一种基于全电控压力波发生器的水下管汇泄漏定位方法及系统

本发明属于石油工程领域，涉及一种基于全电控压力波发生器的水下管汇泄漏定位方法及系统。

背景技术：

1、液态环境下的泄漏现象广泛存在于自然界和工业领域，以海洋环境下最为常见，在海洋开发领域具有重大的研究价值。随着油气资源的勘探与开发逐步从中浅水向深水发展，水下油气生产系统也从早期的单卫星井开发模式向以水下管汇为核心的丛式卫星井开发模式转变。水下生产管汇作为水下生产系统的核心，集结构、管路、阀门、仪表、控制、连接为一体，主要用来集输井口油气、分配电力与化学药剂，通过跨接管将来自采油树的油气汇集并外输至海底管道，是水下生产系统的关键设施。

2、随着海洋油气资源的大规模开发，油气开发逐渐向深水区域转移，海洋环境的复杂多变，使得水下生产管汇泄漏的风险大大增加。对于海洋油气开发过程中的泄漏问题，检测泄漏源并准确定位泄漏点就显得尤为重要。然而，水下生产管汇所处环境复杂，体积庞大，泄漏检测存在噪声信号干扰大，微小泄漏无法检测等问题，国内外均未形成成熟的水下生产管汇泄漏在线监测及精确定位工程化应用理论及装备，亟需研制水下生产管汇泄漏信号增强设备，揭示泄漏检测机理，形成水下管汇泄漏事故检测的关键技术与成套装备。因此，开发一种基于全电控压力波发生器的水下管汇泄漏定位方法及系统显得尤为重要。

技术实现思路

1、为克服现有技术存在的缺陷，本发明提供一种基于全电控压力波发生器的水下管汇泄漏定位方法及系统。

2、为实现上述目的，按照本发明的一个方面，一种基于全电控压力波发生器的水下管汇泄漏定位方法及系统，包含三个步骤：全电控压力波发生器结构子系统建立、水下生产管汇信号采集及处理子系统建立、水下生产管汇泄漏定位子系统建立。

3、全电控压力波发生器结构子系统建立的具体步骤为：

4、a101：建立全电控压力波发生器传动系统；

5、a102：设置全电控压力波发生器产生的压力波形，产生瞬态激励信号；

6、a103：对全电控压力波发生器进行高压密封。

7、水下生产管汇信号采集及处理子系统建立的具体步骤为：

8、a201：水下生产管汇信号采集系统的建立；

9、a202：计算全电控压力波发生器冲击下的水下生产管汇泄漏压力波传播速度vq；

10、a203：水下生产管汇信号处理单元建立，信号处理主要包括对采集到的水下生产管汇压力信号进行信号降维、特征提取、信号去噪和信号重构：

11、①提出基于改进主成分分析的信号降维算法。利用提取到的原始特征参数的线性变换构建新变量，从中提取出主成分进行信号降维，将原始特征向具有最大投影信息量的维度上进行投影，保证降维后的信息量损失最小；

12、②提出基于融合小波分解及深度卷积神经网络的信号处理方法，构建融合小波分解的深度卷积神经网络模型。小波分解层与卷积层交替执行，使用卷积模块进行重复特征提取，实现水下生产管汇泄漏压力信号的特征提取、信号去噪和信号重构。

13、水下生产管汇泄漏定位子系统建立的具体步骤为：

14、a301：水下生产管汇瞬态压力信号到达时间差计算。对重构后的水下生产管汇瞬态压力信号进行分析，提取水下生产管汇管路上游信号采集模块及水下生产管汇管路下游信号采集模块采集到瞬态压力变化的时间差t12；

15、a302：水下生产管汇的泄漏定位。根据水下生产管汇泄漏压力波传播速度vq，水下生产管汇管路上游信号采集模块及水下生产管汇管路下游信号采集模块之间的距离l及瞬态压力波到达时间差t12计算泄漏点的位置，实现基于瞬态压力信号增强的水下生产管汇泄漏定位。

