【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及盐穴储气库井场安全监测，尤其涉及一种盐穴储气库井场天然气泄漏源定位方法。
技术介绍
1、盐穴储气库作为天然气的地下粮仓，是进行天然气地下储存和供给调控的最佳地质体。随着天然气的不断注采供给和季节性调峰，储存天然气的盐穴储气库井场，难免会出现一些微小泄漏。天然气的泄漏不仅给国家造成了直接的经济损失，也是易燃易爆之源，给盐穴注采气井的安全生产带来了巨大的安全隐患。因此，开发有效的方法来监测泄漏和/或定位泄漏源是十分必要的。
2、目前，盐穴储气库井场天然气泄漏监测和定位的一般方法如图1所示，采用阵列式多点布设传感器，利用点式激光甲烷探测仪的有效监测范围覆盖整个井场区域，以达到井场覆盖监控的目的；有的在井场区域工艺设备、管线有效范围内布设甲烷探测器。以上方法一方面安装设备多，有效监测范围没有有效利用，导致布设电路管线较多，安装维修成本也不断增加；另一方面监测点选取过于主观，监测精度无法得到满足。
3、另外，目前对于监测和定位的技术手段，1)基于硬件设备，硬件设备具备成本低、精度高的优势，然而设备气体监测精度的提升并未提高泄漏点定位的效率，并且硬件设备的布设和安装数量及成本给泄漏检测带来又一大难题；同时，硬件监测设备无法覆盖整个盐穴储气库井场范围，无法避免遗漏井场范围内未监测区域中泄漏源的定位；2)基于软件程序，主要依靠数学模型和监测系统联合实现，对系统开发和测量仪器的需求产生比较高的成本；软件程序监测定位具备实时监测能力，但监测泄漏的主要工作仍然依靠巡检人员完成，如泄漏源的精确定位以及泄漏处理等工作
4、随着智能化、数据化的发展，如何综合硬件系统和数学模型的优势，利用更智能、更高效的手段及时且准确的定位泄漏点、实现井场泄漏风险管理以及“降本增效”的目的尤为重要。据此，在本课题组的前期研究成果(部分成果请参见cn116105932a)的基础上，本课题组进行了进一步研发。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的是提供一种精度高、性价比高的盐穴储气库井场天然气泄漏源定位方法，该方法利用改进的插值法解决盐穴储气库井场无法全覆盖监测的难题，接着以浓度监测值和浓度插值为参数、基于气体泄漏扩散模型对泄漏源进行反演定位。
2、为实现上述目的，本专利技术的一种盐穴储气库井场天然气泄漏源定位方法，包括以下步骤：
3、一、重点监测区域内点式激光甲烷探测仪的布设
4、步骤1)、盐穴储气库井场作业区重点监测区域的判定；
5、步骤2)、根据步骤1)得到的盐穴储气库井场重点监测区域，布设点式激光甲烷探测仪。
6、二、重点监测区域外未知区域的监测
7、通过所述的重点监测区域内点式激光甲烷探测仪的布设，得到各台点式激光甲烷探测仪所处区域的甲烷实时浓度值、各台点式激光甲烷探测仪覆盖范围内气体泄漏状态。根据所述甲烷实时浓度值及其位置分布，对重点监测区域外未知区域进行气体泄漏检测以及对其他网格节点进行浓度插值计算。具体步骤如下：
8、步骤1)、点式激光甲烷探测仪布设在同一水平面上，zi＝1.5m，为简化计算，各台点式激光甲烷探测仪的坐标信息和浓度值表示为：c(xi，yi)，i＝1、2、3、……、n，n为点式激光甲烷探测仪个数；xi、yi为第i台点式激光甲烷探测仪的坐标；c(xi，yi)为第i台点式激光甲烷探测仪所处坐标xi、yi位置的浓度值。
9、步骤2)、将克里金插值法和改进谢别德插值法进行结合，计算得到浓度插值。
10、三、泄漏源反演定位
11、当盐穴储气库井场泄漏的天然气被点式激光甲烷探测仪监测获得的浓度值达到预定阈值，需及时定位泄漏源。具体过程如下：
12、步骤1)、建立泄漏扩散模型；
13、步骤2)、建立目标函数f；
14、步骤3)、泄漏点的定位：将泄漏源位置和浓度求解问题转换为气体泄漏浓度的监测值与泄漏扩散理论的计算值相差最小的数学问题；当取得最小值时为泄漏反演定位结果，继而反演得到泄漏点泄漏强度和泄漏源位置。
15、优选地，所述盐穴储气库井场作业区重点监测区域的判定，具体如下：
16、首先，从定性角度判定重点监测区域：盐穴储气库井场的运行设备布置复杂，依据泄露概率，潜在泄漏源主要为井口、阀组、注采气管线、压缩机组、容器、泵体，以井口区、阀组区、注采气管线区、压缩机组区、容器区、泵体区作为重点监测区域。
17、其次，从定量角度判定重点监测区域：根据国际油气生产商联合会的泄漏频率和储存事故频率、挪威船级社dnvgl的烃类泄漏统计频率，求解不同泄漏孔径下频率分布fy的计算公式如下：
18、
19、式子中，为孔径x1、x2的泄漏频率，可通过查表得知，a-1；y表示为未知泄漏孔径的泄漏概率，取值范围为y∈(x1，x2)；其中，a-1是单位，表示每年。
20、将上述从定性角度判定重点监测区域和从定量角度判定重点监测区域结合，判定得出盐穴储气库井场作业区重点监测区域为井口、阀组、压缩机组、泵体、容器、和注采气管线所处区域，其中泄漏概率依次递减。
