（3）本发明通过自组织网络和远程访问控制模块，实现了实时数据传输和远程管理，操作人员可以及时响应并采取措施；
（4）本发明利用低功耗的传感器和FPGA技术，有效降低了系统的能耗，延长了系统的运行时间；
（5）本发明利用数据挖掘和模式识别技术，可以分析历史数据，预测气体侵入事件，并生成建议的措施；
（6）本发明的实时监控报警模块可以及时触发警报，而且远程访问控制模块允许用户远程管理系统，保障系统安全。
附图说明
图1为本发明的整体系统示意图；
图2为本发明部分流程示意图。
具体实施方式
实施例：请参阅图1，图2，一种用于深水钻井气侵数据分析的低功耗系统，一种用于深水钻井气侵数据分析的低功耗系统包括传感器模块、数据采集存储模块、通信模块、数据处理分析模块、实时监控报警模块、远程访问控制模块、数据存储后处理模块；
传感器模块实时监测钻井过程中的参数，将采集到的原始数据传送到数据采集存储模块，数据包括压力、温度、流量信息；
数据采集存储模块对传感器数据进行初步处理和压缩，通过通信模块将数据传输到地面系统和其他远程位置，进行进一步的分析和存储；
通信模块将采集到的原始数据传输到一种用于深水钻井气侵数据分析的低功耗系统的地面系统，通过包括蓝牙、Wi-Fi和卫星通信进无线电技术进行传输；
地面系统接收数据并将其导入到数据处理分析模块进行进一步处理；
数据处理分析模块使用传感器模块数据执行实时数据处理算法，检测潜在的气侵情况；
发现异常，实时监控报警模块触发警报，通知操作人员采取措施；
数据处理分析模块中的处理结果和状态信息通过远程访问控制模块传输给操作人员，进行远程监控数据并采取控制措施；
远程访问控制模块提供途径，操作人员通过用户界面查看系统状态、数据和警报信息，通过云端应用、Web界面进行查看；
数据存储后处理模块存储长期的历史数据，将数据提供给数据处理分析模块进行研究、建模和分析。
传感器模块包括压力传感器、温度传感器、流量传感器、气体传感器、加速度计和倾角传感器、湿度传感器实时监测钻井过程中的数据参数；
传感器模块内置数据处理单元，对采集到的数据进行初步处理和压缩；
传感器模块和通信模块紧密集成，将处理后的数据传输到数据处理分析模块进行分析；
传感器模块通过低功耗芯片、优化数据采集频率和传输间隔进行低功耗运转。
具体的，传感器安装包括以下步骤：
S1.根据钻井作业的特点，选择合适的位置安装传感器，考虑传感器与潜在气体侵入区域的距离、传感器在钻井设备中的适应性等因素；
S2.确定传感器的固定方式，可以使用螺栓、夹具或其他适合的装置将传感器安装在合适的位置上，确保传感器的稳定性和安全性；
S3.在安装之前，对传感器进行校准，以确保其输出准确可靠，校准可能包括对零点、灵敏度等进行调整；
S4.将传感器与系统的数据采集模块连接起来，确保连接稳固可靠，以免在钻井作业中发生松动或断开；
S5.在适当情况下，对传感器进行防护和密封处理，以保护其免受环境中的恶劣条件影响，例如高压、高温、腐蚀等；
S6.如果传感器需要电源供应，确保有适当的电源连，同时，如果传感器支持无线传输，确保在传感器附近有稳定的信号覆盖；
S7.安装后定期检查传感器的工作状态，确保其正常运行，如果有需要，可以进行再校准和维护操作；
S9.安装完成后，对系统进行测试与验证，确保传感器能够正常采集数据，并与其他模块协同工作。
数据采集存储模块将传感器模块采集到的数据进行处理和存储；
数据采集存储模块采用轻量级的压缩算法减少数据量，不采集和处理数据时，数据采集存储模块进入低功耗休眠模式，通过外部触发和定时唤醒数据采集存储模块执行任务；
数据采集存储模块采用微控制器和嵌入式系统，初步处理和压缩原始数据，存储在数据处理分析模块中。
具体的，数据传输包括以下步骤：
S1.确定数据传输的网络拓扑结构，包括传感器、中继节点、数据处理模块等之间的连接方式和组织结构；
S2.针对每个传感器节点，配置其通信参数，包括频率、数据速率、信道等，确保不同节点之间不会干扰；
S3.定义传输的数据格式，确保数据能够正确地从传感器传输到接收端，并在接收端正确解析和处理；
S4如果需要，在传输之前对数据进行压缩和加密，以减少传输数据量和提高数据安全性；
S5.将传感器数据组织成数据包，包括数据本身、传感器标识、时间戳等信息；
S6.选择适当的传输协议，确保数据传输的可靠性、稳定性和效率，可以考虑TCP、UDP等协议；
