[发明专利]一种用于测井仪器的温度预测模型生成方法

说明书

本发明公开了一种用于石油测井仪器的温度预测模型生成方法，属于石油测井技术与仪器领域。包括如下步骤：设计一种基于改进的自适应扩展卡尔曼滤波器温度预测模型，将系统状态转移矩阵作为系统辨识参数，从而提高预测精度；并对温度预测模型中滤波增益阵和状态一步预测协方差阵利用牛顿下山法进行简化来降低计算复杂度；在测井仪器的嵌入式设备中实现简化后的预测算法，并将实时预测结果上传至地面工作站。利用该方法可以精确预测出测井仪器未来几十分钟的温度变化趋势，能够及时避免仪器中电路因高温带来的损害，减少经济损失。

技术领域

本发明涉及石油测井技术与仪器领域，更具体地，涉及一种用于测井仪器的温度预测模型生成方法。

背景技术

测井仪器作为石油勘探领域的主要设备，面临着在温度超过200℃的高温高压环境下，要求仪器最高能够稳定工作10小时，而常用工业级电子器件最高工作温度不超过125℃，在一定高温环境下长时间工作，会降低仪器性能，甚至造成严重事故。针对此技术问题，CN110087438A的中国发明专利公开了“一种测井仪器内的大功率器件散热储热装置及其方法”，其中采用石蜡掺杂石墨组合的相变材料作为吸热剂，并将装有吸热剂的吸热壳体插入导热管中进行吸热处理，2004年，美国Jakaboski研究小组提出一种将温度敏感电子元件封装在真空保温瓶内的解决方案，这样可以大大减少保温瓶内部与外界环境温度的热传递，但这两种方式只能减缓电子器件热源温度的升温速率，随着测井仪器的工作时间的增加，仪器内部环境温度仍将高达 200℃；2016年，丹麦科技大学的Stefano Soprani研究小组研制了一款包含热电冷却模块和相变吸热材料的井下牵引测量仪器，并通过有限元仿真软件验证该系统可在200℃环境温度下工作200小时，但该系统的研制过程在测井仪器领域较领先，短时间内难以达到该条件。当前国内测井仪器在面对不同地层温度或不同测井环境勘探过程中，如何能够较准确预测其未来有效工作时间并及时取出成为一个急需解决的问题。

因此，对油气测井仪的热预测成为一个重要的研究课题，遗憾的是，与目前流行的对数据中心、芯片、电池等设备热预测相比，对测井仪器的热预测研究仍是空白，许多井下测井仪中的电子设备放置在杜瓦瓶(真空保温瓶) 中，与常见的处理器芯片热预测不同的是，处理器温度预测往往预测的是短时间内(如1s)的温度变化趋势，这主要是由于其在实际工作中用户需要解决的问题复杂且多变，并且处理器所处的环境非热绝缘，另外针对有保温瓶的测井仪器，由于保温瓶的存在，无论外界环境温度如何改变，随着时间的推移仪器内部温度只会呈上升趋势。

目前测井仪器井下勘测过程一般处于地下数千米深度，地下温度高达 200℃以上，在这种远距离极端环境下，温度预测算法能否在测井系统的嵌入式设备实现并快速运行，占用计算资源大小是重要的考虑因素。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供一种用于测井仪器的温度预测模型生成方法，可以有效解决测井系统在实际高温环境工作中长时间运行仪器内部电路温度过高导致仪器损坏的问题，并满足可在井下嵌入式系统实现的条件，并具有快速运行、占用计算资源小、无需大量数据集的特点。

本发明提供了一种用于测井仪器的温度预测模型生成方法，包括如下步骤：

步骤1：设计一种基于改进的自适应扩展卡尔曼滤波器设计温度预测模型；

步骤2：对预测模型中滤波增益阵和状态一步预测协方差阵进行数值模型简化；

步骤3：将温度预测算法在测井系统中的嵌入式设备实现；

进一步地，根据自适应扩展卡尔曼滤波的状态一步预测协方差阵的理论意义，将自适应扩展卡尔曼滤波第k项递推的状态一步预测协方差阵视为稳态数值模型，可以由下式描述：

为了便于求出上述一步预测协方差阵中各元素的自变量，可以利用其稳态模型性质，首先，将含有稳态数值自变量的状态一步预测协方差函数转换为差值方程：