[發明專利]基于分層模糊系統的石油鉆井工程事故預警系統

無效

• 申請號: 200710055178.6
• 申請日: 2007-09-18
• 公開（公告）號: CN101118420A
• 公開（公告）日: 2008-02-06
• 發明（設計）人: 王杰;陳東海;朱曉東;李新;陳樹偉;侯艷偉;劉艷紅;馮冬青;王東署
• 申請（專利權）人: 鄭州大學;中國電子科技集團公司第二十二研究所
• 主分類號: G05B13/02
• 分類號: G05B13/02
• 代理公司: 鄭州異開專利事務所
• 代理人: 韓華

技術領域

本發明涉及一種多輸入物理變量的模糊推理模型在石油鉆井工程中的應用，尤其是涉及基于分層模糊系統的石油鉆井工程事故預警方法。

背景技術

石油鉆井是一項高風險、高耗資的系統工程，在鉆井施工過程中，存在著大量的模糊性、隨機性和不確定性問題，工程事故發生的可能性隨時存在，一旦發生將造成資金和時間上的巨大浪費和損失。石油鉆井工程事故的發生和發展是一個復雜的多因素過程，難以用經典的數學模型進行描述和預警；而且人們根據實踐和認知所建立的判別鉆井事故的經驗和知識也不能保證準確及時地進行預警。因此，利用模糊理論建立事故的推理模型既是描述石油鉆井工程事故的有效方法也是進行工程事故預警的基礎。石油鉆井工程事故預警系統是一個具有超大維輸入、輸出物理變量的不確定性系統，應用現有模糊理論時不可避免地會出現維數災問題：事故預警所依據的石油鉆井傳感器信息及其派生信息數量超過40個(M>40)，若每個輸入變量的模糊子集個數為7(N＝7)，事故(輸出)種類為10個(T＝10)，則預警系統的規則總數將達到S＝T*N^M＝10*7⁴⁰，這就是典型的“維數災”問題。因此，利用現有傳統的模糊理論對石油鉆井工程事故預警是不現實的。

發明內容

本發明目的在于提供一種適于工業應用的基于分層模糊系統的石油鉆井工程事故預警方法。

為實現上述目的，本發明可采取下述技術方案：

本發明所述的基于分層模糊系統的石油鉆井工程事故預警方法，它由下述步驟構成：

第一步、建立石油鉆井工程事故預警的模型數據庫：

數據來源于石油鉆井現場綜合錄井儀器采集的各種傳感器信號和派生參數，通過對長期積累的數據信息進行分析，，結合石油鉆井操作人員以及相關專家的經驗知識，建立石油鉆井工程事故預警模型數據庫；對石油鉆井的整個過程根據傳感器變化情況的邏輯組合關系以及鉆井過程規范確定不同的工作狀態，這些工作狀態相互之間具有不同的特性，可能發生事故的種類和傳感器變量征兆也各不相同；

第二步、建立石油鉆井工程事故預警的輸入變量：

根據第一步中模型數據庫中的信息，利用相應的傳感器采集數據，所采集的數據主要有：利用壓力傳感器采集大鉤負荷、立管壓力、套管壓力、扭矩等信號；利用溫度傳感器采集出入口的溫度信號；利用電導率傳感器采集出入口電導率的信號；利用流量傳感器采集出口流量信號；利用密度傳感器采集出入口密度信號；利用脈沖傳感器采集大鉤高度、泵沖、轉盤轉速信號；利用液位傳感器采集體積信號；利用硫化氫傳感器采集硫化氫氣體濃度信號；

第三步、分析輸入變量的特征信息

對第二步所確定的傳感器變量通過采用統計相關分析、小波變換、頻譜分析、時域分析方法確定傳感器變量在各個鉆井工作過程的波動幅度、波動頻率、變化率以及變化趨勢等特征信息；由這些信息將同一個傳感器變量根據其變化特征的不同分解為相應不同的中間特征變量；按照鉆井過程中的狀態依存與遞進關系，結合各種參數傳感器的實際測量結果，根據生產工藝的要求，將鉆井過程分為若干典型狀態，并將其個種對應的傳感器變量劃歸為所對應的狀態模型進行處理。對每一個鉆井狀態中的數據分解為穩態數據和暫態數據；對每一過程中的輸入變量信號進行AR模型濾波及其最小二乘優化、小波降噪濾波以及動態均值的計算，確定信號的正常變化范圍；

第四步、建立分層模糊系統的結構模型：

對第三步所確定的n個輸入變量x₁、x₂、……x_n，分別為事故預警系統中的特征輸入變量，各層的基本模糊單元均有兩個輸入變量，其中x₁、x₂作為第一層基本模糊單元的輸入，其輸出y₁以及第三個輸入變量x₃作為第二層基本模糊單元的輸入，其余各層以此類推；每一層均只有兩個輸入變量；

第五步、對第四步中確定的輸入變量進行區間映射和統一模型的分層模糊推理：

對第四步所確定的n個不同種類的輸入變量，通過對實際物理變量的統計分析，確定該輸入變量的變化范圍及變化特征，利用分析得到的映射關系，將這些輸入變量映射到統一的區間上，在此基礎上對分層模糊系統各層基本模糊單元進行統一模型的模糊推理；

第六步、確定石油鉆井工程事故預警系統輸出量：