一种用于带压作业机卡瓦的安全管理系统的制作方法

本发明涉及石油开采领域，特别涉及一种用于带压作业机卡瓦的安全管理系统。

背景技术：

1、带压作业是指利用特殊修井设备，在油、气、水井井口带压的情况下，实施起下管杆、并筒修理及增产措施的井下作业技术。通过防喷器组控制油套环空压力，堵塞器控制油管内部压力，然后通过对管柱施加外力克服并内上顶力，从而完成带压起下管柱。

2、卡瓦是带压作业和钻井过程中起下钻时用于卡住和悬持钻柱、套管柱与油管的工具。卡瓦通常是通过油缸进行控制，当油缸的活塞杆伸出时，卡瓦处于卡紧状态；当油缸的活塞杆回缩时，卡瓦处于松开状态。根据作业需要，卡瓦还可以分为承重卡瓦和防顶卡瓦两种类型。承重卡瓦在井下压力不足以抵消油管本身的重力时用于进行油管的起下作业；而防顶卡瓦在井下压力大于油管本身重力时用于进行油管的起下作业。这两种卡瓦的配合使用，可以确保在带压作业过程中实现对管柱的有效控制。

3、卡瓦作为固定和悬持钻杆、套管等管柱的关键设备，其安全性和稳定性直接关系到整个作业过程的安全。卡瓦的正常工作对于作业的顺利进行至关重要。如果卡瓦出现故障或失效，可能会导致管柱脱落、损耗或卡阻等问题，严重影响作业效率和进度。现有的带压作业机卡瓦安全管理系统仅依赖于人工巡检或简单的传感器，无法全面、准确地反映卡瓦的工作状态和负载情况。这种单一的监测手段容易遗漏潜在的安全隐患。

4、因此，需要提供一种用于带压作业机卡瓦的安全管理系统，用于对带压作业机卡瓦进行实时安全管理，提高带压作业机卡瓦安全管理的实时性及全面性。

技术实现思路

1、本发明提供一种用于带压作业机卡瓦的安全管理系统，应用于带压作业机卡瓦装置，其中，所述带压作业机卡瓦装置包括防顶卡瓦和承重卡瓦，所述系统包括：数据管理模块，用于建立样本数据库，其中，所述样本数据库用于存储多个样本防顶卡瓦的相关信息和样本承重卡瓦的相关信息，所述相关信息至少包括结构信息及多个样本负载监测位置；监测确定模块，用于基于所述样本数据库和所述带压作业机卡瓦装置的防顶卡瓦的结构信息和承重卡瓦的结构信息，确定所述带压作业机卡瓦装置的防顶卡瓦的多个第一负载监测位置和承重卡瓦的多个第二负载监测位置；数据获取模块，包括分别设置在所述多个第一负载监测位置的多个第一负载监测装置和分别设置在所述多个第二负载监测位置的多个第二负载监测装置，其中，所述第一负载监测装置用于获取所在的第一负载监测位置的第一负载信息，所述第二负载监测装置用于获取所在的第二负载监测位置的第二负载信息；状态判断模块，用于在所述带压作业机卡瓦装置的防顶卡瓦处于抱紧状态时，基于所述多个第一负载监测装置获取的第一负载信息，确定所述防顶卡瓦的负载不平衡风险值，还用于在所述带压作业机卡瓦装置的承重卡瓦处于抱紧状态时，基于所述多个第二负载监测装置获取的第二负载信息，确定所述承重卡瓦的负载不平衡风险值；安全管理模块，用于在所述带压作业机卡瓦装置的防顶卡瓦处于抱紧状态时，基于所述防顶卡瓦的负载不平衡风险值，生成第一安全提示信息，还用于在所述带压作业机卡瓦装置的承重卡瓦处于抱紧状态时，基于所述承重卡瓦的负载不平衡风险值，生成第二安全提示信息；卡瓦互锁模块，用于在带压作业过程中，控制所述带压作业机卡瓦装置的防顶卡瓦和承重卡瓦的至少一个抱紧管柱。

2、进一步地，所述监测确定模块基于所述样本数据库和所述带压作业机卡瓦装置的防顶卡瓦的结构信息和承重卡瓦的结构信息，确定所述带压作业机卡瓦装置的防顶卡瓦的多个第一负载监测位置和承重卡瓦的多个第二负载监测位置，包括：基于所述防顶卡瓦的结构信息和所述多个样本防顶卡瓦的结构信息，确定目标样本防顶卡瓦，基于所述目标样本防顶卡瓦的多个样本负载监测位置，确定所述带压作业机卡瓦装置的防顶卡瓦的多个第一负载监测位置；基于所述承重卡瓦的结构信息和所述多个样本承重卡瓦的结构信息，确定目标样本承重卡瓦，基于所述目标样本承重卡瓦的多个样本负载监测位置，确定所述带压作业机卡瓦装置的承重卡瓦的多个第二负载监测位置。

