基于管网拓扑结构的管道泄漏智能重组恢复方法及装置

1.本发明涉及海底石油输送技术领域，具体涉及一种基于管网拓扑结构的管道泄漏智能重组恢复方法及装置。


背景技术：

2.近年来随着我国经济的不断发展，油气资源的勘探任务越来越重，国内各大油田在加紧部署人力、物力进行老油区的精细化管理的同时，也不断扩大油气勘探区域。随着我国海洋油气开发力度的加大的同时，海底管道建设的步伐也不断加快。我国自1985年在渤海埕北油田建成第一条海底输油管道以来，已累计铺设250余条海底管道，总长超过5000公里，这些海底管道承担海上油气田输送的重要任务。
3.但是海洋环境的恶劣、管道老化和人为第三方因素影响，如船舶起抛锚作业，渔船拖网捕鱼，船舶落物撞击等，易造成海底管道受到损伤甚至泄漏。目前我国大部分海底管道在进行维修时需要停止油气的输送，虽然目前不停输维修技术在不断发展，但是存在诸多限制，且工艺复杂。此外因为海底维修环境恶劣的影响，从管道发生泄漏到维修完毕，需要耗费较长的时间。在这期间管道泄漏出的原油会严重污染海洋环境，而油田停产也会造成巨大经济损失。
4.因此，如何在不影响油田正常生产的情况下，减少石油管道泄漏的危害是亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，有必要提供一种基于管网拓扑结构的管道泄漏智能重组恢复方法及装置，以解决现有技术中无法兼顾油田正常生产和减少石油管道泄漏危害的技术问题。
6.为了解决上述技术问题，一方面，本发明提供了一种基于管网拓扑结构的管道泄漏智能重组恢复方法，包括：
7.构建管网拓扑结构，获取所述管网拓扑结构中所有管道的位置信息和流量信息、管道间的连接信息以及管道布设的阀门信息；
8.获取泄漏管道信息；
9.根据所述泄漏管道信息、所有管道的位置信息和流量信息、管道间的连接信息以及管道布设的阀门信息生成初步恢复方案；
10.根据所述初步恢复方案的恢复成本和恢复效率确定最终恢复方案。
11.在一些可能的实现方式中，所述获取泄漏管道信息，包括：
12.获取泄漏管道位置、与所述泄漏管道连接的阀门位置、所述泄漏管道与周边管道的连接关系和所述泄漏管道正常工作时的流量。
13.在一些可能的实现方式中，所述获取泄漏管道信息，还包括：
14.根据所述泄漏管道位置、与所述泄漏管道连接的阀门位置及所述泄漏管道与周边管道的连接关系，在所述周边管道中确定与所述泄漏管道存在转供路径的目标周边管道。
15.在一些可能的实现方式中，所述根据所述泄漏管道信息、所有管道的位置信息和流量信息、管道间的连接信息以及管道布设的阀门信息生成初步恢复方案，包括：
16.获取所述泄漏管道正常工作时的流量及与泄漏管道存在转供路径的目标周边管道信息；
17.逐一选取所述与泄漏管道存在转供路径的周边管道中满足剩余承载流量大于泄漏管道正常工作时流量的管道，分别进行流量压力校验，若校验通过，生成单管道候选恢复方案；
18.将所述与泄漏管道存在转供路径的周边管道中任意两条或以上的管道进行组合，逐一选取满足剩余承载流量之和大于泄漏管道正常工作时流量的管道组合，分别进行流量压力校验，若校验通过，生成多管道候选恢复方案；
19.若所述单管道候选恢复方案和多管道候选恢复方案均未生成，则增设冗余管道，生成无管道候选恢复方案。
20.在一些可能的实现方式中，所述根据所述泄漏管道信息、所有管道的位置信息和流量信息、管道间的连接信息以及管道布设的阀门信息生成初步恢复方案，还包括：
21.基于所述泄漏管道信息、所有管道的位置信息和流量信息、管道间的连接信息以及管道布设的阀门信息，通过调节阀门，关闭或开启所述泄露管道和/或泄露管道周边管道的输送，实现管道泄漏后的重组。
22.在一些可能的实现方式中，所述增设冗余管道，包括：