S7.配置数据传输的机制，例如传输时机、传输间隔等，根据实际需求，可以设置定时传输、事件触发传输等方式；
S8.在无线传输中，可能会发生数据冲突或丢失；设置数据重传机制，以确保数据的完整性；
S9.在接收端，解析接收到的数据包，校验数据的完整性，进行数据解压缩和解密，并将数据传递给后续的数据处理模块；
S10.设置传输状态监控机制，检测传输的成功率、延迟等情况，及时发现问题并采取措施。
通信模块负责与地面系统进行数据通信；
通信模块使用包括蓝牙、Wi-Fi和卫星通信的无线电技术将采集到的数据传输到数据中心和监控站；
通信模块选择适合深水环境的低功耗通信协议，包括BLE、LoRaWAN、Zigbee；
通信模块根据数据的重要性和实时性要求，动态地调整数据传输的频率和大小，构建自组织网络，通信模块相互通信并协同工作，减少单个节点之间的通信距离。
具体的，构建自组织网络包括以下步骤：
S1.根据深水钻井作业环境，设计自组织网络的拓扑结构，考虑传感器分布、通信距离、信号干扰等因素，确定节点的位置和连接方式；
S2.将节点分为不同的角色，如传感器节点、中继节点、数据处理节点等；传感器节点采集数据，中继节点传输数据，数据处理节点进行分析；
S3.选择适合的通信协议，如Zigbee、LoRa、Mesh等，以支持低功耗、自组织和多跳通信；
各个节点在网络中发现彼此的邻居，以建立节点之间的通信链路，这可以通过广播、监听邻居信号等方式实现；
S4.自组织网络需要不断地维护拓扑结构，处理节点的进出、连接状态变化等情况，以保持网络的稳定性；
S5.配置适当的路由协议，确保数据能够通过多跳传输到达目标节点，路由协议应考虑能耗、跳数等因素；
S6.自组织网络应具备动态调整能力，能够根据网络负载、节点能量等情况自动调整拓扑和路由；
S7.根据实际需求，设置数据传输机制，如定时传输、事件触发传输等，以优化数据传输效率；
节点应支持低功耗模式，根据数据传输和处理需求，灵活调整节点的工作状态以延长能量寿命；
S8.在自组织网络中确保数据传输的安全性，可以使用加密技术、数据验证等手段；
在实际环境中进行测试，根据实际情况对自组织网络进行优化和调整，确保网络的可靠性和性能；
建立监控机制，定期监测自组织网络的运行状态，及时发现问题并进行维护。
数据处理分析模块使用嵌入式处理器或和FPGA的CORDIC算法来执行实时数据处理，包括波形分析、模式识别检测潜在的气侵情况；
数据处理分析模块设置阈值触发警报和通知，当参数的值超出预设的范围，一种用于深水钻井气侵数据分析的低功耗系统判断为可能的气侵事件，发送警报；
数据处理分析模块与实时监控报警模块紧密协作，将警报及时传递给操作人员，共享处理结果；
数据处理分析模块在检测到潜在的气体侵入事件时，生成建议和推荐的措施。
CORDIC算法是用于计算三角函数、坐标变换等的迭代算法，在所述传感器系统需要在分析之前进行预处理，包括进行角度校准、坐标转换；
CORDIC算法在数据处理分析模块中用于预处理步骤，为后续的数据分析提供准确的数据进行输入；
CORDIC算法计算公式包括如下：
在所述CORDIC算法中，变量表示旋转前的点的横坐标，变量表示旋转前的
点的纵坐标，变量表示旋转后的点的新横坐标，变量表示旋转后的点的新纵坐标，θ
变量表示旋转的角度；
CORDIC算法用于从传感器系统中提取特征进行模式识别和异常检测，通过计算不同角度之间的关系，识别出异常气体侵入的迹象；
CORDIC算法以迭代的方式执行，在一种用于深水钻井气侵数据分析的低功耗系统实时地处理传感器数据，快速响应潜在的气侵问题；
CORDIC算法根据不同的精度要求调整迭代次数，适应不同的分析场景，根据一种用于深水钻井气侵数据分析的低功耗系统的需要进行计算和优化；
将CORDIC算法嵌入FPGA中，并行处理多个计算加速数据处理过程。
实时监控报警模块负责监控数据和警报；
实时监控模块接收来自传感器模块的数据流，包括压力、温度、流量、气体浓度信息；
预先设定合适的阈值，根据监控模块数据判定是否触发警报；
实时监控报警模块对接收到的数据进行实时分析，包括比较当前数据与历史数据的差异，检测异常模式，识别潜在的气体侵入情况；
实时监控报警模块检测到异常情况和潜在的气体侵入风险，触发警报，警报通过声音、光线、振动方式通知操作人员；