3、进一步地，所述监测确定模块基于所述防顶卡瓦的结构信息和所述多个样本防顶卡瓦的结构信息，确定目标样本防顶卡瓦，基于所述目标样本防顶卡瓦的多个样本负载监测位置，确定所述带压作业机卡瓦装置的防顶卡瓦的多个第一负载监测位置，包括：对于任意两个所述样本防顶卡瓦，基于两个所述样本防顶卡瓦的结构信息，计算两个所述样本防顶卡瓦之间的第一结构相似度；通过k均值聚类算法基于任意两个所述样本防顶卡瓦的结构相似度，对所述多个样本防顶卡瓦进行聚类，确定多个样本防顶卡瓦簇；对于每个所述样本防顶卡瓦簇，基于所述带压作业机卡瓦装置的防顶卡瓦的结构信息和所述样本防顶卡瓦簇的簇中心的结构信息，计算所述带压作业机卡瓦装置的防顶卡瓦和所述样本防顶卡瓦簇的簇中心之间的第二结构相似度；基于所述带压作业机卡瓦装置的防顶卡瓦和每个所述样本防顶卡瓦簇的簇中心之间的第二结构相似度，确定目标样本防顶卡瓦簇；对于所述目标样本防顶卡瓦簇包括的每个样本防顶卡瓦，基于所述带压作业机卡瓦装置的防顶卡瓦的结构信息和所述样本防顶卡瓦的结构信息，计算所述带压作业机卡瓦装置的防顶卡瓦和所述样本防顶卡瓦之间的第三结构相似度；基于所述带压作业机卡瓦装置的防顶卡瓦和所述目标样本防顶卡瓦簇包括的每个样本防顶卡瓦之间的第三结构相似度，确定所述目标样本防顶卡瓦；基于所述目标样本防顶卡瓦的多个样本负载监测位置，确定所述带压作业机卡瓦装置的防顶卡瓦的多个第一负载监测位置。

4、进一步地，所述第一负载监测位置至少包括第一应变监测组件、第一位移监测组件、第一温度监测组件、第一振动监测组件及第一声波监测组件；所述第一负载信息至少包括第一应变信息、第一位移信息、第一温度信息、第一振动信息和第一声波信息。

5、进一步地，所述状态判断模块基于所述多个第一负载监测装置获取的第一负载信息，确定所述防顶卡瓦的负载不平衡风险值，包括：对于每个所述样本防顶卡瓦簇，建立所述样本防顶卡瓦簇对应的第一负载平衡预测模型；获取所述带压作业机卡瓦装置的实时作业环境信息；通过所述目标样本防顶卡瓦簇对应的第一负载平衡预测模型，基于所述带压作业机卡瓦装置的实时作业环境信息和所述带压作业机卡瓦装置的防顶卡瓦的结构信息，预测所述多个第一负载监测位置的标准负载信息；基于每个所述第一负载监测装置在多个连续时间点获取的第一负载信息和对应的标准负载信息，确定所述防顶卡瓦的负载不平衡风险值。

6、进一步地，所述状态判断模块基于每个所述第一负载监测装置在多个连续时间点获取的第一负载信息和对应的标准负载信息，确定所述防顶卡瓦的负载不平衡风险值，包括：对于每个所述第一负载监测装置，对所述第一负载监测装置对应的多个连续时间点的第一应变信息进行经验模态分解，确定多个第一应变内涵模态分量和第一应变残差，对所述第一负载监测装置对应的多个连续时间点的第一位移信息进行经验模态分解，确定多个第一位移内涵模态分量和第一位移残差，对所述第一负载监测装置对应的多个连续时间点的第一温度信息进行经验模态分解，确定多个第一温度内涵模态分量和第一温度残差，对所述第一负载监测装置对应的多个连续时间点的第一振动信息进行经验模态分解，确定多个第一振动内涵模态分量和第一振动残差，对所述第一负载监测装置对应的多个连续时间点的第一声波信息进行经验模态分解，确定多个第一声波内涵模态分量和第一声波残差；对于每个所述第一负载监测装置，通过多模态去噪模型基于所述第一负载监测装置对应的多个第一应变内涵模态分量和第一应变残差、多个第一位移内涵模态分量和第一位移残差、多个第一温度内涵模态分量和第一温度残差、多个第一振动内涵模态分量和第一振动残差及多个第一声波内涵模态分量和第一声波残差，生成所述第一负载监测装置对应的修正后的多个连续时间点的第一负载信息；基于每个所述第一负载监测装置对应的修正后的多个连续时间点的第一负载信息和对应的标准负载信息，确定所述防顶卡瓦的负载不平衡风险值。