21、优选地，所述根据步骤1)得到的盐穴储气库井场重点监测区域，布设点式激光甲烷探测仪，具体如下：分别在井口区、阀组区、压缩机组区、泵体区、容器区、和注采气管线区布设点式激光甲烷探测仪，布设满足以下准则：(1)点式激光甲烷探测仪安装在各区内泄漏概率最大处，(2)点式激光甲烷探测仪被架设在同一水平高度1.5m位置，(3)点式激光甲烷探测仪处于所述各区内泄漏概率最大处的最小频率风向的上风侧，且布设位置距离所述潜在泄漏源不超过2m，(4)各台点式激光甲烷探测仪的安装间距为10～15m，(5)各台点式激光甲烷探测仪要错开地面管线，以便设备布设以及管道维修，(6)各台点式激光甲烷探测仪之间的距离尽可能相等，以实现数据传输的时间差可以控制在一定范围内。
22、优选地，所述将克里金插值法和改进谢别德插值法进行结合得到浓度插值，具体方式为：
23、2-1、采用克里金插值法计算浓度插值，计算公式为：
24、
25、式中，c*(xj，yj)为克里金插值法得出的浓度插值，其表示坐标为xj、yj的第j个未知区域点的浓度；λi为第i台点式激光甲烷探测仪相对于未知区域的权重。2-2、采用改进谢别德插值法计算浓度插值，计算公式为：
26、
27、
28、其中，c″(xj，yj)为改进谢别德插值法得出的浓度分布插值；w为权导数，d为未知监测点与已知监测点之间的距离，p为距离d的幂，p＝dk，0≤k≤2，优选k＝2；δ为平滑因子；n为监测点个数；qi为二次曲面函数，
29、qi＝ci1(x-x本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种盐穴储气库井场天然气泄漏源定位方法，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种盐穴储气库井场天然气泄漏源定位方法，其特征在于，所述盐穴储气库井场作业区重点监测区域的判定，具体如下：
3.根据权利要求1所述的一种盐穴储气库井场天然气泄漏源定位方法，其特征在于，所述根据步骤1)得到的盐穴储气库井场重点监测区域，布设点式激光甲烷探测仪，具体如下：分别在井口区、阀组区、压缩机组区、泵体区、容器区、和注采气管线区布设点式激光甲烷探测仪，每个区布设1台点式激光甲烷探测仪，共布设6台，所述布设满足以下准则：(1)点式激光甲烷探测仪安装在各区内泄漏概率最大处，(2)点式激光甲烷探测仪被架设在同一水平高度1.5m位置，(3)点式激光甲烷探测仪处于所述各区内泄漏概率最大处的最小频率风向的上风侧，且布设位置距离所述潜在泄漏源不超过2m，(4)各台点式激光甲烷探测仪的安装间距为10～15m，(5)各台点式激光甲烷探测仪要错开地面管线，以便设备布设以及管道维修，(6)各台点式激光甲烷探测仪之间的距离尽可能相等，以实现数据传输的时间差可以控制在一定范围内。
4.
5.根据权利要求1所述的一种盐穴储气库井场天然气泄漏源定位方法，其特征在于，所述建立泄漏扩散模型，具体为：采用高斯烟羽模型作为泄漏扩散的计算模型，
6.根据权利要求1所述的一种盐穴储气库井场天然气泄漏源定位方法，其特征在于，所述建立目标函数F，具体为：
7.根据权利要求1所述的一种盐穴储气库井场天然气泄漏源定位方法，其特征在于，所述泄漏点的定位，具体方式为：将点式激光甲烷探测仪获得的浓度值、与点式激光甲烷探测仪相对应未知区域的浓度插值作为样本点，基于萤火虫算法对样本点进行计算处理，得到荧光素最亮的点，即泄漏源C(x0，y0，z0)；
...【技术特征摘要】
1.一种盐穴储气库井场天然气泄漏源定位方法，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种盐穴储气库井场天然气泄漏源定位方法，其特征在于，所述盐穴储气库井场作业区重点监测区域的判定，具体如下：
3.根据权利要求1所述的一种盐穴储气库井场天然气泄漏源定位方法，其特征在于，所述根据步骤1)得到的盐穴储气库井场重点监测区域，布设点式激光甲烷探测仪，具体如下：分别在井口区、阀组区、压缩机组区、泵体区、容器区、和注采气管线区布设点式激光甲烷探测仪，每个区布设1台点式激光甲烷探测仪，共布设6台，所述布设满足以下准则：(1)点式激光甲烷探测仪安装在各区内泄漏概率最大处，(2)点式激光甲烷探测仪被架设在同一水平高度1.5m位置，(3)点式激光甲烷探测仪处于所述各区内泄漏概率最大处的最小频率风向的上风侧，且布设位置距离所述潜在泄漏源不超过2m，(4)各台点式激光甲烷探测仪的安装间距为10～15m，(5)各台点式激光甲烷探测仪要错开地面管线，以便...
【专利技术属性】
技术研发人员：邹先坚，王同涛，杨春和，陈锋，廖友强，胡浩，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：发明
国别省市：
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