23.增设至少1条满足承载流量大于所述泄漏管道正常工作时流量且通过流量压力校验的冗余管道。
24.在一些可能的实现方式中，所述根据所述恢复方案的恢复成本和恢复效率确定最终恢复方案，包括：
25.所述恢复成本包括：修复泄漏管道成本和/或增设冗余管道成本；
26.所述恢复效率包括：修复泄漏管道时间和/或增设冗余管道时间；
27.所述最终恢复方案根据恢复效果指标p来确定，所述恢复效果指标p的计算公式如下：
[0028][0029]
其中，β和γ表示权重系数，m1和m2分别表示修复泄漏管道成本等级和增设冗余管道成本等级，t1和t2分别表示修复泄漏管道时间等级和增设冗余管道时间等级，所述恢复效果指标p值越大表示恢复效果越好；
[0030]
根据对比不同恢复方案的恢复效果指标，确定最终恢复方案，以实现泄漏管道的恢复。
[0031]
在一些可能的实现方式中，所述恢复效率，还包括:
[0032]
所述修复泄漏管道和增设冗余管道可同时进行，也可以先后进行。
[0033]
另一方面，本发明还提供了一种基于管网拓扑结构的管道泄漏智能重组恢复装置，包括：
[0034]
获取模块：用于构建管网拓扑结构，获取所述管网拓扑结构中所有管道的位置信
息和流量信息、管道间的连接信息以及管道布设的阀门信息；
[0035]
所述获取模块还用于获取泄漏管道信息；
[0036]
生成模块：用于根据所述泄漏管道信息、所有管道的位置信息和流量信息、管道间的连接信息以及管道布设的阀门信息生成初步恢复方案；
[0037]
确定模块：用于根据所述初步恢复方案的恢复成本和恢复效率确定最终恢复方案。
[0038]
另一方面，本发明还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时，实现根据上述实施方式中任一项所述的基于管网拓扑结构的管道泄漏智能重组恢复方法。
[0039]
采用上述实施例的有益效果是：本发明提供的基于管网拓扑结构的管道泄漏智能重组恢复方法，将管网抽象为拓扑结构，根据泄漏管道信息及周边管道信息确定恢复方案，通过调节阀门实现管线重组，并根据实际情况选择适合的恢复方案，达到兼顾油田正常生产和减少石油管道泄漏危害的目的。
附图说明
[0040]
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0041]
图1为本发明提供的基于管网拓扑结构的管道泄漏智能重组恢复方法的一实施例流程示意图；
[0042]
图2为本发明提供的南堡35—2油田管线一实施例的简化管线图；
[0043]
图3为本发明图1中步骤s103一实施例的流程示意图；
[0044]
图4为本发明提供的南堡35—2油田管线一实施例的拓扑结构图；
[0045]
图5为本发明提供的南堡35—2油田管线增设冗余管道后一实施例的拓扑结构图；
[0046]
图6为本发明提供的基于管网拓扑结构的管道泄漏智能重组恢复装置的一实施例结构示意图；
[0047]
图7为本发明提供的电子设备的一个实施例结构示意图。
具体实施方式
[0048]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0049]
应当理解，示意性的附图并未按实物比例绘制。本发明中使用的流程图示出了根据本发明的一些实施例实现的操作。应当理解，流程图的操作可以不按顺序实现，没有逻辑的上下文关系的步骤可以反转顺序或者同时实施。此外，本领域技术人员在本发明内容的指引下，可以向流程图添加一个或多个其他操作，也可以从流程图中移除一个或多个操作。
[0050]
附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相
