检索结果-南通市图书馆

作者：张香怡中国石油大学(北京)

学位级别：硕士

针对油气田站场指针式仪表的示数检测,本文提出了利用巡检机器人代替人力,通过摄像机采集的图像来识别示数的方法,并进行了相关算法的研究。在图像预处理方面,针对巡检机器人采集图像质量不高的问题,首先通过3D降噪算法;再针对不同曝光... 详细信息

针对油气田站场指针式仪表的示数检测,本文提出了利用巡检机器人代替人力,通过摄像机采集的图像来识别示数的方法,并进行了相关算法的研究。在图像预处理方面,针对巡检机器人采集图像质量不高的问题,首先通过3D降噪算法;再针对不同曝光状态的图像采取不同的算法调节,使得欠曝光和过曝光图像都能够调整为正常曝光的图像。在仪表智能检测方面,提出了基于改进的YOLOv5的仪表识别算法。在卷积神经网络的基础上,自制仪表样本数据集并训练模型文件、优化权重文件;再通过YOLOv5算法识别巡检机器人定点采集的图像中的仪表,并标出仪表位置。在角度调整方面,采用了基于改进的SIFT的图像配准算法;利用FLANN算法进行对应特征点的匹配;利用RANSAC算法得到图像之间的单应性变换矩阵;通过矩阵变换将目标图像变换为参考模板的角度,得到高质量的利于仪表示数读取的图像。在仪表示数读取方面,利用K＿means聚类的二值化算法得到指针信息突出的表盘;再设定过图像中心的直线旋转360°,旋转过程中精确计算直线与表盘指针重合度最高的角度;通过角度与仪表盘示数的关系,得到仪表示数。实验表明:通过算法处理得到的仪表示数准确性更高,适应性更强、读数速度更快。

关键词：图像预处理卷积神经网络图像配准指针仪表示数识别 YOLOv5

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自由站立式立管参数影响分析及最优设计

自由站立式立管参数影响分析及最优设计

作者：徐翔中国石油大学(北京)

学位级别：硕士

随着油气开发不断向深水、超深水领域迈进,自由站立式立管以其独特的立管结构类型,相较于其他立管形式,在立管与平台的解耦性、安装的机动性以及立管的使用寿命等方面具有非常显著的优势。自由站立式立管在不同控制参数影响下的力学响... 详细信息

随着油气开发不断向深水、超深水领域迈进,自由站立式立管以其独特的立管结构类型,相较于其他立管形式,在立管与平台的解耦性、安装的机动性以及立管的使用寿命等方面具有非常显著的优势。自由站立式立管在不同控制参数影响下的力学响应对于自由站立式立管的设计、制造以及安装都具有非常重要的意义。本文主要的研究工作如下:(1)基于虚功原理建立了立管整体静力学求解模型,运用有限差分法进行控制方程离散,最后利用Newton-Raphson迭代算法对离散的方程进行求解,整个程序在MATLAB中进行编程求解。数值计算结果进行了收敛性分析并与Orcaflex进行了深入对比,结果显示整体形态误差为0.704%,因此该解模型具有良好的收敛性以及较高的准确性。(2)自由站立式立管控制参数对其力学响应的影响分析。控制参数包括平台跨距、柔性跨接管长度、浮筒浮力、浮筒埋置水深以及海流流速,力学响应包括立管整体形态、张力、弯矩及剪力。结果表明,弯矩和剪力变化趋势始终保持一致,弯矩和剪力对于整个立管系统影响较小。浮筒埋置水深和柔性跨接管长度对于柔性跨接管张力影响最大,浮筒浮力对于刚性立管张力影响最大,平台跨距对于立管整体受力影响较小。(3)利用Orcaflex对自由站立式立管进行动力学疲劳分析。研究了在某一海况下,自由站立式立管各项参数:平台跨距、柔性跨接管长度、浮筒浮力、浮筒埋置水深对于刚性主管疲劳寿命的影响。结果表明浮筒埋置水深、平台跨距和浮筒浮力增加会使刚性主管疲劳寿命提高,但柔性跨接管与刚性主管疲劳寿命无明显关系。(4)针对某目标油田,基于疲劳寿命和最大应力,利用Orcaflex动力学分析和疲劳分析,确定满足平台最大漂移、疲劳寿命和最大应力要求且浮筒埋置水深和平台跨距尽可能小的配置作为自由站立式立管的最优配置。结果表明,在该目标油田,该配置满足了刚性主管的疲劳寿命以及最大应力要求,且便于自由站立式立管安装。

关键词：自由站立式立管理论模型虚功原理 Newton-Raphson Orcaflex 最优配置

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基于大数据的油气田地面管线寿命分析与研究

基于大数据的油气田地面管线寿命分析与研究

作者：张航远中国石油大学(北京)

