一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的油井故障診斷方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行抽油機(jī)井工況診斷方法。一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的油井故障診斷方法，其步驟在于：步驟1：通過(guò)載荷和位移傳感器獲取示功圖位移和載荷數(shù)據(jù)，并通過(guò)遠(yuǎn)程RTU光桿模塊將上述數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)庫(kù)；步驟2：對(duì)上述數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息進(jìn)行以下處理，獲得特征向量；步驟3：構(gòu)建徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行判斷。本發(fā)明克服了單純依靠圖形幾何特征作為判斷依據(jù)的盲目性和不確定，能夠提高診斷的準(zhǔn)確率，滿足生產(chǎn)實(shí)踐要求。
【專利說(shuō)明】一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的油井故障診斷方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行抽油機(jī)井工況診斷方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)前，有桿抽油技術(shù)在國(guó)內(nèi)普遍應(yīng)用，有桿泵抽油井占我國(guó)油井的絕大多數(shù)，因 此，在生產(chǎn)中，及時(shí)判明有桿抽油系統(tǒng)故障并采取適當(dāng)措施加以排除，對(duì)于生產(chǎn)單位降低成 本，提高效益具有十分重大的意義。通過(guò)抽油機(jī)井示功圖進(jìn)行系統(tǒng)工況分析，是當(dāng)前油井工 況診斷的主要手段。
[0003] 目前，進(jìn)行示功圖解釋的方法可以歸結(jié)人工判別方法、有桿泵抽油井故障診斷專 家系統(tǒng)和模式識(shí)別系統(tǒng)。人工解釋受到技術(shù)人員經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)水平的極大制約，解釋結(jié)果因 人而異，而且利用人工解釋示功圖，每天能夠解釋的數(shù)量極為有限，對(duì)于油井存在的問(wèn)題不 能及時(shí)察覺(jué)，往往造成比較大的損失，已不能滿足油田正常生產(chǎn)的需要；已經(jīng)投入使用的故 障診斷專家系統(tǒng)，由于其本身的建立常會(huì)受到知識(shí)和信息獲取的制約，僅能處理單一領(lǐng)域 知識(shí)范疇的符號(hào)推理，當(dāng)抽油機(jī)發(fā)生故障時(shí)，若系統(tǒng)知識(shí)不全面，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不充足，那么很 可能對(duì)故障只做表面分析或根本做不出有效正確的判斷；在當(dāng)前的示功圖故障診斷中，也 引入了一些模式識(shí)別方法，其主要思路是根據(jù)示功圖圖形特征來(lái)判別故障類型，但此種方 法存在不能精確區(qū)分圖形之間的微小差別的缺點(diǎn)，如某些故障的示功圖的幾何特征幾乎相 同，這時(shí)此種方法很難做出準(zhǔn)確判斷，往往會(huì)造成對(duì)抽油機(jī)井工況的誤判。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的提供一種適應(yīng)性好、簡(jiǎn)單，且能夠?qū)Τ橛蜋C(jī)井實(shí)現(xiàn)連續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)控，準(zhǔn) 確度高的一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的油井故障診斷方法。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案在于： 一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的油井故障診斷方法，其所述的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為三層，分別為輸入層、隱 含層以及輸出層；其中，輸入層與隱含層之間的連接為連接權(quán)值為1的連接；隱含層連接輸 出層；其步驟在于： 步驟1 :通過(guò)載荷和位移傳感器獲取示功圖位移和載荷數(shù)據(jù)，并通過(guò)遠(yuǎn)程RTU光桿模塊 將上述數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)庫(kù)； 步驟2 :對(duì)上述數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息進(jìn)行以下處理，獲得特征向量； 2-1 :提取示功圖位移和載荷數(shù)據(jù)的中心矩，并進(jìn)行歸一化； 2-2 :利用上步經(jīng)過(guò)歸一化處理的中心距，構(gòu)造不變矩； 2-3:對(duì)上述不變矩進(jìn)行修正，以調(diào)整其取值范圍為[0, 45]; 2-4 :計(jì)算得到泵效及上下沖程實(shí)測(cè)載荷與理論載荷偏差； 2-5 :對(duì)上述（3)式修正后的不變矩以及（4)式獲得的泵效、上下沖程實(shí)測(cè)載荷與理論 載荷偏差進(jìn)行歸一化，將其取值范圍限制在[0, 1]之間； 步驟3 :構(gòu)建徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)： (1) 選取步驟2中歸一化的不變矩、泵效以及上下沖程實(shí)測(cè)載荷與理論載荷偏差作為 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入特征向量； (2) 隱含層節(jié)點(diǎn)定義如下：

