一种基于声音识别的井下阀门控制系统和方法与流程

本发明属于岩石力学试验技术领域，具体涉及一种基于声音识别的井下阀门控制系统和方法。

背景技术：

水压致裂法地应力测试原理是利用一对可膨胀的橡胶封隔器，在预定的测试深度注压膨胀后封隔一段钻孔，然后泵入液体对该段钻孔施压致使岩体破裂，根据压裂过程曲线的压力特征值计算地应力。目前，传统的水压致裂法地应力测试管路系统多采用由钻杆升降控制阀门来切换注压通道的单管法(图1)，或者直接采用两条管路对橡胶封隔器和试验段分别进行加压的双管法(图2)。对于超深钻孔来说，采用钻杆升降控制的机械方法的单管法可靠度低，误操作多；采用油管绑扎于钻孔方式的双管法操作麻烦，另外受钻孔和钻杆间隙的的限制，对于孔径较小或者直径较大的绳取钻杆，双管法是不可适用的。

因此，为了克服传统机械控制的单管法的不足，我们提出一种基于声音识别的井下阀门控制系统和方法，以解决上述背景技术中提到的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于声音识别的井下阀门控制系统和方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

本发明公开的一种基于声音识别的井下阀门控制系统和方法是将具有声音识别功能的电路系统置于井下控制同时控制工作两个状态正好相反的电磁阀(一个常开电磁阀，一个常闭电磁阀)实现对地应力测试系统井下阀门的控制和转换。

一种基于声音识别的井下阀门控制系统，包括：控制信号声音生成系统、声音采集系统、声音信号处理模块、特征提取模块、声音识别模块、触发模块、延时模块、管路切换模块；

所述控制信号声音生成系统用于控制信号声音生成，将重锤猛击钻杆发生的声音作为管路系统转换的信号和启动源，该声音特征明显，避免了试验区机械振动噪音产生的误操作；

所述声音采集系统用于采集由钻杆传递至井底的声音数据，并进行模数转换；

所述声音信号处理模块和特征提取模块分别用于对声音采集模块发送过来的数据进行各种处理并提取相应特征；

所述声音识别模块用于将声音信号处理模块和特征提取模块发送过来的特征与数据库中存储的正常重锤猛击钻杆发生的声音特征进行比对，计算其相似度，以确定是否为阀门控制信号；

所述触发模块用于当采集声音数据特征与数据库中存储的正常重锤猛击钻杆发生的声音特征相符时，产生触发信号，同时使得两个状态正好相反的电磁阀进行转换，并启动延时模块计时，当延时模块计时结束，转换电磁阀工作状态至原状；

所述延时模块的设定延时计时为20分钟，当两个状态正好相反的电磁阀进行转换后，利用此20分钟完成试验段的压裂测试。

本发明还提供了一种基于声音识别的井下阀门控制系统的控制方法，具体包括以下步骤：

s1、设定检测声音能量阈值，当环境声音能量大于阈值时进行声音采集，

s2、采集重锤猛击钻杆发生的声音，对其进行模数转换后，提取其声音特征，并将其存储于数据库中，作为目标声音特征；

s3、将控制系统连同组装完成的地应力设备置于指定测试深度，此时电磁阀1的阀门开启，电磁阀2的阀门关闭，加压泵通过钻杆经电磁阀1向橡胶封隔器注压，橡胶封隔器膨胀形成一段封闭的孔段；

s4、重锤猛击钻杆，声音经钻杆传递至井下，启动声音采集模块采集声音，经信号处理和特征提取模块分析其声音特征，并于目标声音特征比对一致，触发阀门工作状态装换，此时电磁阀1的阀门关闭，电磁阀2的阀门开启，延时模块计时开始；

s5、通过钻杆对试验段进行压裂测试，记录其压力时间数据，试验一般在15分钟内结束；

s6、延时模块计时结束，触发装置将阀门工作状态还原，此时电磁阀1的阀门开启，电磁阀2的阀门关闭，橡胶封隔器经钻杆将内部高压液体进行泄压，橡胶封隔器缩回原状接触试验段分隔状态；

s7、将设备移至其它测段继续测试。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供的一种基于声音识别的井下阀门控制系统和方法，本发明能充分挥发钻杆能传递声音的特性，利用声音识别技术对井下阀门进行控制转换，保留了单管法测试装备结构紧凑的特点，避免了其可靠度低，误操作多的不足。可以实现对深钻孔进行简单方便、有效可靠的测试。