对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器系统和/或微控制器系统中实现这些功能实体。
[0051]
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
[0052]
在实施例描述之前，对相关词语进行释义：
[0053]
负压波：当管道发现泄漏时，泄漏处产生因流体物质损失而引起的局部液体减少而出现瞬时压力降低和速度差。这个瞬时的压力下降，作用在流体介质上，作为减压波源，通过管线和流体介质向泄漏点的上下游传播。当以泄漏前的压力作为参考标准时，泄漏时所产生的减压波就称为负压波，这种方法称为负压波检测法。
[0054]
流量平衡：流量平衡原理是指根据油气储运理论，密闭管线的输入量之和等于管线的输出量之和。实际上进出口瞬时流量一般是不平衡的，在正常情况下，输差值幅度比较稳定。采用实时监视输差的方法，如果输差的稳定状态被破坏，比如输差值幅度明显上升，就可以断定管线有异常情况发生；还可以通过计算机对产生泄漏这一段时间内的输差曲线进行积分，可以准确计算出漏失量。
[0055]
基于上述技术名词的描述，现有技术中，通过负压波和流量平衡的监测方法相结合，确定泄漏管道的位置。在对泄漏管道修复的过程中，往往需要停止油气的输送，且因为海底维修环境恶劣，导致现有的不停输维修技术从管道发生泄漏到维修完毕，需要耗费较长的时间，且流程工艺复杂，而在这期间管道泄漏出的原油会严重污染海洋环境，油田停产也会造成巨大经济损失。因此，本发明旨在提出一种基于管网拓扑结构的管道泄漏智能重组恢复方法，根据泄漏管道实际情况，在不影响油田正常生产的前提下，快速高效的给出合理的恢复方案。
[0056]
以下分别对具体实施例进行详细说明：
[0057]
本发明实施例提供了一种基于管网拓扑结构的管道泄漏智能重组恢复方法、装置及电子设备，以下分别进行说明。
[0058]
图1为本发明提供的基于管网拓扑结构的管道泄漏智能重组恢复方法的一个实施例流程示意图，如图1所示，基于管网拓扑结构的管道泄漏智能重组恢复方法包括：
[0059]
s101、构建管网拓扑结构，获取所述管网拓扑结构中所有管道的位置信息和流量信息、管道间的连接信息以及管道布设的阀门信息；
[0060]
s102、获取泄漏管道信息；
[0061]
s103、根据所述泄漏管道信息、所有管道的位置信息和流量信息、管道间的连接信息以及管道布设的阀门信息生成初步恢复方案；
[0062]
s104、根据所述初步恢复方案的恢复成本和恢复效率确定最终恢复方案。
[0063]
与现有技术相比，本发明实施例提供的基于管网拓扑结构的管道泄漏智能重组恢复方法，通过将管网抽象为拓扑结构，基于管网拓扑结构根据泄漏管道信息及周边管道信息确定恢复方案，并根据实际情况选择适合的恢复方案，达到兼顾油田正常生产和减少石油管道泄漏危害的目的。
[0064]
在本发明的一些实施例中，管网拓扑结构一般包括管网中各管道的名称或编号、各管道的相对位置、各管道的连接方式、各管道中流体的流向，各管道的最大流量及当前流量信息、各管道布设的阀门位置信息等。
[0065]
在本发明的一些实施例中，所述获取泄漏管道信息，包括：
[0066]
获取泄漏管道位置、与所述泄漏管道连接的阀门位置、所述泄漏管道与周边管道的连接关系和所述泄漏管道正常工作时的流量。
[0067]
根据所述泄漏管道位置、与所述泄漏管道连接的阀门位置及所述泄漏管道与周边管道的连接关系，在所述周边管道中确定与所述泄漏管道存在转供路径的目标周边管道。
[0068]
在本发明具体的实施例中，以南堡35—2油田管线为模型，生成简化后的管线图，如图2所示，图2为本发明提供的南堡35—2油田管线一实施例的简化管线图，通过设置的流量计和压力变送器可以实现对输送管道的实时检测，当泄漏发生时，通过cep和whpb操作平台可快速确定泄漏管道位置及信息，采取相应措施。
