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海上井喷实时监控系统研究

发布时间:2021-04-20 15:41
  海上钻井在油气勘探开发工作中具有重要的地位,是海上油气资源高效安全开发的重要手段之一。在海上钻井中,受钻井设计和施工不当等因素影响,极有可能造成井喷事故。井喷是海上油气勘探开发作业中最严重的事故之一,不仅会带来重大的人员伤亡和财产损失,而且还可能造成巨大的环境灾难。为了有效的预防井喷事故的发生,开发实时监测、反应迅速、动态响应的海上井喷实时监控系统就显得尤为重要。因此,开展海上井喷实时监控系统研究,对于确保油气资源的经济安全开发具有重要的实际意义。本文在动态跟踪国内外对井喷事故研究的基础上,通过分析影响海上安全钻井的风险因素,基于改进的事故树分析法,计算了各风险因素的相对权重,确定出引发井喷的关键因素;根据海上钻井关键实时参数的异常变化,建立专家系统与基于Hadoop的贝叶斯网络判别模型,进而实现作业过程中井喷事故的及时预判;结合海上特殊作业环境的实际,设计了海上井喷实时监控系统的总体架构,搭建了该系统中的关键模块(关键风险因素监测模块、钻井参数实时监测模块、事故预警模块和事故处理模块),考虑影响井喷事故的关键风险因素和不同钻井工况下井喷发生时关键参数的异常变化,提出了趋势预警和实时预警的双预警机制;借助VisualStudio2015开发平台,基于VB.NET编程语言,开发出海上井喷实时监控系统(由安全登陆模块、初始设置模块、数据采集/存储模块、判别/预警模块和控制模块五大模块构成),并通过实例分析了该系统的可靠性。研究结果表明:防喷器故障、节流管汇故障、隔水管破裂等因素对井喷的发生具有重要影响,而泥浆密度计失效、缺少扶正器等因素的影响相对较小;采用改进的事故树分析法方法,可减少计算过程中的误差,其结果更符合实际;专家系统与基于Hadoop的贝叶斯网络判别模型具有事故判别准确性高、实时性较强的特点,可对获取的关键作业参数进行快速处理与分析,能够给出可靠的判别结果;所提的双预警机制可实现对井喷关键风险因素和钻井作业关键参数的协同监测,且具有实时性、可靠性的特点;海上井喷实例的验证结果表明,所开发的井喷实时监控系统与实际较为吻合,具有一定的推广价值。
【学位授予单位】:西安石油大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TE58
文章目录
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究的目的意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 井喷事故的分析与预测
        1.2.2 井喷早期监测方法
        1.2.3 井喷早期监测系统
    1.3 主要研究内容
    1.4 研究技术路线
    1.5 创新点
第二章 确定井喷关键风险因素
    2.1 井喷事故树分析法
        2.1.1 建立井喷事故树
        2.1.2 布尔代数在事故树分析中的应用
        2.1.3 求取最小径集
        2.1.4 判断事件结构重要度
    2.2 改进事故树定量分析
        2.2.1 建立层次结构模型
        2.2.2 选取标度
        2.2.3 构造判断矩阵
        2.2.4 计算权重
        2.2.5 权重的结合
    2.3 井喷关键风险因子筛选
        2.3.1 事故树法准则层指标权重计算
        2.3.2 事故树法指标层指标权重计算
        2.3.3 标度层次分析法对准则层指标权重计算
        2.3.4 标度层次分析法对指标层指标权重计算
        2.3.5 确定海上井喷关键风险因素
    2.4 本章小结
第三章 井喷等钻井事故判别方法研究与实现
    3.1 井喷监测参数的选取
    3.2 钻井工况的划分
    3.3 基于专家系统的井喷等钻井事故识别方法
        3.3.1 知识库的建立
        3.3.2 推理机设计
    3.4 基于Hadoop的贝叶斯网络判别方法
        3.4.1 Hadoop计算平台
        3.4.2 贝叶斯判别模型
        3.4.3 应用贝叶斯判别井喷等钻井事故及存在的问题
        3.4.4 基于Hadoop的贝叶斯网络判别实现
    3.5 专家系统与基于Hadoop的贝叶斯网络判别结合
    3.6 本章小结
第四章 井喷实时监控系统设计与开发
    4.1 监控系统功能需求分析
        4.1.1 设计目标
        4.1.2 设计原则
        4.1.3 系统功能需求
    4.2 监控系统方案设计
        4.2.1 系统物理架构设计
        4.2.2 监控系统功能结构设计
        4.2.3 关键风险因素监测模块
        4.2.4 钻井参数实时监测模块
        4.2.5 井喷监控系统预警模块
        4.2.6 井喷事故处理模块
    4.3 系统监测仪器选取
        4.3.1 流量传感器
        4.3.2 液位传感器
        4.3.3 密度传感器
        4.3.4 压力传感器
    4.4 系统软件开发
        4.4.1 软件功能模块划分
        4.4.2 软件功能开发
    4.5 实例应用
    4.6 本章小结
第五章 结论与建议
    5.1 结论
    5.2 建议
致谢
参考文献
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