申请/专利权人：成都三一能源环保技术有限公司

申请日：2024-01-30

公开（公告）日：2024-04-09

公开（公告）号：CN117647392B

主分类号：G01M13/00

分类号：G01M13/00;G06F18/213;G06F18/20;G01H17/00;G01R31/00;G08B21/24;E21B47/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.09#授权;2024.03.22#实质审查的生效;2024.03.05#公开

摘要：本发明公开了一种基于数据分析的井下钻井仪器报废监测预警系统，属于钻井仪器报废监测技术领域，本发明从振动信号出发，通过振动信号的频域信号的幅值特征向量、相位特征向量和频率特征向量，反映井下钻井仪器的状态情况，再通过幅值差距系数向量、相位差距系数向量和频率差距系数向量，反映钻井仪器的当前状态情况与标准状态情况的差距，从而通过三通道报废监测单元，得到钻井仪器的报废程度值，根据钻井仪器的报废程度值，反映钻井仪器的报废情况，提供一种基于单一传感信号的井下钻井仪器报废监测预警技术方案。

主权项：1.一种基于数据分析的井下钻井仪器报废监测预警系统，其特征在于，包括：振动传感器、时频转换单元、频域特征提取单元、频域差距系数提取单元、三通道报废监测单元和预警单元；所述振动传感器设置于钻井仪器上，采集井下钻井仪器的振动信号；所述时频转换单元用于对振动信号进行时频转换，得到频域信号；所述频域特征提取单元用于对频域信号进行特征提取，得到幅值特征向量、相位特征向量和频率特征向量；所述频域差距系数提取单元用于根据幅值特征向量、相位特征向量和频率特征向量，得到幅值差距系数向量、相位差距系数向量和频率差距系数向量；所述三通道报废监测单元用于根据幅值特征向量、相位特征向量和频率特征向量，并基于幅值差距系数向量、相位差距系数向量和频率差距系数向量，得到钻井仪器的报废程度值；所述预警单元用于在报废程度值大于报废阈值时，预测钻井仪器已报废；所述频域信号包括：幅值序列、相位序列和频率序列；所述幅值特征向量为：，其中，X1为幅值特征向量，Amax为幅值序列中的最大值，Amin为幅值序列中的最小值，AC为幅值序列的均值，AE为幅值序列的梯度值，AD为幅值序列的分布值；所述相位特征向量为：，其中，X2为相位特征向量，Ymax为相位序列中的最大值，Ymin为相位序列中的最小值，YC为相位序列的均值，YE为相位序列的梯度值，YD为相位序列的分布值；所述频率特征向量为：，其中，X3为频率特征向量，Fmax为频率序列中的最大值，Fmin为频率序列中的最小值，FC为频率序列的均值，FE为频率序列的梯度值，FD为频率序列的分布值；所述梯度值的计算公式为： ，其中，E为序列的梯度值，序列为幅值序列、相位序列或频率序列，Ei为序列的第i个元素，Ei+1为序列的第i+1个元素，i为正整数，N为序列中元素的数量；所述分布值的计算公式为： ，其中，D为序列的分布值，序列为幅值序列、相位序列或频率序列，Di为序列的第i个元素，i为正整数，N为序列中元素的数量，||为绝对值，ln为对数函数，e为自然常数；所述幅值差距系数向量为：，其中，Q1为幅值差距系数向量，amax为幅值最大值差距系数，amin为幅值最小值差距系数，ac为幅值均值差距系数，ae为幅值梯度值差距系数，ad为幅值分布值差距系数；所述相位差距系数向量为：，其中，Q2为相位差距系数向量，ymax为相位最大值差距系数，ymin为相位最小值差距系数，yc为相位均值差距系数，ye为相位梯度值差距系数，yd为相位分布值差距系数；所述频率差距系数向量为：，其中，Q3为频率差距系数向量，fmax为频率最大值差距系数，fmin为频率最小值差距系数，fc为频率均值差距系数，fe为频率梯度值差距系数，fd为频率分布值差距系数；每个所述差距系数的计算公式为： ，其中，tanh为双曲正切激活函数，Gk为幅值特征向量、相位特征向量或频率特征向量中第k个元素，k取值范围为1~5的正整数，为幅值特征向量、相位特征向量或频率特征向量中第k个元素对应的标准值，在Gk为幅值特征向量中第k个元素时，gk为幅值差距系数向量中第k个差距系数；在Gk为相位特征向量中第k个元素时，gk为相位差距系数向量中第k个差距系数；在Gk为频率特征向量中第k个元素时，gk为频率差距系数向量中第k个差距系数；所述三通道报废监测单元包括：幅值数据处理通道子单元、相位数据处理通道子单元、频率数据处理通道子单元、幅值异常预测子单元、相位异常预测子单元、频率异常预测子单元和报废程度值输出子单元；所述幅值数据处理通道子单元输入幅值特征向量和幅值差距系数向量，得到幅值增强向量；所述相位数据处理通道子单元输入相位特征向量和相位差距系数向量，得到相位增强向量；所述频率数据处理通道子单元输入频率特征向量和频率差距系数向量，得到频率增强向量；所述幅值异常预测子单元输入幅值增强向量，得到幅值异常值；所述相位异常预测子单元输入相位增强向量，得到相位异常值；所述频率异常预测子单元输入频率增强向量，得到频率异常值；所述报废程度值输出子单元输入幅值异常值、相位异常值和频率异常值，得到钻井仪器的报废程度值；所述幅值数据处理通道子单元的表达式为： ，其中，XQ1为幅值增强向量，X1为幅值特征向量，Q1为幅值差距系数向量，为哈达玛积；所述相位数据处理通道子单元的表达式为： ，其中，XQ2为相位增强向量，X2为相位特征向量，Q2为相位差距系数向量；所述频率数据处理通道子单元的表达式为： ，其中，XQ3为频率增强向量，X3为频率特征向量，Q3为频率差距系数向量；所述异常预测子单元的表达式为： ，其中，异常预测子单元为幅值异常预测子单元、相位异常预测子单元或频率异常预测子单元；在异常预测子单元为幅值异常预测子单元时，XQ表示幅值异常值，XQn为幅值增强向量XQ1中第n个元素；在异常预测子单元为相位异常预测子单元时，XQ表示相位异常值，XQn为相位增强向量XQ2中第n个元素；在异常预测子单元为频率异常预测子单元时，XQ表示频率异常值，XQn为频率增强向量XQ3中第n个元素；ws,n为XQn的第一权重，wt,n为XQn的第二权重，sigmoid为S型激活函数，tanh为双曲正切激活函数，n为正整数；所述报废程度值输出子单元的表达式为： ，其中，h为钻井仪器的报废程度值，XQA为幅值异常值，XQY为相位异常值，XQF为频率异常值，wA为XQA的权重值，wY为XQY的权重值，wF为XQF的权重值。

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