触发警报后，一种用于深水钻井气侵数据分析的低功耗系统自动发送通知给工作人员，包括操作人员、监督人员或管理人员，通知通过手机应用、短信、邮件途径进行；
实时监控报警模块记录每次触发警报的详细信息，包括时间、触发条件、传感器数据。
具体的，基于实时监控报警模块进行警报包括以下步骤：
S1.数据监测：实时监控报警模块持续地接收来自传感器模块的数据流，包括压力、温度、气体浓度等信息；
S2.阈值设置：在实时监控报警模块中预先设定合适的阈值，用于判断什么情况下应该触发警报，例如，当压力、温度或气体浓度超出安全范围时；
S3.实时分析：实时监控报警模块对接收到的数据进行实时分析，与预设的阈值进行比较，以检测异常情况；
S4.警报触发：如果实时分析模块检测到数据超出了预设的阈值，触发警报，警报可以通过声音、光线、振动等方式通知操作人员；
S5.通知发送：触发警报后，实时监控报警模块应该自动发送通知给相关人员，通知可以通过手机应用、短信、邮件等方式进行；
S6.警报记录：在触发警报时，实时监控报警模块应记录相关信息，包括触发时间、传感器数据、触发条件等，用于后续分析和记录；
S7.警报确认和解除：工作人员可以在系统界面上查看警报信息，确认是否存在问题，如果确认无误，则解除警报；
S8.自动复位：在解除警报后，系统应该具备自动复位功能，使系统恢复到正常的监控状态；
如果系统支持远程访问，操作人员可以通过远程访问控制模块查看警报信息和系统状态。
远程访问控制模块通过安全的网络连接进行远程监控数据、调整参数以及执行必要的控制操作；
远程访问控制模块支持安全加密通信，使用SSL/TLS协议保护数据传输的隐私和完整性；
远程访问控制模块的远程界面实时监控传感器数据，查看警报信息，接收警报通知，更新数据和通知，记录所有远程访问的日志，包括登录、操作记录，远程维护系统，更新软件、进行软件诊断。
数据存储后处理模块采集到的数据进行长期存储，将数据上传到云端存储和本地服务器；
数据存储后处理模块首先对传感器数据进行处理和分析，包括去噪、滤波、数据校正、异常检测操作；
数据存储后处理模块在数据处理阶段，从原始数据中提取关键特征，同时处理实时的数据流，从历史数据中识别出潜在的模式、趋势和异常情况，生成可视化的图表、曲线和报告，将数据分析结果直观地展示给操作人员和管理层；
在检测到异常模式或气体侵入风险时，数据存储后处理模块触发报警，发送通知给操作人员。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.一种用于深水钻井气侵数据分析的低功耗系统，其特征在于，所述一种用于深水钻井气侵数据分析的低功耗系统包括传感器模块、数据采集存储模块、通信模块、数据处理分析模块、实时监控报警模块、远程访问控制模块、数据存储后处理模块；
所述传感器模块实时监测钻井过程中的参数，将原始数据传送到所述数据采集存储模块，原始数据包括压力、温度、流量信息；
所述数据采集存储模块对所述原始数据进行初步处理和压缩，获得压缩数据，通过所述通信模块将所述压缩数据传输到所述一种用于深水钻井气侵数据分析的低功耗系统的地面系统，进行进一步的分析和存储；
所述通信模块将所述压缩数据传输到所述地面系统，通过包括蓝牙、Wi-Fi和卫星通信的无线电技术进行传输；
所述地面系统接收压缩数据并将其导入到所述数据处理分析模块进行进一步处理；
所述数据处理分析模块使用所述压缩数据执行实时数据处理算法，检测潜在的气侵情况；
发现异常后，所述实时监控报警模块触发警报，通知操作人员采取措施；
所述数据处理分析模块中的处理结果和状态信息通过所述远程访问控制模块传输给操作人员，由操作人员进行远程监控采取控制措施；
所述远程访问控制模块提供途径，操作人员通过云端应用、Web界面查看处理结果和状态信息；
所述数据存储后处理模块存储长期的远程监控数据，提供给所述数据处理分析模块进行研究、建模和分析；
所述数据处理分析模块使用嵌入式处理器FPGA的CORDIC算法来执行实时数据处理，包括波形分析、模式识别检测潜在的气侵情况；
所述数据处理分析模块设置阈值触发警报和通知，当参数的值超出预值的范围，所述地面系统判断为可能的气侵事件，发送警报；
所述数据处理分析模块与所述实时监控报警模块紧密协作，将警报及时传递给操作人员，共享处理结果；
