一种基于数字孪生技术的注水井可视化监控系统和方法技术方案

技术编号：40049771 阅读：5 留言：0更新日期：2024-01-16 21:01

本发明专利技术公开了一种基于数字孪生技术的注水井可视化监控系统和方法，属于石油机械技术领域，基于数字孪生技术的注水井可视化监控系统包括：物理注水井模块，包括注水井，设有数个用于采集运行数据的传感器；虚拟注水井模块，与物理注水井模块相互映射；服务模块；孪生数据模块，其孪生数据包括物理数据、实时数据和仿真数据；前端展示模块，用于实时监控实时数据和仿真数据；可视化表达模块，用于将注水井注水过程实现动态三维可视化表达；连接模块，用于将孪生数据传递于上述各模块之间。本发明专利技术从时间、空间直观展示注水井在施工期间全生命周期的动态演变过程，可反映注水生产工况变化的机理，提高注水井可视化监控能力以及故障诊断分析能力。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于石油机械，尤其涉及一种基于数字孪生技术的注水井可视化监控系统和方法。

技术介绍

1、在油田开发过程中，需要通过专门的注水井将水注入油藏，保持或恢复油层压力以提高油藏的开采速度和采收率。目前，注水井的数字化监测系统直接采集传感器实时参数，绘制各参数的时间曲线，通过曲线变化分析当前注水井的施工状态，已经实现工程参数的动态采集及云端监控，及时掌握水井生产运行情况，提升了油田注水管理智能化水平。目前的可视化监控技术仅仅是对监测参数报警界限值的监控，没有反映出注水生产工况变化的机理，无法从空间上直观展示注水井在施工期间全生命周期的动态演变过程，监控模型存在物理解释性差、对生产状态预警诊断能力差等问题。

技术实现思路

1、本专利技术为解决现有技术存在的问题而提出，其目的是提供一种基于数字孪生技术的注水井可视化监控系统，从时间、空间直观展示注水井在施工期间全生命周期的动态演变过程，可反映注水生产工况变化的机理，提高注水井可视化监控能力以及故障诊断分析能力。

2、本专利技术第二个目的在于提出一种基于数字孪生技术的注水井可视化监控方法。

3、为了实现上述目的，本专利技术的技术方案提供了一种基于数字孪生技术的注水井可视化监控系统，所述可视化监控系统包括物理注水井模块、虚拟注水井模块、服务模块、孪生数据模块、前端展示模块、可视化表达模块、连接模块，其中：

4、所述物理注水井模块包括注水井，所述注水井设有数个传感器，数个所述传感器用于采集运行数据；

5、所述虚拟注水井模块与所述物理注水井模块相互映射，所述虚拟注水井模块为能够再现所述物理注水井模块的几何图形、属性、行为和规则的高保真模型；

6、所述服务模块包括数据传输服务、数据接收服务和模型校正服务；

7、所述孪生数据模块的孪生数据包括物理数据、实时数据和仿真数据；

8、所述前端展示模块用于实时监控所述实时数据和所述仿真数据，便于及时发现注水井异常情况；

9、所述可视化表达模块用于将注水井注水过程实现动态三维可视化表达；

10、所述连接模块用于将所述孪生数据传递于所述物理注水井模块、虚拟注水井模块、服务模块、孪生数据模块、前端展示模块和可视化表达模块之间。

11、进一步，当数据传输服务、数据接收服务和模型校正服务确定时，服务模块的隐性函数可简化为：ss＝(dts，drs，mcs)，(其中，ss为服务模块，dts为数据传输服务，drs为数据接收服务，mcs为模型校正服务)。

12、进一步，当物理数据、实时数据和仿真数据确定时，孪生数据模块的隐性函数可简化为：dd＝(pd，rld，sd)，(其中，dd为孪生数据模块，pd为物理数据，rld为实时数据，sd为仿真数据)。