[0069]
在本发明的一些实施例中，如图3所示，图3为本发明图1中步骤s103一实施例的流程示意图，包括：
[0070]
s301、获取所述泄漏管道正常工作时的流量及与泄漏管道存在转供路径的目标周边管道信息；
[0071]
s302、逐一选取所述与泄漏管道存在转供路径的周边管道中满足剩余承载流量大于泄漏管道正常工作时流量的管道，分别进行流量压力校验，若校验通过，生成单管道候选恢复方案；
[0072]
s303、将所述与泄漏管道存在转供路径的周边管道中任意两条或以上的管道进行组合，逐一选取满足剩余承载流量之和大于泄漏管道正常工作时流量的管道组合，分别进行流量压力校验，若校验通过，生成多管道候选恢复方案；
[0073]
s304、若所述单管道候选恢复方案和多管道候选恢复方案均未生成，则增设冗余管道，生成无管道候选恢复方案。
[0074]
在本发明的一些实施例中，基于所述泄漏管道信息、所有管道的位置信息和流量信息、管道间的连接信息以及管道布设的阀门信息，通过调节阀门，关闭或开启所述泄露管道和/或泄露管道周边管道的输送，实现管道泄漏后的重组。
[0075]
在本发明的一些实施例中，所述增设冗余管道，包括：
[0076]
增设至少1条满足承载流量大于所述泄漏管道正常工作时流量且通过流量压力校验的冗余管道。
[0077]
需要说明的是：对于海底长距离输送管道的泄漏，采取沿海底管道辅设一管径较小的管道，每一千米与输送管道通过阀门相连，在某一处发生泄漏时，通过辅管绕开泄漏点，同时，上站将输送介质改为水，通过水下机器人等修复方式快速修复海底管道泄漏点。
[0078]
为了更直观展现本发明提供的基于管网拓扑结构的管道泄漏智能重组恢复方法，下面结合具体的实施例对本发明提供方法进行说明，请参阅图4，图4为本发明提供的南堡35—2油田管线一实施例的拓扑结构图，根据管线的拓扑模型，得出在
①
～
⑧
处管线发生泄漏时，恢复方案如下：
[0079]
当
①
处管线发生泄漏时，无恢复方案；
[0080]
当
②
处管线发生泄漏时，无恢复方案；
[0081]
当
③
处管线发生泄漏时，需先关闭3号阀门，然后打开4号阀门；
[0082]
当
④
处管线发生泄漏时，需先关闭9号阀门，然后打开19号阀门；
[0083]
当
⑤
处管线发生泄漏时，无恢复方案；
[0084]
当
⑥
处管线发生泄漏时，关闭16号和18号阀门；
[0085]
当
⑦
处管线发生泄漏时，关闭7号和18号阀门；
[0086]
当
⑧
处管线发生泄漏时，无恢复方案。
[0087]
当可供选择的候选方案很少时，某些管道出现泄漏，没有候选方案可选，无法及时消除管道泄漏影响。因此，需要给该油田部分管线增加冗余管道，然后再按照上述策略重新生成恢复方案。发现当
①
、
②
、
⑤
、
⑧
泄漏时，没有恢复方案可以选择，此时需要增加冗余管道，请参阅图5，图5为本发明提供的南堡35—2油田管线增设冗余管道后一实施例的拓扑结构图，根据增设冗余管道后的管线的拓扑模型，得出
①
～
⑧
点发生泄漏后，恢复方案如下：
[0088]
当
①
处管线发生泄漏时，打开21号和22号阀门；
[0089]
当
②
处管线发生泄漏时，打开23号阀门，关闭1号阀门；
[0090]
当
③
处管线发生泄漏时，首先关闭3号阀门，打开4号阀门，然后打开23号阀门，调节1号和5号阀门；
[0091]
当
④
处管线发生泄漏时，先关闭9号和18号阀门，然后关闭9号和26号阀门，调节25号阀门；
[0092]
当
⑤
处管线发生泄漏时，先关闭14号阀门，打开26号阀门，然后关闭14号阀门，调节25号、9号和11号阀门；
[0093]
当
⑥