所述数据处理分析模块在检测到潜在的气体侵入事件时，生成建议和推荐的措施；
所述CORDIC算法是用于计算三角函数、坐标变换的迭代算法，为所述数据处理分析模块在分析之前进行包括进行角度校准、坐标转换的预处理；
所述CORDIC算法在所述数据处理分析模块中用于所述预处理步骤，为后续的数据分析提供准确的预处理数据进行输入；
所述CORDIC算法计算公式如下：
，/>，在所述CORDIC算法中，/>变量表示旋转前的点的横坐标，/>变量表示旋转前的点的纵坐标，/>变量表示旋转后的点的新横坐标，/>变量表示旋转后的点的新纵坐标，θ变量表示旋转的角度；
所述CORDIC算法用于从压缩数据中提取特征进行模式识别和异常检测，通过计算不同角度之间的关系，识别出异常气体侵入的迹象；
所述CORDIC算法以迭代的方式执行，在所述一种用于深水钻井气侵数据分析的低功耗系统中实时地处理压缩数据，快速响应潜在的气侵问题；
所述CORDIC算法根据不同的精度要求调整迭代次数，适应不同的分析场景，根据所述一种用于深水钻井气侵数据分析的低功耗系统的需要进行计算和优化；
将所述CORDIC算法嵌入FPGA中，并行处理多个压缩数据处理过程。
2.根据权利要求1所述一种用于深水钻井气侵数据分析的低功耗系统，其特征在于，所述传感器模块包括压力传感器、温度传感器、流量传感器、气体传感器、加速度计和倾角传感器、湿度传感器实时监测钻井过程中的数据参数；
所述传感器模块通过低功耗芯片、优化数据采集频率和传输间隔进行低功耗运转。
3.根据权利要求2所述一种用于深水钻井气侵数据分析的低功耗系统，其特征在于，所述数据采集存储模块对原始数据进行处理和存储；
所述数据采集存储模块采用轻量级的压缩算法减少数据量，不采集和处理所述原始数据时，所述数据采集存储模块进入低功耗休眠模式，通过外部触发和定时唤醒所述数据采集存储模块执行任务；
所述数据采集存储模块采用微控制器和嵌入式系统，初步处理和压缩所述原始数据，存储在所述数据处理分析模块中。
4.根据权利要求1所述一种用于深水钻井气侵数据分析的低功耗系统，其特征在于，所述通信模块负责与所述一种用于深水钻井气侵数据分析的低功耗系统的地面系统进行数据通信；
所述通信模块使用包括蓝牙、Wi-Fi和卫星通信的无线电技术，将所述原始数据传输到数据中心和监控站；
所述通信模块选择适合深水环境的包括BLE、LoRaWAN、Zigbee的低功耗通信协议；
所述通信模块根据所述压缩数据的重要性和实时性要求，动态地调整数据传输的频率和大小。
5.根据权利要求1所述一种用于深水钻井气侵数据分析的低功耗系统，其特征在于，所述实时监控报警模块负责警报；
警报，通过声音、光线、振动方式通知操作人员；
触发警报后，所述一种用于深水钻井气侵数据分析的低功耗系统自动发送通知给操作人员、监督人员和管理人员，通知通过手机应用、短信、邮件途径进行传输；
所述实时监控报警模块记录每次触发警报的详细信息，包括时间、触发条件。
6.根据权利要求1所述一种用于深水钻井气侵数据分析的低功耗系统，其特征在于，所述远程访问控制模块通过安全的网络连接进行远程监控数据、调整参数以及执行控制操作；
所述远程访问控制模块支持安全加密通信，使用SSL/TLS协议保护数据传输的隐私和完整性；
所述远程访问控制模块的远程界面实时监控传感器数据，查看警报信息，接收警报通知，更新数据和通知，记录包括登录、操作记录，远程维护系统在内的所有远程访问日志，定期更新软件、进行软件诊断。
7.根据权利要求1所述一种用于深水钻井气侵数据分析的低功耗系统，其特征在于，所述数据存储后处理模块将所述原始数据进行长期存储，将所述原始数据上传到云端存储和本地服务器；
所述数据存储后处理模块首先对所述原始数据进行处理和分析，包括去噪、滤波、数据校正、异常检测操作，得到数据分析结果；
所述数据存储后处理模块在数据处理阶段，从所述原始数据中提取关键特征，从所述原始数据中识别出潜在的模式、趋势和异常情况，生成可视化的图表、曲线和报告，将所述原始数据分析结果直观地展示给操作人员和管理层。
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|---|---|---|---|---|
