【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及人工智能，更具体地说，本专利技术涉及一种油气井井筒安全的智能检测方法。
技术介绍
1、油气田的勘探开发，存在着经济效益高、潜在风险高等特点。目前，受到国际低油价、提高采收率技术等因素的影响，很多生产井处在超期服役的状态，设备腐蚀老化、组织管理落后等原因造成的油气井生产安全问题日益严重。因此，油气井完整性管理作为一种新兴的概念被提出来，在国际大型石油公司中备受关注并且得以成功应用。此外，新井特别是深井超深井、高温高压井、海上油气井也同时面临着完整性破坏的风险，急需油气井完整性管理的开发应用。
2、通过对国内的油气井筒完整性管理，改善识别到的不利影响因素，延长老井的寿命周期，降低新井的破坏风险具有实际的意义，从而保证能够更高效、更安全地开采油气。
技术实现思路
1、本专利技术针对现有技术中存在的技术问题，提供一种油气井井筒安全的智能检测方法，通过压力趋势分析，预测和判断井筒完整性是否存在破坏，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
2、本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种油气井井筒安全的智能检测方法，具体包括以下步骤：
3、步骤101、利用传感器对井筒内外的环境变量进行实时监测并记录，收集数据信息；
4、步骤102、对井筒内部的声波和振动信号进行实时监测，并将信号转换成数字信号进行处理；
5、步骤103、通过分析井筒的频率响应和共振频率，确定井筒的完整性情况；
6、步骤104、通过循环神经网络模型
7、步骤105、通过压力趋势分析，预测和判断井筒完整性是否存在破坏；
8、步骤106、通过图像二值化对井筒的图像进行黑白分层，判断井筒是否完整；
9、步骤107、将分析结果输出在监控界面上，实时监控井筒状态，确保井筒安全运行。
10、在一个优选地实施方式中，所述步骤101中，通过安装倾斜仪和位移传感器，在井筒中实时监测，获取井筒结构参数以及套管与井壁之间的距离信息，利用温湿度传感器和应变片传感器对井筒内外的温度、湿度以及压力环境变量进行实时监测并记录，具体包括以下内容：
11、s1、倾斜仪和位移传感器：在井口位置安装倾斜仪和位移传感器，并与读取设备连接到监测设备上，通过倾斜仪测得倾角，根据套管半径计算出套管与井壁之间的距离，具体计算公式如下：
12、d＝r×tan(θ)
13、其中，d表示套管与井壁之间的距离，θ表示倾角，r表示套管半径；
14、s2、应变片传感器：将应变片粘贴在井筒表面，当井筒内外发生应变，应变片会发生相应的变形，产生电阻变化，通过测量电阻值的变化，得到井筒内外的压力差，具体计算公式为：
15、
16、其中，δp表示压力差，δl表示应变片长度变化量，l表示应变片原始长度，k为敏感系数，e为应变片弹性模量，a为应变片横截面积；
17、s3、温湿度传感器：在井筒上部和下部各安装一个温湿度传感器，将传感器输出的温度和湿度信号接入数据采集系统，并记录下井筒内外的温湿度数据，通过比较温湿度差异的大小，初步判断井筒是否存在漏风、水分渗透以及蒸发情况，具体计算公式如下：
18、δt＝t_in-t_out
19、δh＝h_in-h_out
20、其中，δt表示井筒内外的温度差异，t_in表示井筒内部的温度，t_out表示井筒外部的温度；δh表示井筒内外的湿度差异，h_in表示井筒内部的湿度，h_out表示井筒外部的湿度。
21、在一个优选地实施方式中，所述步骤102中，通过声波传感器和振动传感器设备，对井筒内部的声波和振动信号进行实时监测，利用最小均方滤波器进行噪声去除，并将信号转换成数字信号进行处理，具体包括以下内容：
22、s1、最小均方滤波器：根据输入信号的统计特性来调整滤波器系数，以最小化误差的均方差，设置输入信号为x(n)，期望输出信号为d(n)，滤波器的系数为w(n)，滤波器的输出为y(n)，误差信号为e(n)，定义为期望输出与实际输出之间的差距，具体计算公式如下：
23、w(n+1)＝w(n)+μ×e(n)×x(n)
24、e(n)＝d(n)-y(n)
25、其中，w(n+1)表示时刻n+1的滤波器系数，w(n)表示时刻n的滤波器系数，μ表示步长因子，控制滤波器系数的收敛速度和稳定性，e(n)表示时刻n的误差信号，x(n)表示时刻n的输入信号；
26、根据上述公式，通过不断迭代更新滤波器系数，使得误差逐渐减小，达到滤波噪声去除的目的；
27、s2、利用快速傅里叶变换算法将时域信号转换为频域信号，获取信号的频率分布情况，进行频谱分析，设置输入序列为x[n]，其中n＝0,1,2,...,n-1，具体计算公式为：
28、
29、其中，x[k]表示频域中的第k个频率成分，k＝0,1,2,...,n-1；exp代表指数函数，j表示虚数单位，n表示输入序列的长度。
30、在一个优选地实施方式中，所述步骤103中，使用声波测量仪器对井筒进行声波激励，并记录声波的往返传播时间，获取井筒在不同频率下的振动情况，与正常状态下的频率进行比较，评估井筒完整性的改变，具体包括以下内容：
31、s1、频率响应：分析频率响应识别出受损部位在特定频率范围内的振动幅度和相位变化，步骤如下：