处管线发生泄漏时，关闭16号和18号阀门；
[0094]
当
⑦
处管线发生泄漏时，关闭7号和18号阀门；
[0095]
当
⑧
处管线发生泄漏时，打开28和29号阀门。
[0096]
本发明实施例根据泄漏管道信息及周边管道信息确定恢复方案，通过调节阀门实现管线重组，并根据实际情况选择生成多种恢复方案，当工作人员或监测系统观测到管道出现泄漏的情况，可从生成的恢复方案中选择合适的恢复方案。
[0097]
在本发明的一些实施例中，所述根据所述恢复方案的恢复成本和恢复效率确定最终恢复方案，包括：
[0098]
所述恢复成本包括：修复泄漏管道成本和/或增设冗余管道成本；
[0099]
所述恢复效率包括：修复泄漏管道时间和/或增设冗余管道时间；
[0100]
所述最终恢复方案根据恢复效果指标p来确定，所述恢复效果指标p的计算公式如下：
[0101][0102]
其中，β和γ表示权重系数，m1和m2分别表示修复泄漏管道成本等级和增设冗余管道成本等级，t1和t2分别表示修复泄漏管道时间和增设冗余管道时间，所述恢复效果指标p值越大表示恢复效果越好；
[0103]
根据对比不同恢复方案的恢复效果指标，确定最终恢复方案，以实现泄漏管道的恢复。
[0104]
在本发明具体的实施方式中，权重系数β和γ的和为1，且其值大小可根据实际情况进行调整，m1和m2分别表示修复泄漏管道成本等级和增设冗余管道成本等级，m1和m2的取值范围为1到10，分别代表修复成本由低到高的10个等级，t1和t2分别表示修复泄漏管道时间和增设冗余管道时间，t1和t2的取值范围为1到10，分别代表修复时间由短到长的10个等级。且所述修复泄漏管道和增设冗余管道可同时进行，也可以先后进行。
[0105]
本发明实施例根据通过对恢复成本和恢复效率赋予相应的权值，使得在实际修复泄漏管道的过程中，可以根据实际情况(如管道破损的程度、修复时间的缓急程度及管线调整的影响程度等方面)调整权重系数，选择最符合当前情况的恢复方案，减少因管道泄漏而产生的经济损失和环境污染。
[0106]
为了更好实施本发明实施例中的基于管网拓扑结构的管道泄漏智能重组恢复方法，在基于管网拓扑结构的管道泄漏智能重组恢复方法基础之上，对应的，本发明实施例还提供了一种基于管网拓扑结构的管道泄漏智能重组恢复装置，如图6所示，基于管网拓扑结构的管道泄漏智能重组恢复装置600包括：
[0107]
获取模块601：用于构建管网拓扑结构，获取所述管网拓扑结构中所有管道的位置信息和流量信息、管道间的连接信息以及管道布设的阀门信息；
[0108]
所述获取模块还用于获取泄漏管道信息；
[0109]
生成模块602：用于根据所述泄漏管道信息、所有管道的位置信息和流量信息、管道间的连接信息以及管道布设的阀门信息生成初步恢复方案；
[0110]
确定模块603：用于根据所述初步恢复方案的恢复成本和恢复效率确定最终恢复方案。
[0111]
上述实施例提供的基于管网拓扑结构的管道泄漏智能重组恢复装置600可实现上述基于管网拓扑结构的管道泄漏智能重组恢复方法实施例中描述的技术方案，上述各模块或单元具体实现的原理可参见上述基于管网拓扑结构的管道泄漏智能重组恢复装置方法实施例中的相应内容，此处不再赘述。
[0112]
如图7所示，本发明还相应提供了一种电子设备700。该电子设备700包括处理器701、存储器702及显示器703。图7仅示出了电子设备700的部分组件，但是应理解的是，并不要求实施所有示出的组件，可以替代的实施更多或者更少的组件。
[0113]
处理器701在一些实施例中可以是一中央处理器(central processing unit，cpu)，微处理器或其他数据处理芯片，用于运行存储器702中存储的程序代码或处理数据，例如本发明中的基于管网拓扑结构的管道泄漏智能重组恢复方法。
