基于封隔器监测参数学习预测封隔器失效的系统和方法与流程

本发明涉及电信号处理、神经网络学习与预测，特别涉及一种基于封隔器监测参数学习预测封隔器失效的系统和方法。

背景技术：

1、在深斜井多级分注管柱中，封隔器等井下工具在不同工况下处于复杂的受力、变形和运动状态，导致封隔器密封有效期短和作业大修率高，严重影响注水区块精细注水效益开发。目前封隔器载荷、位移的分析研究，基本都是采用管柱力学分析软件仿真模拟计算和存储式管柱受力测试装置回放读取监测数据，前者数据真实可靠性不强、精准度不高，后者只能监测载荷、不能监测位移，且各监测仪数据时域性不统一，数据分析难度大。另外，现有技术还没有对封隔器的失效时间进行有效合理预测的方法。

技术实现思路

1、为了丰富产品类型，丰富工艺路线，增加选择空间，本发明实施例提供一种基于封隔器监测参数学习预测封隔器失效的系统和方法，能够实现封隔器参数的实时监测和封隔器失效时间的合理预测。

2、第一方面，本发明实施例提供一种基于封隔器监测参数学习预测封隔器失效的系统，包括至少一个封隔器参数监测子系统、地面控制装置和控制终端；

3、所述封隔器参数监测子系统用于按设定间隔监测对应封隔器的位移和载荷，并发送给所述地面控制装置；

4、所述控制终端用于从所述地面控制装置获取封隔器的位移和载荷，基于封隔器的位移和载荷时序数据，利用预先建立的封隔器失效预测模型，预测封隔器的失效时间。

5、可选的，注水井的每两个相邻注水层之间及顶部注水层的上覆地层，分别设置有一个封隔器，封隔器参数监测子系统与封隔器配套设置。

6、可选的，所述封隔器失效预测模型，由所述控制终端通过下述步骤预先建立：

7、由获取到的每个封隔器的位移和载荷时序数据，结合封隔器的失效时间，构成一个样本，得到样本集；

8、利用所述样本集训练选定神经网络模型，得到封隔器失效预测模型，用于基于封隔器的位移和载荷时序数据，预测封隔器失效时间。

9、可选的，注水井的每个注水层设置有配水器；

10、所述地面控制装置，还用于接收配水器按设定间隔测得的嘴后压力，并发送给所述控制终端；

11、所述控制终端还用于，按时间顺序判断，封隔器的上下相邻两个配水器测得的同一时间的嘴后压力间的差值是否达到设定压力差阈值，若是，确定该时间为封隔器的失效时间。

12、可选的，封隔器参数监测子系统，还用于按设定间隔监测所在位置的环空压力，并发送给所述地面控制装置；

13、所述控制终端还用于，按时间顺序判断，封隔器的上下相邻两个封隔器参数监测子系统测得的同一时间的环空压力间的差值是否达到设定压力差阈值，若是，确定该时间为封隔器的失效时间。

14、可选的，所述封隔器参数监测子系统，所述按设定间隔监测对应封隔器的位移和载荷，用于：

15、按设定间隔监测对应封隔器的轴向位移、圆周转动角度、轴向力和扭矩。

16、可选的，所述封隔器参数监测子系统，包括本体和设置于所述本体上的轴向位移监测装置、微电子机械陀螺仪和测量轴；

17、所述微电子机械陀螺仪，用于监测圆周转动角度；

18、所述测量轴上设置有四片应变片，其中两片应变片相对设置，用于监测轴向力，另外两片应变片也相对设置，用于监测扭矩。

19、可选的，所述轴向位移监测装置，包括电机制动组件、电控收张臂、里程轮和位移板；

20、所述电机制动组件用于控制所述电控收张臂的收张；

21、所述里程轮和位移板设置在所述电控收张臂的末端，所述电控收张臂张开状态下，所述里程轮能够随对应封隔器的移动而轴向滑行；

22、所述里程轮上设置有多块磁铁，所述位移板能够感知磁感线的变化，计算轴向位移。

23、可选的，所述电控收张臂、里程轮和位移板至少设置有两组。

24、可选的，所述系统还包括设置于所述本体上的压力传感器和/或温度传感器。

25、可选的，所述系统还包括电缆，所述电缆与地面控制装置连接；

26、每个封隔器参数监测子系统分别连接在所述电缆上。

27、可选的，封隔器参数监测子系统还包括上接头和上电缆头，所述上接头用于将封隔器参数监测子系统的顶端与油管短节连接，所述上电缆头用于将封隔器参数监测子系统的顶端与所述电缆连接；