学位级别：硕士

油气管道完整性管理历来是一个数据积累量庞大的领域,近年来大数据技术的兴起给管道完整性评价技术提供了新的发展思路。多维度的管线数据类型、多年的历史数据样本累积、明晰的问题定义为油气管线寿命分析提供了绝佳的大数据分析场景... 详细信息

油气管道完整性管理历来是一个数据积累量庞大的领域,近年来大数据技术的兴起给管道完整性评价技术提供了新的发展思路。多维度的管线数据类型、多年的历史数据样本累积、明晰的问题定义为油气管线寿命分析提供了绝佳的大数据分析场景。本文基于模式识别与机器学习某些相关方法系统性地开展了一系列研究工作,探究大数据在油气田地面管线检测领域的应用模式。主要包含以下几个方面:首先,本文针对油气田地面管线寿命分析与大数据相关的关键技术进行了系统性研究。阐述了管道完整性数据采集技术以及管理模式,研究了课题涉及的机器学习和模式识别算法,其中包括了集成学习方法中的Boosting和Bagging算法。同时,本文针对下一代油气管道大数据系统架构,也做了大数据架构的流批统一和趋于一体化的研究。其次,本文对采集到的数据进行了数据质量评估,针对管道各类缺陷特征进行描述,在此基础上建立了一系列管道寿命分析模型。建立的模型包括单一模型（多元线性回归、最小风险贝叶斯决策方法、多分类非线性SVM、BP神经网络）和集成模型（梯度提升树、随机森林）。本文从理论推导、算法设计、模型训练和结果评估系统地建立了模型,给出了关键算法步骤,准确预测出管道检测年限。从结果来看,单一模型中基于朴素贝叶斯的最小风险决策模型表现最优,准确率为91.86%,集成模型中梯度提升树准确率略优于随机森林,两者均表现出良好的性能,准确率达到了99.7%。对比来看,集成学习方法对数据集内部的拟合能力远高于一般的模式识别方法,为工程应用中算法模型的选型提供了思路。最后,本文设计了数据清洗、分布式学习和实时查询一体化的大数据架构。将各类数据从外部数据源导入大数据系统中,实现数据对齐与清洗,支撑外部数据源与大数据平台之间的数据交互,服务于后续的分布式计算、分析和查询过程。

关键词：大数据管道完整性寿命预测机器学习集成学习分布式

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基于视觉的油气田四足机器人步态规划研究

基于视觉的油气田四足机器人步态规划研究

作者：刘凯书中国石油大学(北京)

学位级别：硕士

随着国内对油气资源需求量不断上升,油气田建设也在逐步发展,为提高油气田建设的智能化水平,巡检任务逐渐由巡检机器人所代替,四足机器人相比于其他巡检机器人具有优越的越障能力及运动能力,但其却有着较为复杂的运动控制及需要具备对... 详细信息

随着国内对油气资源需求量不断上升,油气田建设也在逐步发展,为提高油气田建设的智能化水平,巡检任务逐渐由巡检机器人所代替,四足机器人相比于其他巡检机器人具有优越的越障能力及运动能力,但其却有着较为复杂的运动控制及需要具备对环境的动态感知能力,相关基础研究比较薄弱、不完善。因此本文将以四足机器人的运动控制及环境感知作为研究对象,针对油气田站场多楼梯、斜坡、崎岖地形的复杂环境,建立一套基于运动学、稳定运动控制、环境感知及落脚点优化的控制系统,提高机器人的越障能力及油气田的智能化水平。首先,利用D-H坐标系法进行正运动学分析,利用解析式法进行逆运动学分析,通过齐次变化矩阵建立基于机身的整体坐标系,利用旋转矩阵建立四足机器人的位姿控制矩阵,分析四足机器人在世界坐标系中机身移动关系,确定四足机器人旋转和斜向的全向运动矩阵描述方法。其次,明确复合摆线和三次多项式两种轨迹所存在的不足,从仿生学角度,在五次多项式基础上,引入抬腿后摆、落地回缩的生物特征,研究基于零冲击的五次多项式轨迹。为保证四足机器人的稳定性,研究基于模型预测控制(MPC)对机身姿态角控制的方法,并在两自由度的摆动平台仿真环境下进行验证。通过基于质心主动补偿的位姿稳定性控制策略实现对机身扭转现象的抑制。提出基于足端落地检测的坡面角度估计算法,采用绝对差值中位数法(MAD)并对估计角度进行相关异常值滤波。在仿真环境下验证四足机器人对坡度场景的自适应能力。再次,为实现四足机器人对环境的动态感知能力,采用深度相机作为主要传感器,进行全局点云地图及局部点云地图构建。对高程值进行分析,构建以四足机器人为中心的栅格高程图。明确环境几何地形的描述方法及计算方法,并以此创建地形可通过性函数,完成落脚点优化策略,并在仿真环境下完成对钢制楼梯的攀爬验证。最后,在实物样机上对相关算法进行验证,测试结果表明转向运动、横向运动、高度调节等全方位运动、基于模型预测控制的运动控制策略对摆动平台的平衡适应能力、基于坡度估计的斜坡自适应能力、以机器人为中心的点云地图及高程地图的构建能力等在实物样机上也具有适用性。

