石油鉆井鉆柱在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及故障診斷方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于石油鉆井監(jiān)測(cè)技術(shù)，特別涉及石油鉆井過(guò)程中鉆具監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其故障 診斷方法。 技術(shù)背景
[0002] 目前，國(guó)內(nèi)對(duì)鉆具鉆進(jìn)過(guò)程中可能發(fā)生的工程事故進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，主要是通過(guò)測(cè) 量與分析各種鉆進(jìn)工程參數(shù)的異常變化來(lái)完成，其測(cè)試系統(tǒng)精確度不高并大部分只能將測(cè) 量的數(shù)據(jù)前后比較依照人工經(jīng)驗(yàn)來(lái)診斷出可能發(fā)生的故障，這種方法不僅效率低，而且準(zhǔn) 確度不高，容易造成誤判。因此提出一種能及時(shí)、準(zhǔn)確、可靠的監(jiān)測(cè)鉆具鉆進(jìn)狀態(tài)的系統(tǒng)，能 夠在第一時(shí)間對(duì)鉆具鉆進(jìn)時(shí)發(fā)生的異常情況作出報(bào)警并準(zhǔn)確地診斷出鉆具發(fā)生的故障十 分必要，有利于避免因鉆具異常引發(fā)安全事故的發(fā)生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種石油鉆井鉆柱在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及故障診斷方法，可針對(duì)鉆 具在鉆進(jìn)過(guò)程中的異常情況及時(shí)報(bào)警并進(jìn)行故障診斷，提高解決工程異常問(wèn)題的效益，有 效避免危險(xiǎn)事故的發(fā)生。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：石油鉆井鉆柱在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征是，包括PCB板、上位 機(jī)以及分別與鉆柱連接的扭矩傳感器和加速度傳感器，扭矩傳感器和加速度傳感器又分別 與PCB板連接，并將采集到的扭矩信號(hào)和振動(dòng)信號(hào)輸送給PCB板，PCB板將預(yù)處理過(guò)的數(shù)據(jù) 通過(guò)藍(lán)牙模塊與上位機(jī)進(jìn)行通訊。
[0005] 所述扭矩傳感器是由兩片雙向應(yīng)變片制作而成的應(yīng)變式扭矩傳感器，應(yīng)變片貼在 長(zhǎng)方形金屬箔膜上，金屬箔膜的邊長(zhǎng)與鉆柱周長(zhǎng)相等。
[0006] 所述扭矩傳感器的扭矩傳感器輸出地線和扭矩傳感器信號(hào)輸出線之間形成扭矩 輸出信號(hào)，并分別與PCB板相連。
[0007] 所述PCB板是以C8051F005單片機(jī)為核心的集成電路板，包括7. 2V轉(zhuǎn)5V電壓電 路、5V電壓轉(zhuǎn)12V電壓電路、5V電壓轉(zhuǎn)±5V電壓電路、扭矩信號(hào)放大電路、振動(dòng)信號(hào)偏置電 壓電路、鍵盤(pán)模塊電路、C8051R)05單片機(jī)及其外圍電路、報(bào)警模塊電路。
[0008] 所述加速度傳感器的Z軸信號(hào)輸出導(dǎo)線、Y軸信號(hào)輸出導(dǎo)線、X軸信號(hào)輸出導(dǎo)線分 別采集鉆柱的徑向、縱向和橫向的振動(dòng)信號(hào)，三根信號(hào)輸出導(dǎo)線分別與PCB板相連。
[0009] 所述藍(lán)牙模塊的輸入端設(shè)有藍(lán)牙模塊電源線、藍(lán)牙模塊地線、藍(lán)牙模塊數(shù)據(jù)下載 線及藍(lán)牙模塊數(shù)據(jù)輸出線，并分別與PCB板相連；其中藍(lán)牙模塊電源線和藍(lán)牙模塊地線均 為藍(lán)牙模塊的電源線，給藍(lán)牙模塊供電，藍(lán)牙模塊數(shù)據(jù)下載線和藍(lán)牙模塊數(shù)據(jù)輸出線的配 合工作使藍(lán)牙模塊能傳輸數(shù)據(jù)至上位機(jī)。
[0010] 所述上位機(jī)經(jīng)過(guò)IabView軟件設(shè)計(jì)的人機(jī)界面在線監(jiān)測(cè)鉆柱鉆進(jìn)的狀態(tài)。
[0011] 石油鉆井鉆柱在線故障診斷方法，其特征是基于自適應(yīng)動(dòng)態(tài)克隆選擇算法優(yōu)化 RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障診斷方法，具體的故障診斷方法如下：
[0012] 一、自適應(yīng)動(dòng)態(tài)克隆選擇算法優(yōu)化RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的中心點(diǎn)和寬度參數(shù)，最小二 乘法確定隱含層和輸出層之間的連接權(quán)值，具體步驟如下：
[0013] 1:數(shù)據(jù)歸一化處理
[0014] RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)要求輸入的數(shù)據(jù)位于區(qū)間[0，1]，否則傳遞函數(shù)無(wú)法處理，因此將輸 入的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，設(shè)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)中的最大值為X imax，最小值為ximin，ie (1，2, ···!!!)， 歸一化公式如下：
