[發(fā)明專利]一種有桿泵抽油井故障分離方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710260900.3
• 申請日: 2017-04-20
• 公開（公告）號: CN106930751B
• 公開（公告）日: 2020-02-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高憲文;王明順;魏晶亮;張平;鄭博元;張遨;張佳奇;劉俊辰
• 申請（專利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類號: E21B47/009
• 分類號: E21B47/009;G06K9/46;G06K9/62
• 代理公司: 21234 沈陽優(yōu)普達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙)
• 代理人: 俞魯江

1.一種有桿泵抽油井故障分離方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：采集l個已知故障類型的有桿泵抽油井地面示功圖和u個未知故障類型的有桿泵抽油井地面示功圖；

步驟2：將l+u個有桿泵抽油井地面示功圖轉(zhuǎn)化為井下泵示功圖；

步驟3：采用小波矩的特征提取方法對有桿泵抽油井井下的泵示功圖進(jìn)行特征提取；

步驟3.1：對l+u個有桿泵抽油井井下泵示功圖進(jìn)行歸一化處理；

步驟3.2：對歸一化后的懸點載荷位移進(jìn)行極坐標(biāo)變換；

x＝rcosθ

y＝rsinθ

步驟3.3：通過對極角θ積分來計算徑向函數(shù)S_q(r)，計算式為：

S_q(r)＝∫f(r,θ)e^jqθdθ

式中r為極徑，θ為極角，q表示泵示功圖在第q頻域的特征，表達(dá)式為：

f(rcosθ,rsinθ)＝f(x,y)0≤θ≤2π

步驟3.4：計算泵示功圖的小波矩W_m,n,q，計算式為：

W_m,n,q＝||∫S_q(r)ψ_m,n(r)rdr||

式中，ψ_m,n(r)為徑向小波基函數(shù)，m是尺度指數(shù)，n是位移指數(shù)；

步驟4：采用基于流形正則化的半監(jiān)督核極限學(xué)習(xí)機(jī)算法對提取的標(biāo)記和未標(biāo)記泵示功圖特征向量進(jìn)行分類，完成有桿泵抽油井的故障分離；

步驟4.1：對于少部分已知故障類型和正常工況的泵示功圖特征向量，通過專家和現(xiàn)場工人的經(jīng)驗進(jìn)行標(biāo)記，使其具有類標(biāo)簽，這類特征數(shù)據(jù)表示為：

而大部分直接采集到的未經(jīng)過標(biāo)記的泵示功圖的特征向量表示為：

式中，l和u為標(biāo)記和未標(biāo)記的樣本個數(shù)，t_i∈{1,2,...,s},i＝1,...,l，其中s是故障類型；

步驟4.2：確定核函數(shù)映射κ(x_i,x_j)，極限學(xué)習(xí)機(jī)隱層節(jié)點N，并隨機(jī)生成隱層節(jié)點的參數(shù)(a_i,b_i),i＝1,2,...,N；

步驟4.3：計算核矩陣K_ELM＝HH^T，H表示隱層輸出矩陣，具體形式如下：

其中，h(x)為極限學(xué)習(xí)機(jī)的激勵函數(shù)，是隱層相對于樣本的輸出，通常作為一個非線性的特征映射，當(dāng)h(x)未知時，采用核矩陣映射K_ELM代替；l+u為已知和未知故障類型的示功圖數(shù)量之和；

步驟4.4：計算拉普拉斯矩陣L，計算式如下：

L＝D-W

式中，D是對角矩陣表示為：W是邊緣權(quán)矩陣W_ij表示標(biāo)記數(shù)據(jù)與未標(biāo)記數(shù)據(jù)之間的相似程度，采用高斯核映射：

步驟4.5：計算輸出權(quán)重β，計算式如下：

步驟4.6：計算半監(jiān)督核極限學(xué)習(xí)機(jī)的網(wǎng)絡(luò)輸出f(x)，計算式如下：

κ(x_i,x_j)為核函數(shù)映射，C為常數(shù)，J是用來區(qū)分標(biāo)記數(shù)據(jù)和未標(biāo)記數(shù)據(jù)的懲罰系數(shù)矩陣；

所述的步驟4.5按以下步驟執(zhí)行：

步驟4.5.1：表示出(l+u)×c訓(xùn)練目標(biāo)矩陣所述計算式如下：

為標(biāo)記數(shù)據(jù)集的目標(biāo)矩陣，為加入未標(biāo)記數(shù)據(jù)之后的訓(xùn)練目標(biāo)矩陣；

步驟4.5.2：考慮到平衡經(jīng)驗風(fēng)險和學(xué)習(xí)函數(shù)f(x)的復(fù)雜性之間的關(guān)系，訓(xùn)練誤差最小化為：

式中，β是輸出權(quán)重，ε_i是訓(xùn)練誤差，λ是懲罰系數(shù)，tr是正則化矩陣F的跡；

步驟4.5.3：將網(wǎng)絡(luò)輸出的表達(dá)式F＝Hβ代入上式，得到：

式中，J是用來區(qū)分標(biāo)記數(shù)據(jù)和未標(biāo)記數(shù)據(jù)的懲罰系數(shù)矩陣，所述表達(dá)式為：

J(i,i)＝1,i＝1,2,...,n,J(i,j)＝0,i≠j

步驟4.5.4：問題變?yōu)闊o約束優(yōu)化問題之后，就可以計算出網(wǎng)絡(luò)的輸出權(quán)重β；

步驟5：根據(jù)最優(yōu)解f(x)來確定該示功圖的故障信息：

式中，f_i為樣本點x_i的預(yù)測類標(biāo)簽。