7、进一步地，所述状态判断模块基于每个所述第一负载监测装置对应的修正后的多个连续时间点的第一负载信息和对应的标准负载信息，确定所述防顶卡瓦的负载不平衡风险值，包括：对于每个所述第一负载监测装置，基于所述第一负载监测装置对应的修正后的多个连续时间点的第一负载信息和对应的标准负载信息，计算应变差值均值、应变差值波动参数、位移差值均值、位移差值波动参数、温度差值均值、温度差值波动参数、振动差值均值、振动差值波动参数、应变不平衡参数、振动不平衡参数、位移不平衡参数、温度不平衡参数及声波异常值；基于所述应变差值均值、应变差值波动参数、位移差值均值、位移差值波动参数、温度差值均值、温度差值波动参数、振动差值均值、振动差值波动参数、应变不平衡参数、振动不平衡参数、位移不平衡参数、温度不平衡参数及声波异常值。

8、进一步地，所述状态判断模块基于所述多个第二负载监测装置获取的第二负载信息，确定所述承重卡瓦的负载不平衡风险值，包括：通过k均值聚类算法对所述多个样本承重卡瓦进行聚类，确定多个样本承重卡瓦簇；对于每个所述样本承重卡瓦簇，建立所述样本承重卡瓦簇对应的第二负载平衡预测模型；基于所述带压作业机卡瓦装置的承重卡瓦的结构信息，确定目标样本承重卡瓦簇；获取所述带压作业机卡瓦装置的实时作业环境信息；通过所述目标样本承重卡瓦簇对应的第二负载平衡预测模型，基于所述带压作业机卡瓦装置的实时作业环境信息和所述带压作业机卡瓦装置的承重卡瓦的结构信息，预测所述多个第二负载监测位置的标准负载信息；基于每个所述第二负载监测装置在多个连续时间点获取的第二负载信息和对应的标准负载信息，确定所述承重卡瓦的负载不平衡风险值。

9、进一步地，所述系统还包括：损耗监测模块，用于在所述带压作业机卡瓦装置的防顶卡瓦处于抱紧状态时，获取所述带压作业机卡瓦装置的承重卡瓦的超声波监测信息，基于所述带压作业机卡瓦装置的承重卡瓦的超声波监测信息，确定所述带压作业机卡瓦装置的承重卡瓦的损耗信息，还用于在所述带压作业机卡瓦装置的承重卡瓦处于抱紧状态时，获取所述带压作业机卡瓦装置的防顶卡瓦的超声波监测信息，基于所述带压作业机卡瓦装置的防顶卡瓦的超声波监测信息，确定所述带压作业机卡瓦装置的防顶卡瓦的损耗信息。

10、进一步地，所述相关信息还至少包括样本损耗监测位置；所述损耗监测模块获取所述带压作业机卡瓦装置的承重卡瓦的超声波监测信息，包括：基于所述样本数据库，确定多个第一超声波监测位置；基于所述多个第二负载监测装置获取的第二负载信息，确定多个第二超声波监测位置；基于所述多个第一超声波监测位置和所述多个第二超声波监测位置，获取所述带压作业机卡瓦装置的承重卡瓦的超声波监测信息。

11、相比于现有技术，本发明提供的一种用于带压作业机卡瓦的安全管理系统，至少具备以下有益效果：

12、1、通过建立样本数据库，为带压作业机卡瓦装置包括防顶卡瓦和承重卡瓦的实时状态信息的获取提供数据支持，由于卡瓦的负载分布不均匀，即存在负载不平衡的情况，可能会导致卡瓦的某些部分或组件承受过大的负载，而其他部分则承载较小或没有负载。这种不平衡状态可能会导致卡瓦的损耗、变形或失效，进而影响到钻探作业的安全和效率，因此，在带压作业机卡瓦装置的防顶卡瓦处于抱紧状态时，基于多个第一负载监测装置获取的第一负载信息，确定防顶卡瓦的负载不平衡风险值，在带压作业机卡瓦装置的承重卡瓦处于抱紧状态时，基于多个第二负载监测装置获取的第二负载信息，确定承重卡瓦的负载不平衡风险值，并及时生成安全提示信息，通过设置卡瓦互锁模块，保证在带压作业过程中，控制带压作业机卡瓦装置的防顶卡瓦和承重卡瓦的至少一个抱紧管柱，提高了带压作业机卡瓦安全管理的实时性及全面性。

13、2、第一应变信息、第一位移信息、第一温度信息、第一振动信息和第一声波信息通常包含丰富的信息，并且相互之间存在一定的关联性，但也可能受到各种噪声的干扰。通过使用多模态去噪模型，可以更有效地去除第一应变信息、第一位移信息、第一温度信息、第一振动信息和第一声波信息中的噪声，提高数据的质量和可靠性，进而提升确定防顶卡瓦的负载不平衡风险值的性能。

14、3、通过结构相似度，确定目标样本防顶卡瓦，从而确定能够确定带压作业机卡瓦装置中可以监测到负载不平衡的多个位置，避免了无效数据的获取，提高负载不平衡监测的效率。