鉆井工程異常預(yù)警方法研究

摘 要：智能化的模糊診斷專家系統(tǒng)方法是在傳統(tǒng)的異常預(yù)警方法基礎(chǔ)上結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展而來(lái)的，由此方法建立的鉆井工程異常預(yù)警系統(tǒng)可以提高鉆井工程異常預(yù)警的效率、質(zhì)量和智能化水平。該方法主要運(yùn)用了智能化和面向?qū)ο蟮募夹g(shù)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，對(duì)鉆井工程進(jìn)行異常預(yù)警，提高了預(yù)警的效率和質(zhì)量。本文重點(diǎn)介紹了該方法的主要思路和預(yù)警系統(tǒng)模型的建立。

關(guān)鍵詞：智能化；模糊診斷專家系統(tǒng)；綜合錄井；鉆井工程異常預(yù)警；面向?qū)ο?/p>

中圖分類號(hào)：TE928

鉆井工程是一項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)高、投入高、技術(shù)水平高、隱蔽性強(qiáng)的地下工程。在鉆井的整個(gè)過(guò)程中都有可能產(chǎn)生事故，有時(shí)會(huì)造成無(wú)法估量的嚴(yán)重后果，嚴(yán)重威脅著人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。目前鉆井異常預(yù)警主要是以人工經(jīng)驗(yàn)判斷為主，這種預(yù)警方式效率低下，錯(cuò)誤率高，不能滿足鉆井工程預(yù)警對(duì)實(shí)時(shí)性要求高的工程，迫切的需要一種強(qiáng)實(shí)時(shí)性，高可靠性、智能化的預(yù)警手段來(lái)滿足鉆井異常預(yù)警的需要。

1 研究的基本思路和理論基礎(chǔ)

1.1 研究的基本思路。鉆井工程具有隨機(jī)性強(qiáng)、模糊性打和風(fēng)險(xiǎn)性高的特點(diǎn)。目前鉆井現(xiàn)場(chǎng)對(duì)異常預(yù)警主要是由工作人員結(jié)合實(shí)際鉆井參數(shù)的變化和自己長(zhǎng)期積累的工作經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)而做出的判斷，這種方式?jīng)]有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，且主觀性較大。同時(shí)由于工作人員的精力和技術(shù)水平的限制，無(wú)法保證預(yù)警的質(zhì)量和效率。并且培養(yǎng)有經(jīng)驗(yàn)的工作人員也是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程。將綜合錄井技術(shù)、人工智能技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)三者結(jié)合起來(lái)，可以很好的將工作人員長(zhǎng)期積累的異常預(yù)警的經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)轉(zhuǎn)化為一種智能化、自動(dòng)化的預(yù)警方法。

1.2 理論基礎(chǔ)。異常預(yù)警判斷的依據(jù)是監(jiān)測(cè)設(shè)備得到的大量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。為了提高預(yù)警的質(zhì)量必須確保得到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，因此必須要對(duì)監(jiān)測(cè)器進(jìn)行故障診斷。專家系統(tǒng)在故障診斷中得到廣泛應(yīng)用。

1.2.1 設(shè)備故障診斷。設(shè)備故障診斷包括狀態(tài)監(jiān)測(cè)、分析診斷和治理預(yù)防三個(gè)階段。（1）狀態(tài)監(jiān)測(cè)：顧名思義，就是就檢測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。通過(guò)傳感器采集設(shè)備在運(yùn)行中的各種參數(shù)，并去掉其中的干擾參數(shù)以便得到能真實(shí)反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的特征參數(shù)；（2）分析診斷：根據(jù)第一個(gè)階段得到的能反映設(shè)備狀態(tài)的參數(shù)的變化情況，將特征參數(shù)與故障狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，來(lái)識(shí)別設(shè)備是否故障。如果故障則進(jìn)一步判斷故障產(chǎn)生的原因、發(fā)生的部位，危險(xiǎn)程度以及故障的發(fā)展趨勢(shì)；（3）根據(jù)前兩個(gè)階段得出的結(jié)論來(lái)確定應(yīng)對(duì)方法，以保證設(shè)備的正常運(yùn)行。有時(shí)候設(shè)備的故障正常之間的界限不是很明確，加上數(shù)據(jù)采集過(guò)程中的缺陷，造成了故障診斷的復(fù)雜性不斷加大。因此應(yīng)用傳統(tǒng)的經(jīng)典數(shù)學(xué)并不能很好的描述診斷系統(tǒng)，而模糊推理和模糊理論可以很大程度上來(lái)解決設(shè)備故障不確定性問(wèn)題。