[0015]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種石油鉆井鉆柱在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征是，包括PCB板（7)、上位機(jī)（14)以及分別 與鉆柱連接的扭矩傳感器（1)和加速度傳感器（3)，扭矩傳感器（1)和加速度傳感器（3)又 分別與PCB板（7)連接，并將采集到的扭矩信號(hào)和振動(dòng)信號(hào)輸送給PCB板（7)，PCB板（7) 將預(yù)處理過(guò)的數(shù)據(jù)通過(guò)藍(lán)牙模塊（12)與上位機(jī)（14)進(jìn)行通訊。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油鉆井鉆柱在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征是，所述扭矩傳感器（1) 是由兩片雙向應(yīng)變片制作而成的應(yīng)變式扭矩傳感器，應(yīng)變片貼在長(zhǎng)方形金屬箔膜上，金屬 箔膜的邊長(zhǎng)與鉆柱周長(zhǎng)相等。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的石油鉆井鉆柱在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征是，所述扭矩傳感器 的扭矩傳感器輸出地線（2)和扭矩傳感器信號(hào)輸出線（13)之間形成扭矩輸出信號(hào)，并分別 與PCB板相連。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油鉆井鉆柱在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征是，所述PCB板（7)是 以C8051F005單片機(jī)為核心的集成電路板，包括7. 2V轉(zhuǎn)5V電壓電路、5V電壓轉(zhuǎn)12V電壓電 路、5V電壓轉(zhuǎn)±5V電壓電路、扭矩信號(hào)放大電路、振動(dòng)信號(hào)偏置電壓電路、鍵盤(pán)模塊電路、 C8051R)05單片機(jī)及其外圍電路、報(bào)警模塊電路。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油鉆井鉆柱在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征是，所述加速度傳感器 (3)的Z軸信號(hào)輸出導(dǎo)線（4)、Y軸信號(hào)輸出導(dǎo)線（5)、X軸信號(hào)輸出導(dǎo)線（6)分別采集鉆柱 的徑向、縱向和橫向的振動(dòng)信號(hào)，三根信號(hào)輸出導(dǎo)線分別與PCB板（7)相連。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油鉆井鉆柱在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征是，所述藍(lán)牙模塊（12) 的輸入端設(shè)有藍(lán)牙模塊電源線（8)、藍(lán)牙模塊地線（9)、藍(lán)牙模塊數(shù)據(jù)下載線（10)及藍(lán)牙模 塊數(shù)據(jù)輸出線（11)，并分別與PCB板相連；其中藍(lán)牙模塊電源線（8)和藍(lán)牙模塊地線（9)均 為藍(lán)牙模塊的電源線，給藍(lán)牙模塊供電，藍(lán)牙模塊數(shù)據(jù)下載線（10)和藍(lán)牙模塊數(shù)據(jù)輸出線 (11)的配合工作使藍(lán)牙模塊能傳輸數(shù)據(jù)至上位機(jī)（14)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油鉆井鉆柱在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征是，所述上位機(jī)（14)經(jīng) 過(guò)Iabview軟件設(shè)計(jì)的人機(jī)界面在線監(jiān)測(cè)鉆柱鉆進(jìn)的狀態(tài)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1-7中任意一項(xiàng)所述的石油鉆井鉆柱在線故障診斷方法，其特征是 基于自適應(yīng)動(dòng)態(tài)克隆選擇算法優(yōu)化RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障診斷方法，具體的故障診斷方法如 下： 一、自適應(yīng)動(dòng)態(tài)克隆選擇算法優(yōu)化RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的中心點(diǎn)和寬度參數(shù)，最小二乘法 確定隱含層和輸出層之間的連接權(quán)值，具體步驟如下： 1:數(shù)據(jù)歸一化處理 RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)要求輸入的數(shù)據(jù)位于區(qū)間[0,1]，否則傳遞函數(shù)無(wú)法處理，因此將輸入的 數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，設(shè)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)中的最大值為Ximax，最小值為ximin，i e (1，2,…m)，歸一