关键词：油气田足端轨迹规划模型预测控制栅格高程图落脚点优化

非线性附加质量和流体阻尼对涡激振动的耦合影响研究

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非线性附加质量和流体阻尼对涡激振动的耦合影响研究

作者：雍倩文中国石油大学(北京)

学位级别：硕士

海洋立管系统是海洋石油钻采装备中的重要组成部分,海底的油藏经采油树、防喷器、海洋立管等装置传输到FLNG或者穿梭游轮,立管还可以用于前期开采,作为钻井工具使用。海流经过立管时会在立管的两侧产生涡脱现象,从而使立管受到波动的力... 详细信息

海洋立管系统是海洋石油钻采装备中的重要组成部分,海底的油藏经采油树、防喷器、海洋立管等装置传输到FLNG或者穿梭游轮,立管还可以用于前期开采,作为钻井工具使用。海流经过立管时会在立管的两侧产生涡脱现象,从而使立管受到波动的力而发生振动,把这种现象称为涡激振动。涡激振动会造成立管的疲劳破坏,因而准确的预测涡激振动的预报模型能够对立管服役寿命的评估提供一定的工程参考价值。调研了国内外对涡激振动时域与频域内的研究方法,并且了解到国内外学者研究涡激振动时将附加质量系数与流体阻尼取为定值,针对涡激振动参数的准确取值问题展开了尾流阵子模型法推导与实验研究。理论推导出平均顶张力与约化速度的关系,并与经典实验数据对比分析。通过GITT(广义积分变换法)来解耦立管的振动方程与尾流振子方程,将实验研究获得的非线性附加质量和流体阻尼的变化趋势带入解耦后的方程,分析其对参数激励下立管模型涡激振动的影响。实验研究中在波流水槽中搭建海洋立管缩比模型,选用有效长度为1.2m,长细比为1000的PVC管材制作立管模型,两端铰连接。在立管模型表面的横流向(CF)与顺流向(IL)均匀粘贴两条光纤光栅传感器串,采用高精度波纹管称重传感器测量流体力,采用S型拉力传感器配合弹簧测量顶张力。采集的振动信号在MATLAB中经契比雪夫滤波,模态分析法,积分法等一系列处理,得出实验相关参数。通过水槽实验研究了约化速度、立管顶部张紧力、立管质量比分别对附加质量系数与流体阻尼的影响,分析涡激振动的振幅比、频率比、模态等特征参数来确定这两个参数对涡激振动的影响。实验证明附加质量系数和流体阻尼均为非线性参量;附加质量系数除了与约化速度有关,还和质量比、顶张力有关,顶张力会影响附加质量曲线的零点。流体阻尼与约化速度、振幅比有关,与质量比、顶张力的关系不明显。在有限元软件ANSYS中的CFX流体模块模拟圆柱绕流,针对不同流速、不同质量比、雷诺数,得出了涡街释放云图与立管升力系数曲线,计算数值模拟下的立管的附加质量与流体阻尼关系曲线,与理论研究进行对比研究。

关键词：涡激振动流固耦合实验研究数值模拟积分法广义积分变换法

缓波形立管安装过程中的力学分析及交互式仿真研究

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缓波形立管安装过程中的力学分析及交互式仿真研究

作者：柳依何中国石油大学(北京)

学位级别：硕士

深海蕴含着丰富的油气资源,缓波形立管是海洋油气开发过程的重要组成部分,缓波形立管的铺设安装更是立管系统建设的关键环节。由于受复杂多变的海洋环境与铺设参数的影响,导致缓波形立管在铺设安装过程中的力学性质发生改变,因此对缓波... 详细信息