13、进一步，当物理注水井模块、虚拟注水井模块、孪生数据模块、前端展示模块、连接模块、服务模块和可视化表达模块确定时，所述可视化监控系统的隐性函数可简化为：mviw＝(pim，vim，dd，fd，cn，ss，ve)，(其中，mviw为可视化监控系统，pim为物理注水井模块，vim为虚拟注水井模块，dd为孪生数据模块，fd为前端展示模块，cn为连接模块，ss为服务模块，ve为可视化表达模块)。

14、为了实现上述目的，本专利技术第二方面实施例提供了一种基于数字孪生技术的注水井可视化监控方法，包括：

15、根据设计参数，构建注水井的三维模型；

16、构建物理空间、信息空间、服务空间，在所述三维模型基础上形成注水井孪生模型，其中：

17、所述物理空间设有所述注水井，所述注水井中设有传感器，所述传感器采集所述注水井的运行信息并将所述运行信息发送至注水井服务器，建立物理模型，所述运行信息包括温度、压力、流量、配水器开度和振动参数；

18、实时采集的所述运行信息在所述信息空间生成信息模型，所述信息模型实现所述注水井与所述注水井孪生模型之间的相互映射，并通过对所述注水井孪生模型进行实时修正辨识，形成高精度映射模型；

19、所述信息模型中的孪生数据驱动服务空间生成服务模型，所述服务模型运用仿真系统对高精度映射模型进行仿真分析，得到仿真结果；

20、构建可视化监控系统，将所述注水井孪生模型映射于所述可视化监控系统，实现对注水井运行参数及运行状态的监控。

21、进一步，所述物理空间设有所述注水井，所述注水井中设有传感器，所述传感器采集所述注水井的运行信息并将所述运行信息发送至注水井服务器，建立物理模型中，所述物理模型包括：

22、水力模型，用于表征注入水流动规律以及压力的传递；

23、机械模型，用于表征注水井的运动结构和几何特征；

24、流体模型，用于表征流体状态；

25、传热模型，用于表征注水井井筒内热传递规律；

26、测控模型，用于通过电缆控制注水水嘴的开度。

27、进一步，实时采集的所述运行信息在所述信息空间生成信息模型，所述信息模型实现所述注水井与所述注水井孪生模型之间的相互映射，并通过对所述注水井孪生模型进行实时修正辨识，形成高精度映射模型中，所述信息模型包括：

28、几何模型，用于表达注水井内机械部件可视化展示效果；

29、机理模型，用于表达注水井的运动规律；

30、逻辑模型，用于映射注水井在各施工参数下的运行逻辑，能够实现注水井和注水井孪生模型之间的虚实交互机制。

31、进一步，所述信息模型中的孪生数据驱动服务空间生成服务模型，所述服务模型运用仿真系统对高精度映射模型进行仿真分析，得到仿真结果中，所述服务模型包括：

32、静态仿真模型，注水井孪生模型按照设定参数独立运行仿真，用于验证实际注水施工过程及结果；

33、实时动态仿真模型，将实时采集的所述运行信息应用于注水井孪生模型，用于精准描述注水井的运行状态；

34、反馈控制模型，用于将所述静态仿真模型和/或所述实时动态仿真模型的分析结果应用于注水井水嘴及注水频率调控，实现动态优化控制以及施工异常处理。

35、进一步，构建可视化监控系统，通过将所述注水井孪生模型映射于所述可视化监控系统，能够实现对注水井运行参数及运行状态的监控中，所述可视化监控系统包括前端展示和可视化表达。

36、本专利技术实施例提供的一种基于数字孪生技术的注水井可视化监控系统和方法中，从时间、空间动态连续的角度监测注水井在真实环境中的全生命周期运行状态，更直观的展现全生命周期油田的注水过程，提高了注水井施工过程中动态虚实交互能力、注水井可视化监控能力以及故障诊断分析能力，从而及时根据监测信息，进一步实现注水井动态实时全面感知、生产异常预警、工况在线诊断和井筒参数智能调控。