【權(quán)利要求】
1. 一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的油井故障診斷方法，其特征在于：其所述的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為三層， 分別為輸入層、隱含層以及輸出層；其中，輸入層與隱含層之間的連接為連接權(quán)值為1的連 接；隱含層連接輸出層；其步驟在于： 步驟1 :通過(guò)載荷和位移傳感器（1)獲取示功圖位移和載荷數(shù)據(jù)，并通過(guò)遠(yuǎn)程RTU機(jī)柜 (2)將上述數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)庫(kù)； 步驟2 :對(duì)上述數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息進(jìn)行以下處理，獲得特征向量； 2-1 :提取示功圖位移和載荷數(shù)據(jù)的中心矩，并進(jìn)行歸一化； 2-2 :利用上步經(jīng)過(guò)歸一化處理的中心距，構(gòu)造不變矩； 2-3:對(duì)上述不變矩進(jìn)行修正，以調(diào)整其取值范圍為[0, 45]; 2-4 :計(jì)算得到泵效及上下沖程實(shí)測(cè)載荷與理論載荷偏差； 2-5 :對(duì)上述（3)式修正后的不變矩以及（4)式獲得的泵效、上下沖程實(shí)測(cè)載荷與理論 載荷偏差進(jìn)行歸一化，將其取值范圍限制在[〇, 1]之間； 步驟3 :構(gòu)建徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)： (1) 選取步驟2中歸一化的不變矩、泵效以及上下沖程實(shí)測(cè)載荷與理論載荷偏差作為 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入特征向量； (2) 隱含層節(jié)點(diǎn)定義如下：
式中，k=l，2，…..m，Ckt為RBF函數(shù)的中心向量Ck的第i個(gè)分量， 隱含層隨機(jī)從輸入特征向量中選取隱含層節(jié)點(diǎn)的中心，為并對(duì)輸入向量進(jìn)行非線性傳 遞：
通過(guò)隱含層到輸出層的線性映射獲取輸出向量：
(3) 通過(guò)對(duì)輸出向量進(jìn)行0-1判斷，獲得診斷結(jié)果。
2. 如權(quán)利要求1所述一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的油井故障診斷方法，其特征在于：2-1中提取 示功圖位移和載荷數(shù)據(jù)的中心矩的方法為：對(duì)于由數(shù)字組成的示功圖位移和載荷數(shù)據(jù)，假 定其邊緣曲線是由N個(gè)離散的點(diǎn)組成，S卩（Xpy i)，i=l，2，…N;它的p+q階矩mM將被定義 為：
式中，Xi代表橫坐標(biāo)(位移）;yi代表縱坐標(biāo)(載荷）;i代表了曲線邊緣的第i個(gè)離散點(diǎn)； N是離散點(diǎn)個(gè)數(shù)；Λ Ii是相鄰點(diǎn)間的直線距離；其表達(dá)式為
因此，可以得到圖形相應(yīng)的p+q階中心矩為：
其中：
，點(diǎn)（&力是圖形重心坐標(biāo)。
3. 如權(quán)利要求1所述一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的油井故障診斷方法，其特征在于：所述2-1 中歸一化處理公式為：
其中，I.· = /?上 g + 1。
4. 如權(quán)利要求1所述一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的油井故障診斷方法，其特征在于：2-3中對(duì)上 述不變矩進(jìn)行修正的修正公式為：
5. 如權(quán)利要求1所述一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的油井故障診斷方法，其特征在于：2-4中泵效 的計(jì)算公式為：
上沖程實(shí)測(cè)載荷與理論載荷偏差計(jì)算公式為：
下沖程實(shí)測(cè)載荷與理論載荷偏差計(jì)算公式為：
6. 如權(quán)利要求1所述一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的油井故障診斷方法，其特征在于：2-5中不變 矩的歸一化處理公式為：
【文檔編號(hào)】E21B47/008GK104234695SQ201410427303
【公開(kāi)日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月27日
【發(fā)明者】王香增, 馮博, 陶紅勝, 趙亞杰, 申峰, 高慶華 申請(qǐng)人:陜西延長(zhǎng)石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司研究院