深海蕴含着丰富的油气资源,缓波形立管是海洋油气开发过程的重要组成部分,缓波形立管的铺设安装更是立管系统建设的关键环节。由于受复杂多变的海洋环境与铺设参数的影响,导致缓波形立管在铺设安装过程中的力学性质发生改变,因此对缓波形立管安装过程进行力学分析具有重要的理论意义和应用价值。本文主要的研究内容包括:(1)基于虚功原理建立缓波形立管安装过程的力学模型,采用有限差分与Newton-Raphson算法分别进行力学模型的离散与迭代求解,在MATLAB中编写力学模型求解与数据处理程序。将程序计算的结果与Orcaflex计算结果进行对比验证,证实了程序的准确性与合理性。(2)针对缓波形立管关键参数对其安装过程力学响应产生的影响进行分析。关键参数包括浮力因子、浮筒长度、浮筒起始位置、海流流速及海流方向,立管的力学响应研究主要包括立管的形态、弯矩、剪力以及张力。结果表明,浮力因子与浮筒长度的增加可减小顶部张力,浮筒起始位置的改变对立管弯矩基本无影响,但会影响顶部张力的大小,顺流安装对立管形态改变影响不大,但会增加立管顶部张力,逆流安装时立管形态改变较大,但顶部张力会有所下降。(3)使用有限元软件Orcaflex对缓波形立管安装过程进行动态响应分析。详细研究了一级至五级波浪下以及浪流联合作用下缓波形立管的力学响应,基于立管规范API RP 2RD与DNV OS F101进行了缓波形立管安装强度分析与强度校核。结果表明,当无外流仅有波浪单独作用时,波浪角为90°时,立管的有效张力、最大弯曲应力与最大等效应力最大,最大弯曲应力与最大等效应力产生位置位于浮子段处。当波浪流联合作用时,波浪角为90°、流向为0°时,立管顶部张力最大,当波浪角为90°,流向为180°时,最大弯曲应力与最大等效应力最大。(4)将建立的力学模型与虚拟现实技术相融合,基于Unity 3D平台开发海洋立管力学分析软件及交互式虚拟仿真系统,实现了Unity 3D与MATLAB之间的数据交互传输功能,将MATLAB的计算结果在系统中进行可视化展示。系统包含模型库、力学分析、场景布局及漫游三大功能模块,该系统可实现海洋立管力学分析、海洋油气生产布局场景的快速搭建及可视化漫游功能。

关键词：缓波形立管安装力学分析 Unity3D 虚拟仿真

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考虑海床-外流-浮体作用下的立管动力分析

考虑海床-外流-浮体作用下的立管动力分析

作者：韦德胜中国石油大学(北京)

学位级别：硕士

随着海洋油气资源的开发向极深、极远以及极地推进,海洋管道作为运输油气的重要装备,其在这种极端恶劣的海洋环境中的安全问题已经备受研究人员关注。海洋管道会受到波浪、海流、顶端船体或平台运动等因素的影响。本文从立管相互作用的... 详细信息

随着海洋油气资源的开发向极深、极远以及极地推进,海洋管道作为运输油气的重要装备,其在这种极端恶劣的海洋环境中的安全问题已经备受研究人员关注。海洋管道会受到波浪、海流、顶端船体或平台运动等因素的影响。本文从立管相互作用的角度,研究海洋管线在复杂海床地形,复杂外流以及恶劣的环境引起顶端船体或平台运动激励下立管的动力响应问题。(1)基于非线性海床-立管相互作用机理,对相互作用的四个过程进行详细的探讨,同时对非线性海床参数的敏感性进行分析;同时研究在非线性海床约束下立管的侧向运动以及屈曲分析。通过Abaqus采用小参数摄动法对高温条件下立管屈曲问题进行分析,得出立管的屈曲模式。在特征值屈曲分析基础上,将分析步改为隐式动力学,对立管施加温度载荷得出侧向屈曲形态;同时研究海流作用下立管整体非线性屈曲分析。(2)研究初始沟槽、不规则海床存在对立管力学特性的影响。利用Orcaflex构造不同深度的初始沟槽以及剖面极不规则的海床。结果表明:对比平台海床当存在初始沟槽时,立管的触地点最大弯矩与最大剪力都减小。(3)不同外部流型对悬链线立管的力学特性研究。外部流型为:真实海流不同流速、剪切流、内波流动以及不同来流载荷入射角。力学特性包括SCR的整体变化形态、张力、剪力和弯矩。结果表明:弯矩和剪力变化趋势始终保持一致;不同流速作用对立管的力学响应影响不大;而不同来流入射角对立管的整体形态影响较大,弯矩和最大张力都呈现减小的趋势。(4)针对某目标油田的环境参数,计算出极端工况下上部浮式平台的RAOs数据作为边界条件,研究上部浮体激励对立管的影响。研究表明:当加载浮体的RAOs后,立管的水平方向与侧向都呈现简谐运动的规律。且全部加载浮体6个自由度的运动振幅为单独加载surge和heave两个自由度所产生的振幅之和。而在触地点受到海床的土反力,剪力因此出现极值。从总体看,剪力、轴向张力和弯矩数值相比较来看,剪力比张力小很多,对管道应力影响很小。但是在极端工况下立管的形态变化较大,同时在井口连接处出现剪力的极值。

关键词：非线性海床管土相互作用复杂外流浮体运动 Orcaflex