16、按照本发明的另一方面，一种基于全电控压力波发生器的水下管汇泄漏定位方法及系统，包括全电控压力波发生器结构子系统、水下生产管汇信号采集及处理子系统和水下生产管汇泄漏定位子系统。

17、全电控压力波发生器的结构子系统，包括发生器后端盖、轴承座、减速机、伺服电机、密封缸体、前端法兰、柱塞杆、负载链接螺牙、柱塞、轴承上端盖、同步带轮、轴承组、联轴器、缓冲垫、导管、滚珠丝杆、动密封圈和水下高压密封舱。伺服电机连接减速机，为全电控压力波发生器提供动力并进行速度调节；伺服电机和减速机通过轴承座固定；同步带轮连接伺服电机和联轴器，由发生器后端盖密封，联轴器连接滚珠丝杆，用于将电机的旋转运动转化为丝杆的旋转运动；轴承组由轴承上端盖轴向固定，用于限制滚珠丝杆轴向运动，保证回转精度；滚珠丝杆在导管中轴向移动带动柱塞杆做往复直线运动，缓冲垫用于吸收运动过程中的冲击和振动，确保滚珠丝杆的精度及稳定性，整体由密封缸体进行密封；柱塞杆末端为负载链接螺牙，连接柱塞实现往复直线运动，在管内产生瞬态激励，发出压力波；动密封圈用于柱塞杆做往复直线运动过程中的动密封；压力波发生器整体结构放于水下高压密封舱中，前端法兰与实验管法兰连接，用于压力波发生器的安装。

18、水下生产管汇信号采集及处理子系统，包括实验管、水下生产管汇管路和水下生产管汇信号处理单元；实验管，包括实验管上游信号采集模块、实验管泄漏发生模块、实验管下游信号采集模块；水下生产管汇管路，包括水下生产管汇管路上游信号采集模块、水下生产管汇管路泄漏发生模块、水下生产管汇管路下游信号采集模块；水下生产管汇信号处理单元，包括信号特征提取模块、信号去噪模块和信号重构模块。前端法兰与实验管法兰连接，实验管内部抛光，与柱塞紧密配合不漏水；实验管上安装实验管上游信号采集模块、实验管泄漏发生模块和实验管下游信号采集模块，用于模拟泄漏发生并进行管路信号采集；实验管与水下生产管汇管路法兰连接；水下生产管汇管路上游信号采集模块和水下生产管汇管路下游信号采集模块采集水下生产管汇管路泄漏发生模块的泄漏信号；实验管上游信号采集模块、实验管下游信号采集模块、水下生产管汇管路上游信号采集模块和水下生产管汇管路下游信号采集模块采集到的信号通过电力线传输至水下生产管汇信号处理单元；水下生产管汇信号处理单元包括信号特征提取模块、信号去噪模块和信号重构模块，用于采集到的原始信号特征提取、去噪及重构；水下生产管汇信号处理单元的信号处理结果通过线缆传输到水下生产管汇泄漏定位子系统。

19、水下生产管汇泄漏定位子系统，包括时差计算模块和泄漏定位模块。时差计算模块用于计算泄漏信号瞬态压力波到达的时间差；泄漏定位模块通过线缆与时差计算模块相连，实现对泄漏点的定位。

20、相对于现有技术，本发明的有益效果如下：全电控压力波主动发生器根据水下生产管汇结构、管道长度、内径和所输运的油气的物理特性及管内压力等产生具有合适幅值及频率的压力波，产生瞬态激励实现泄漏信号增强，提高定位准确度，在水下生产管汇保持正常输运和经济效益的状态下完成泄漏检测。基于改进主成分分析的信号降维算法及融合小波分解及深度卷积神经网络的信号处理方法对水下管汇原始信号进行重复特征提取，准确描述管汇工况，从波流、噪声等多种因素影响下产生的混叠信号中提取泄漏特征，获取真实泄漏信号波形。研制全电控压力波发生器，实现基于瞬态激励信号增强的水下生产管汇泄漏检测及定位。