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| CN117449910B (zh) * | 2023-10-26 | 2024-03-29 | 唐山昌宏科技有限公司 | 基于感知交互技术的煤矿综采智慧管理系统 |
| CN117596570A (zh) * | 2023-11-20 | 2024-02-23 | 湖北文理学院理工学院 | 一种基于互联网的土木工程监测控制系统 |
| CN117459319A (zh) * | 2023-12-20 | 2024-01-26 | 西安祥堃电气有限公司 | 一种基于物联网的油液远程在线实时监测系统 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101917164A (zh) * | 2010-07-16 | 2010-12-15 | 航天恒星科技有限公司 | 一种基于cordic算法的信号处理方法 |
| CN103291284A (zh) * | 2013-05-14 | 2013-09-11 | 中国海洋石油总公司 | 基于随钻环空压力测量的井筒气侵早期监测方法及装置 |
| CN104712320A (zh) * | 2015-01-29 | 2015-06-17 | 中国石油大学(华东) | 钻井过程中气侵早期监测装置及方法 |
| CN108071384A (zh) * | 2017-12-07 | 2018-05-25 | 中国石油大学(北京) | 隔水管气侵监测系统及方法 |
| CN109281657A (zh) * | 2018-10-23 | 2019-01-29 | 成都安亨达信息技术咨询有限公司 | 一种深海钻井气侵检测系统 |
| CN111119864A (zh) * | 2018-11-01 | 2020-05-08 | 中国石油化工股份有限公司 | 基于气侵压力特征的溢流监测方法及系统 |
| CN113323653A (zh) * | 2021-06-15 | 2021-08-31 | 中海油研究总院有限责任公司 | 一种深水钻井溢流早期预警方法和装置 |
Family Cites Families (2)
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|---|---|---|---|---|
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Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101917164A (zh) * | 2010-07-16 | 2010-12-15 | 航天恒星科技有限公司 | 一种基于cordic算法的信号处理方法 |
| CN103291284A (zh) * | 2013-05-14 | 2013-09-11 | 中国海洋石油总公司 | 基于随钻环空压力测量的井筒气侵早期监测方法及装置 |
| CN104712320A (zh) * | 2015-01-29 | 2015-06-17 | 中国石油大学(华东) | 钻井过程中气侵早期监测装置及方法 |
| CN108071384A (zh) * | 2017-12-07 | 2018-05-25 | 中国石油大学(北京) | 隔水管气侵监测系统及方法 |
| CN109281657A (zh) * | 2018-10-23 | 2019-01-29 | 成都安亨达信息技术咨询有限公司 | 一种深海钻井气侵检测系统 |
| CN111119864A (zh) * | 2018-11-01 | 2020-05-08 | 中国石油化工股份有限公司 | 基于气侵压力特征的溢流监测方法及系统 |
| CN113323653A (zh) * | 2021-06-15 | 2021-08-31 | 中海油研究总院有限责任公司 | 一种深水钻井溢流早期预警方法和装置 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 电气自动化技术在海洋石油钻井作业中的运用初探;钟绍锋;中国石油和化工标准与质量(第16期);全文 * |
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