32、步骤1、振动幅度：结构在特定频率下的振动偏移量大小，用于评估结构的稳定性和可靠性，具体计算公式如下：
33、
34、其中，a(f)表示频率为f时的振动幅度；x(f)和y(f)分别代表结构的水平和垂直振动分量；
35、步骤2、相位变化：结构在特定频率下的振动偏移量与激励信号之间的时间差，用于确定结构的受损部位，并对损伤程度进行评估，具体计算公式如下：
36、
37、其中，θ(f)表示频率为f时的相位变化角度；
38、s2、共振频率：井筒在特定频率下发生共振的频率，当井筒出现损伤情况，共振频率会发生变化，通过声波测量井筒的共振频率，并与正常状态下的频率进行比较，评估井筒完整性的改变，具体步骤如下：
39、步骤1、确定正常状态下的频率：通过历史记录，确定井筒在正常状态下的共振频率范围；
40、步骤2、比较共振频率：将测量得到的共振频率与正常状态下的频率进行比较，出现共振频率超出正常范围，说明井筒的结构已经发生变化，存在损坏、裂缝问题；
41、步骤3、分析损伤程度：根据共振频率偏差的大小和方向，以及其他监测数据，进一步分析井筒受损的程度和位置，使用有限元分析算法确定具体的损伤范围和程度，具体计算公式如下：
42、
43、δω＝ω-ω0
44、其中，k表示结构的刚度矩阵，m表示结构的质本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种油气井井筒安全的智能检测方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种油气井井筒安全的智能检测方法，其特征在于：所述步骤101中，通过安装倾斜仪和位移传感器，在井筒中实时监测，获取井筒结构参数以及套管与井壁之间的距离信息，利用温湿度传感器和应变片传感器对井筒内外的温度、湿度以及压力环境变量进行实时监测并记录，具体计算公式为：
3.根据权利要求1所述的一种油气井井筒安全的智能检测方法，其特征在于，所述步骤102中，通过声波传感器和振动传感器设备，对井筒内部的声波和振动信号进行实时监测，利用最小均方滤波器进行噪声去除，并将信号转换成数字信号进行处理，具体计算公式为：
4.根据权利要求3所述的一种油气井井筒安全的智能检测方法，其特征在于，所述利用最小均方滤波器进行噪声去除，根据输入信号的统计特性来调整滤波器系数，以最小化误差的均方差，具体计算公式如下：
5.根据权利要求1所述的一种油气井井筒安全的智能检测方法，其特征在于，所述步骤103中，使用声波测量仪器对井筒进行声波激励，并记录声波的往返传播时间，获取井筒在
6.根据权利要求1所述的一种油气井井筒安全的智能检测方法，其特征在于，所述步骤104中，根据任务要求和数据特点选择井深、井壁厚度、井筒材料，以及修井记录特征作为输入，得到目标数据集，利用梯度下降法进行模型训练，通过循环神经网络模型预测井筒的完整性状态，具体计算公式如下：
7.根据权利要求1所述的一种油气井井筒安全的智能检测方法，其特征在于，所述步骤105中，将压力传感器安装在井底位置，并实时测量和记录压力数据，利用机器学习算法应用于压力趋势分析，通过数据训练模型来预测和判断井筒完整性是否存在破坏，具体计算公式如下：
8.根据权利要求1所述的一种油气井井筒安全的智能检测方法，其特征在于，所述步骤106中，使用相机设备进行拍摄，收集井筒的图像，通过图像二值化对井筒的图像进行黑白分层，使用边缘检测算法来提取井筒的边缘和轮廓，判断井筒是否完整，具体计算公式如下：
9.根据权利要求1所述的一种油气井井筒安全的智能检测方法，其特征在于，所述步骤107中，将分析结果输出在监控界面上，操作员实时监控井筒状态，及早发现井筒损坏并采取相应措施，包括增加通风、进行检修、加强支护方式，确保井筒安全运行，具体计算公式如下：
...【技术特征摘要】
1.一种油气井井筒安全的智能检测方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种油气井井筒安全的智能检测方法，其特征在于：所述步骤101中，通过安装倾斜仪和位移传感器，在井筒中实时监测，获取井筒结构参数以及套管与井壁之间的距离信息，利用温湿度传感器和应变片传感器对井筒内外的温度、湿度以及压力环境变量进行实时监测并记录，具体计算公式为：
3.根据权利要求1所述的一种油气井井筒安全的智能检测方法，其特征在于，所述步骤102中，通过声波传感器和振动传感器设备，对井筒内部的声波和振动信号进行实时监测，利用最小均方滤波器进行噪声去除，并将信号转换成数字信号进行处理，具体计算公式为：
4.根据权利要求3所述的一种油气井井筒安全的智能检测方法，其特征在于，所述利用最小均方滤波器进行噪声去除，根据输入信号的统计特性来调整滤波器系数，以最小化误差的均方差，具体计算公式如下：
5.根据权利要求1所述的一种油气井井筒安全的智能检测方法，其特征在于，所述步骤103中，使用声波测量仪器对井筒进行声波激励，并记录声波的往返传播时间，获取井筒在不同频率下的振动情况，与正常状态下的频率进行比较，评估井筒完整性的改变，具体计算...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨冬，邓桥，杨焕强，严梁柱，廖秋阳，
申请(专利权)人：长江大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。