石油鉆井過(guò)程井漏異常的預(yù)警技術(shù)研究.pdf

1、整個(gè)石油鉆井工程預(yù)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操作環(huán)境惡劣且工況多變，對(duì)鉆井過(guò)程中各工況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)控制與故障診斷是目前鉆井工程預(yù)警系統(tǒng)研究的重要方向；其中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采樣、處理、傳輸、野值點(diǎn)剔除、工況分類(lèi)等技術(shù)是系統(tǒng)故障檢測(cè)與診斷的核心技術(shù)。本文以核主元分析方法為理論基礎(chǔ)，以實(shí)現(xiàn)石油鉆井工程的自動(dòng)化預(yù)警為目的，通過(guò)建立多個(gè)核主元分析模型，完成鉆井過(guò)程的信息自動(dòng)獲取、特征量提取和故障診斷。
　　本文針對(duì)石油鉆井這一復(fù)雜的多工況過(guò)程，在所選取“

2、井漏事故”的故障點(diǎn)已知的情況下對(duì)工程預(yù)警系統(tǒng)的故障檢測(cè)與診斷進(jìn)行了深入研究。主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　（1）數(shù)據(jù)處理：從鉆井現(xiàn)場(chǎng)獲得的原始運(yùn)行數(shù)據(jù)中存在大量的過(guò)程變量，比如立管壓力、總池體積、出口流量等，彼此之間具有很強(qiáng)的相關(guān)性，所以必須對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理才能用于過(guò)程分析。對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理是數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)；野值點(diǎn)剔除算法主要是用來(lái)剔除數(shù)據(jù)中出現(xiàn)的孤立野值點(diǎn)和連續(xù)野值點(diǎn)，驗(yàn)證了以剔除率的拐點(diǎn)為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行滑動(dòng)窗口長(zhǎng)度自適應(yīng)確定的

3、可靠性，能夠有效剔除過(guò)程中的一些毛刺，以免影響檢測(cè)結(jié)果；除此之外，還綜合分析了各個(gè)變量間的相關(guān)性，提取出一些能夠描述變量變化趨勢(shì)的主要特征量（短期方差、長(zhǎng)期方差、離差等）。
　?。?）鉆井工況分類(lèi)：針對(duì)石油鉆井工程預(yù)警系統(tǒng)，本文提出了一種新的能將鉆井中的各個(gè)工況正確分類(lèi)的門(mén)限值分類(lèi)算法。該分類(lèi)法不需要進(jìn)行繁瑣的計(jì)算，只需依據(jù)綜合錄井儀所記錄的鉆井過(guò)程數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確預(yù)置門(mén)限參量和參考數(shù)值，便可實(shí)現(xiàn)對(duì)各穩(wěn)態(tài)工況的正確分類(lèi)。鉆井過(guò)程復(fù)雜多變

4、，變量間存在很強(qiáng)的相關(guān)性，故障類(lèi)型也呈現(xiàn)出多樣性，如果利用常用的K均值聚類(lèi)方法對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)，無(wú)法根據(jù)鉆井?dāng)?shù)據(jù)準(zhǔn)確的計(jì)算出系統(tǒng)的穩(wěn)定度因子、分類(lèi)指數(shù)以及隸屬度；門(mén)限值分類(lèi)算法不需要計(jì)算這些量，它是通過(guò)預(yù)置過(guò)程變量的門(mén)限值來(lái)劃分工況的。
　?。?）實(shí)例仿真：鑒于研究對(duì)象是非線性過(guò)程，需考慮將基于單一核主元分析模型的故障檢測(cè)方法擴(kuò)展為可以應(yīng)用于石油鉆井過(guò)程的多個(gè)核主元分析模型故障檢測(cè)方法。鉆井工程預(yù)警系統(tǒng)采用的多模核主元分析方法，

5、不僅構(gòu)造了單一核主元分析模型貫穿整個(gè)鉆井過(guò)程，也構(gòu)造了多個(gè)核主元分析模型對(duì)應(yīng)過(guò)程中不同的工況；如果哪一個(gè)工況發(fā)生故障，那么基于門(mén)限值分類(lèi)算法的多個(gè)核主元分析模型故障檢測(cè)方法能夠迅速的將發(fā)生故障的工況分離出來(lái)，并引入相對(duì)應(yīng)的故障檢測(cè)模塊。因此，可以實(shí)現(xiàn)在不同的變量空間和相應(yīng)的故障檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量控制圖中的過(guò)程監(jiān)測(cè)，雖然它們不能直接的判斷出故障出現(xiàn)的原因，卻能夠通過(guò)統(tǒng)計(jì)圖顯示出過(guò)程變量是否超出了正?？刂葡?，然后將檢測(cè)結(jié)果跟經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，最終可以判定