利用声音识别技术突破了传统装置及测试方法服传统机械控制的单管法的可操作性的不足，双管法适用性差和工艺复杂的缺点，实现对深钻孔进行简单方便、有效可靠的测试。

附图说明

图1为采用由钻杆升降控制阀门来切换注压通道的单管法示意图；

图2为采用两条管路对橡胶封隔器和试验段分别进行加压的双管法示意图；

图3为本发明示意图。

具体实施方式

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，本领域普通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。

请参阅图3，实施例如下：

一种基于声音识别的井下阀门控制系统，包括：控制信号声音生成系统、声音采集系统、声音信号处理模块、特征提取模块、声音识别模块、触发模块、延时模块、管路切换模块；

所述控制信号声音生成系统用于控制信号声音生成，将重锤猛击钻杆发生的声音作为管路系统转换的信号和启动源，该声音特征明显，避免了试验区机械振动噪音产生的误操作；

所述声音采集系统用于采集由钻杆传递至井底的声音数据，并进行模数转换；

所述声音信号处理模块和特征提取模块分别用于对声音采集模块发送过来的数据进行各种处理并提取相应特征；

所述声音识别模块用于将声音信号处理模块和特征提取模块发送过来的特征与数据库中存储的正常重锤猛击钻杆发生的声音特征进行比对，计算其相似度，以确定是否为阀门控制信号；

所述触发模块用于当采集声音数据特征与数据库中存储的正常重锤猛击钻杆发生的声音特征相符时，产生触发信号，同时使得两个状态正好相反的电磁阀进行转换，并启动延时模块计时，当延时模块计时结束，转换电磁阀工作状态至原状；

所述延时模块的设定延时计时为20分钟，当两个状态正好相反的电磁阀进行转换后，利用此20分钟完成试验段的压裂测试。

本发明还提供了一种基于声音识别的井下阀门控制系统的控制方法，具体包括以下步骤：

s1、设定检测声音能量阈值，当环境声音能量大于阈值时进行声音采集，

s2、采集重锤猛击钻杆发生的声音，对其进行模数转换后，提取其声音特征，并将其存储于数据库中，作为目标声音特征；

s3、将控制系统连同组装完成的地应力设备置于指定测试深度，此时电磁阀1的阀门开启，电磁阀2的阀门关闭，加压泵通过钻杆经电磁阀1向橡胶封隔器注压，橡胶封隔器膨胀形成一段封闭的孔段；

s4、重锤猛击钻杆，声音经钻杆传递至井下，启动声音采集模块采集声音，经信号处理和特征提取模块分析其声音特征，并于目标声音特征比对一致，触发阀门工作状态装换，此时电磁阀1的阀门关闭，电磁阀2的阀门开启，延时模块计时开始；

s5、通过钻杆对试验段进行压裂测试，记录其压力时间数据，试验一般在15分钟内结束；

s6、延时模块计时结束，触发装置将阀门工作状态还原，此时电磁阀1的阀门开启，电磁阀2的阀门关闭，橡胶封隔器经钻杆将内部高压液体进行泄压，橡胶封隔器缩回原状接触试验段分隔状态；

s7、将设备移至其它测段继续测试。

综上所述，与现有技术相比，本发明能充分挥发钻杆能传递声音的特性，利用声音识别技术对井下阀门进行控制转换，保留了单管法测试装备结构紧凑的特点，避免了其可靠度低，误操作多的不足。可以实现对深钻孔进行简单方便、有效可靠的测试。

利用声音识别技术突破了传统装置及测试方法服传统机械控制的单管法的可操作性的不足，双管法适用性差和工艺复杂的缺点，实现对深钻孔进行简单方便、有效可靠的测试。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。