[0114]
在一些实施例中，处理器701可以是单个服务器或服务器组。服务器组可为集中式或分布式的。在一些实施例中，处理器701可为本地的或远程的。在一些实施例中，处理器701可实施于云平台。在一实施例中，云平台可包括私有云、公共云、混合云、社区云、分布式云、内部间、多重云等，或以上的任意组合。
[0115]
存储器702在一些实施例中可以是电子设备700的内部存储单元，例如电子设备700的硬盘或内存。存储器702在另一些实施例中也可以是电子设备700的外部存储设备，例如电子设备700上配备的插接式硬盘，智能存储卡(smart media card，smc)，安全数字(secure digital，sd)卡，闪存卡(flash card)等。
[0116]
进一步地，存储器702还可既包括电子设备700的内部储存单元也包括外部存储设
备。存储器702用于存储安装电子设备700的应用软件及各类数据。
[0117]
显示器703在一些实施例中可以是led显示器、液晶显示器、触控式液晶显示器以及oled(organic light-emitting diode，有机发光二极管)触摸器等。显示器703用于显示在电子设备700的信息以及用于显示可视化的用户界面。电子设备700的部件701-703通过系统总线相互通信。
[0118]
在一实施例中，当处理器701执行存储器702中的基于管网拓扑结构的管道泄漏智能重组恢复程序时，可实现以下步骤：
[0119]
构建管网拓扑结构，获取所述管网拓扑结构中所有管道的位置信息和流量信息、管道间的连接信息以及管道布设的阀门信息；
[0120]
获取泄漏管道信息；
[0121]
根据所述泄漏管道信息、所有管道的位置信息和流量信息、管道间的连接信息以及管道布设的阀门信息生成初步恢复方案；
[0122]
根据所述初步恢复方案的恢复成本和恢复效率确定最终恢复方案。
[0123]
应当理解的是：处理器701在执行存储器702中的基于管网拓扑结构的管道泄漏智能重组恢复程序时，除了上面的功能之外，还可实现其它功能，具体可参见前面相应方法实施例的描述。
[0124]
进一步地，本发明实施例对提及的电子设备700的类型不做具体限定，电子设备700可以为手机、平板电脑、个人数字助理(personal digital assistant，pda)、可穿戴设备、膝上型计算机(laptop)等便携式电子设备。便携式电子设备的示例性实施例包括但不限于搭载ios、android、microsoft或者其他操作系统的便携式电子设备。上述便携式电子设备也可以是其他便携式电子设备，诸如具有触敏表面(例如触控面板)的膝上型计算机(laptop)等。还应当理解的是，在本发明其他一些实施例中，电子设备700也可以不是便携式电子设备，而是具有触敏表面(例如触控面板)的台式计算机。
[0125]
相应地，本技术实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质用于存储计算机可读取的程序或指令，程序或指令被处理器执行时，能够实现上述各方法实施例提供的基于管网拓扑结构的管道泄漏智能重组恢复方法中的步骤或功能。
[0126]
本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件(如处理器，控制器等)来完成，计算机程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。
[0127]
以上对本发明所提供的基于管网拓扑结构的管道泄漏智能重组恢复方法及装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。