[发明专利]基于分层模糊系统的石油钻井工程事故预警系统

摘要

本发明公开了一种基于分层模糊系统的石油钻井工程事故预警系统，1.建立石油钻井工程事故预警的模型数据库；2.建立石油钻井工程事故预警的输入变量；3.分析输入信号的特征信息；4.建立分层模糊系统的结构模型；5.对第三步中确定的输入变量进行区间映射和统一模型的分层模糊推理；6.确定石油钻井工程事故预警系统输出量；7、预警结果的自调整。本发明优点在于利用分层模糊系统，将石油钻井工程事故预警系统中多输入物理变量转化为由低维模糊单元分层连接构成的分层系统，使模糊系统的规则数只随输入变量数线性增长，因此，杜绝了“维数灾”现象的发生，从而实现准确、有效、便捷地对石油钻井工程事故进行预警的目的。

主权项

1.一种基于分层模糊系统的石油钻井工程事故预警系统，其特征在于：它由下述步骤构成：第一步、建立石油钻井工程事故预警的模型数据库：数据来源于石油钻井现场综合录井仪器采集的各种传感器信号和派生参数，通过对长期积累的数据信息进行分析，根据长期积累的石油钻井所使用的各种传感器提供的数据信息，结合石油钻井操作人员以及相关专家的经验知识，建立石油钻井工程事故模型数据库；对石油钻井的整个过程根据传感器变化情况的逻辑组合关系以及钻井过程规范确定不同的工作状态，这些工作状态相互之间具有不同的特性，可能发生事故的种类和传感器变量征兆也各不相同；第二步、建立石油钻井工程事故预警的输入变量：根据第一步中模型数据库中的信息，利用相应的传感器采集数据，所采集的数据主要有：利用压力传感器采集大钩负荷、立管压力、套管压力、扭矩等信号；利用温度传感器采集出入口的温度信号；利用电导率传感器采集出入口电导率的信号；利用流量传感器采集出口流量信号；利用密度传感器采集出入口密度信号；利用脉冲传感器采集大钩高度、泵冲、转盘转速信号；利用液位传感器采集体积信号；利用硫化氢传感器采集硫化氢气体浓度信号；第三步、分析输入信号的特征信息：按照钻井过程中的状态依存与转化关系，结合各种参数传感器的实际测量结果，根据生产工艺的要求，将钻井过程分为若干典型状态，并将其对应的传感器参数划归为所对应的状态模型进行处理；对每一个钻井状态，分解为稳态过程和暂态过程；对所采集的传感器变量通过采用统计相关分析、小波变换、频谱分析、时域分析方法确定传感器变量在各个钻井工作过程的波动幅度、波动频率、变化率以及变化趋势等特征信息；由这些信息将同一个传感器变量根据其变化特征的不同分解为相应不同的中间特征变量；通过动态均值的计算和阈值分析确定变量的正常变化范围；第四步、建立分层模糊系统的结构模型：对第三步所确定的n个输入变量x1、x2、……xn，分别为事故预警系统中的特征输入变量，各层的基本模糊单元均有两个输入变量，其中x1、x2作为第一层基本模糊单元的输入，其输出y1以及第三个输入变量x3作为第二层基本模糊单元的输入，其余各层以此类推；每一层均只有两个输入变量；第五步、对第三步中确定的输入变量进行区间映射和统一模型的分层模糊推理：对第三步所确定的n个不同种类的输入变量，通过对实际物理变量的统计分析，确定该输入变量的变化范围及变化特征，利用分析得到的映射关系，将这些输入变量映射到统一的论域区间上，在此基础上对分层模糊系统各层基本模糊单元进行统一模型的模糊推理；第六步、确定石油钻井工程事故预警系统输出量：石油钻井工程事故预警系统的最终输出量为各层基本模糊单元输出结果的加权和，即： y=Σk=1n-1αk*yk, 其中k为分层数，α为加权系数， Σk=1n-1αk=1, yk为各层输出解模糊后的结果；第七步、预警过程的自学习和调整：通过对输入量论域映射进行调整的方式来实现预警过程的自学习和调整，即对预警结果的评价指标设定为四种：分析合适、误报、低报、高报；除第一种评价不需要对系统参数进行调整外，其他的评价结果均通过系统对相关的参数进行修正。