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【技术保护点】

1.一种基于数字孪生技术的注水井可视化监控系统，其特征在于，所述可视化监控系统包括物理注水井模块、虚拟注水井模块、服务模块、孪生数据模块、前端展示模块、可视化表达模块、连接模块，其中：

2.如权利要求1所述的基于数字孪生技术的注水井可视化监控系统，其特征在于，当数据传输服务、数据接收服务和模型校正服务确定时，服务模块的隐性函数可简化为：Ss＝(DTS，DRS，MCS)，(其中，Ss为服务模块，DTS为数据传输服务，DRS为数据接收服务，MCS为模型校正服务)。

3.如权利要求1所述的基于数字孪生技术的注水井可视化监控系统，其特征在于，当物理数据、实时数据和仿真数据确定时，孪生数据模块的隐性函数可简化为：DD＝(PD，RLD，SD)，(其中，DD为孪生数据模块，PD为物理数据，RLD为实时数据，SD为仿真数据)。

4.如权利要求1所述的基于数字孪生技术的注水井可视化监控系统，其特征在于，当物理注水井模块、虚拟注水井模块、孪生数据模块、前端展示模块、连接模块、服务模块和可视化表达模块确定时，所述可视化监控系统的隐性函数可简化为：MVIW＝(PIM，

5.一种基于数字孪生技术的注水井可视化监控方法，其特征在于，包括：

6.如权利要求5所述的基于数字孪生技术的注水井可视化监控方法，其特征在于，所述物理空间设有所述注水井，所述注水井中设有传感器，所述传感器采集所述注水井的运行信息并将所述运行信息发送至注水井服务器，建立物理模型中，所述物理模型包括：

7.如权利要求5所述的基于数字孪生技术的注水井可视化监控方法，其特征在于，实时采集的所述运行信息在所述信息空间生成信息模型，所述信息模型实现所述注水井与所述注水井孪生模型之间的相互映射，并通过对所述注水井孪生模型进行实时修正辨识，形成高精度映射模型中，所述信息模型包括：

8.如权利要求5所述的基于数字孪生技术的注水井可视化监控方法，其特征在于，所述信息模型中的孪生数据驱动服务空间生成服务模型，所述服务模型运用仿真系统对高精度映射模型进行仿真分析，得到仿真结果中，所述服务模型包括：

9.如权利要求5所述的基于数字孪生技术的注水井可视化监控方法，其特征在于，构建可视化监控系统，通过将所述注水井孪生模型映射于所述可视化监控系统，能够实现对注水井运行参数及运行状态的监控中，所述可视化监控系统包括前端展示和可视化表达。

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【技术特征摘要】

2.如权利要求1所述的基于数字孪生技术的注水井可视化监控系统，其特征在于，当数据传输服务、数据接收服务和模型校正服务确定时，服务模块的隐性函数可简化为：ss＝(dts，drs，mcs)，(其中，ss为服务模块，dts为数据传输服务，drs为数据接收服务，mcs为模型校正服务)。

3.如权利要求1所述的基于数字孪生技术的注水井可视化监控系统，其特征在于，当物理数据、实时数据和仿真数据确定时，孪生数据模块的隐性函数可简化为：dd＝(pd，rld，sd)，(其中，dd为孪生数据模块，pd为物理数据，rld为实时数据，sd为仿真数据)。

4.如权利要求1所述的基于数字孪生技术的注水井可视化监控系统，其特征在于，当物理注水井模块、虚拟注水井模块、孪生数据模块、前端展示模块、连接模块、服务模块和可视化表达模块确定时，所述可视化监控系统的隐性函数可简化为：mviw＝(pim，vim，dd，fd，cn，ss，ve)，(其中，mviw为可视化监控系统，pim为物理注水井模块，vim为虚拟注水井模块，dd为孪生数据模块，fd为前端...

【专利技术属性】
技术研发人员：李昂，郑春峰，左凯，任维娜，尹莎莎，冯高城，苏作飞，安程，徐兴安，
申请(专利权)人：中海油能源发展股份有限公司，
类型：发明
国别省市：

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