28、封隔器参数监测子系统还包括下接头和下电缆头，所述下接头用于将封隔器参数监测子系统的底端与油管短节连接，所述下电缆头用于将封隔器参数监测子系统的底端与所述电缆连接。

29、第二方面，本发明实施例提供一种基于封隔器监测参数学习预测封隔器失效的方法，包括利用上述任一所述的系统，通过下述步骤分别预测分层注水井中每个目标封隔器的失效时间：

30、针对每个目标封隔器，所述系统的控制终端，通过地面控制装置接收对应的封隔器参数监测子系统发送的按设定间隔监测的该目标封隔器的位移和载荷数据，基于目标封隔器的位移和载荷时序数据，利用预先建立的封隔器失效预测模型，预测目标封隔器的失效时间。

31、本发明实施例提供的上述技术方案的有益效果至少包括：

32、（1）本发明实施例提供的基于封隔器监测参数学习预测封隔器失效的系统，封隔器参数监测子系统用于按设定间隔监测对应封隔器的位移和载荷，并通过地面控制装置上传给控制终端，实现了对封隔器受力、变形和运动状态的实时监测与传输，填补了注水井封隔器的载荷位移参数无法全部实时监测与传送的技术空白，进而能够对井下工具和井下管柱的力学性能进行分析；控制终端存储有预先建立的封隔器失效预测模型，能够基于封隔器的位移和载荷时序数据，预测封隔器的失效时间，为及时采取相应的工程措施预防封隔器失效提供数据基础，从而保障分注管柱“下得去、封得住、耐得久、起得出”。

33、（2）本发明实施例提供的基于封隔器监测参数学习预测封隔器失效的系统，包括本体和设置于本体上的轴向位移监测装置、微电子机械陀螺仪和测量轴；微电子机械陀螺仪，用于监测圆周转动角度；测量轴上设置有四片应变片，其中两片应变片相对设置，用于监测轴向力，另外两片应变片也相对设置，用于监测扭矩。该系统实现了对封隔器的轴向位移、圆周转动角度、轴向力和扭矩的同步监测，且电缆传输保障了监测数据的时域统一性。

34、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

35、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种基于封隔器监测参数学习预测封隔器失效的系统，其特征在于，包括至少一个封隔器参数监测子系统、地面控制装置和控制终端；

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，注水井的每两个相邻注水层之间及顶部注水层的上覆地层，分别设置有一个封隔器，封隔器参数监测子系统与封隔器配套设置。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述封隔器失效预测模型，由所述控制终端通过下述步骤预先建立：

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，注水井的每个注水层设置有配水器；

5.如权利要求3所述的系统，其特征在于，封隔器参数监测子系统，还用于按设定间隔监测所在位置的环空压力，并发送给所述地面控制装置；

6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述封隔器参数监测子系统，所述按设定间隔监测对应封隔器的位移和载荷，用于：

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述封隔器参数监测子系统，包括本体和设置于所述本体上的轴向位移监测装置、微电子机械陀螺仪和测量轴；

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述轴向位移监测装置，包括电机制动组件、电控收张臂、里程轮和位移板；

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述电控收张臂、里程轮和位移板至少设置有两组。

10.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述系统还包括设置于所述本体上的压力传感器和/或温度传感器。

11.如权利要求1～10任一所述的系统，其特征在于，所述系统还包括电缆，所述电缆与地面控制装置连接；

12.如权利要求11所述的系统，其特征在于，封隔器参数监测子系统还包括上接头和上电缆头，所述上接头用于将封隔器参数监测子系统的顶端与油管短节连接，所述上电缆头用于将封隔器参数监测子系统的顶端与所述电缆连接；

13.一种基于封隔器监测参数学习预测封隔器失效的方法，其特征在于，包括利用权利要求1～12任一所述的系统，通过下述步骤分别预测分层注水井中每个目标封隔器的失效时间：

技术总结
本发明公开了一种基于封隔器监测参数学习预测封隔器失效的系统和方法。所述系统包括至少一个封隔器参数监测子系统、地面控制装置和控制终端；封隔器参数监测子系统用于按设定间隔监测对应封隔器的位移和载荷，并发送给地面控制装置；控制终端用于从地面控制装置获取封隔器的位移和载荷，基于封隔器的位移和载荷时序数据，利用预先建立的封隔器失效预测模型，预测封隔器的失效时间。该系统能够实现封隔器参数的实时监测；并能利用预先建立的封隔器失效预测模型，基于监测到的封隔器位移和载荷时序数据，实现封隔器失效时间预测。

技术研发人员：刘合,李国欣,贾德利,王全宾,金旭
受保护的技术使用者：中国石油集团科学技术研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5