1.2.2 專家系統(tǒng)。專家系統(tǒng)簡(jiǎn)單的講：具有智能特點(diǎn)的計(jì)算機(jī)程序，能夠在特定的領(lǐng)域內(nèi)模仿人類專家的推理能力，并能用這些知識(shí)來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題。具有啟發(fā)性、靈活性和透明性的特點(diǎn)?；窘Y(jié)構(gòu)包括：知識(shí)庫(kù)、人機(jī)界面、推理機(jī)、知識(shí)庫(kù)、綜合數(shù)據(jù)庫(kù)和解釋器六個(gè)部分組成，如圖1所示。

圖1 專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

專家系統(tǒng)通過(guò)解釋器向用戶解釋以下兩個(gè)問(wèn)題：（1）系統(tǒng)為什么會(huì)向用戶提出該問(wèn)題——Why；（2）計(jì)算機(jī)是怎么樣獲得最后結(jié)論的——How。人類各領(lǐng)域的專家通過(guò)專門的計(jì)算機(jī)程序獲取專家系統(tǒng)中的知識(shí)，并且根據(jù)人類的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)不斷的完善和充實(shí)知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)。其工作流程如圖2所示。

圖2 工作流程圖

鉆井工程事故異常預(yù)警是一個(gè)連續(xù)不斷的、長(zhǎng)時(shí)間的、艱苦的過(guò)程，極大的消耗著人們的精力，并且單純的依靠人工和簡(jiǎn)單的參數(shù)監(jiān)測(cè)是無(wú)法準(zhǔn)確的對(duì)事故進(jìn)行預(yù)警的，而專家系統(tǒng)可以很好的克服這個(gè)缺點(diǎn)。專家系統(tǒng)可以不受精力的限制，不受環(huán)境的影響，可以高效率的、連續(xù)的工作。與此同時(shí)通過(guò)對(duì)知識(shí)庫(kù)進(jìn)行升級(jí)，可以不斷吸收新的專家知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)，使系統(tǒng)的預(yù)警能力不斷增強(qiáng)，從而進(jìn)一步提高鉆井工程異常預(yù)警的能力和效率。

2 建立系統(tǒng)模型

采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)建立模型，具有封裝性好、重用性高、靈活性強(qiáng)、高可維護(hù)性和高擴(kuò)展性的個(gè)點(diǎn)，適合用于解決實(shí)時(shí)性強(qiáng)、復(fù)雜系統(tǒng)的問(wèn)題。

2.1 建立預(yù)警模型類庫(kù)。從面向?qū)ο蟮姆治龅皆O(shè)計(jì)是一個(gè)逐步擴(kuò)充、細(xì)化模型的過(guò)程。主要步驟如下：（1）細(xì)化對(duì)象：把系統(tǒng)中對(duì)象間的交互作用和對(duì)象行為進(jìn)一步細(xì)化，形成明確切完全的定義。依據(jù)參數(shù)與事故的關(guān)系確定事故對(duì)象的行為，建立各事故之間的關(guān)聯(lián)；（2）認(rèn)定類型：把預(yù)警模型設(shè)計(jì)為不同種類的模型。比如溢流、井涌、井噴、氣侵、油侵等多種異常的類都可以設(shè)計(jì)在溢流類型中；（3）重用支持設(shè)計(jì)：依據(jù)某類設(shè)計(jì)出類庫(kù)后，再對(duì)該類重用、實(shí)例化。依據(jù)上述步驟。建立起系統(tǒng)化的模型類庫(kù)。

2.2 建立模型。（1）根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出根據(jù)參數(shù)變化來(lái)判斷事故的方法，并建立起事故對(duì)象和其行為及成員屬性之間的關(guān)系；（2）對(duì)個(gè)各種工程事故的鉆井條件、設(shè)備條件、錄井參數(shù)等研究對(duì)象進(jìn)行系統(tǒng)的、深入的分析研究，找的這些研究對(duì)象之間的關(guān)聯(lián)，如包含關(guān)系、繼承關(guān)系、創(chuàng)建關(guān)系等靜態(tài)關(guān)系；（3）前面提到的是研究對(duì)象之間的靜態(tài)關(guān)系。但在實(shí)際鉆井中必須找到他們之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系，比如部分工程參數(shù)和鉆井工況之間的關(guān)系，如表1所示。通過(guò)建立對(duì)象之間的關(guān)系，最終形成完整的系統(tǒng)模型。

表1 工程參數(shù)與鉆井工況之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系

3 結(jié)束語(yǔ)

專家系統(tǒng)與傳統(tǒng)的預(yù)警方式相比，有很大的優(yōu)勢(shì)。采用專家系統(tǒng)進(jìn)行工程事故的預(yù)警，不僅完成了預(yù)警方式的自動(dòng)化、智能化功能，更重要的是它融合了技術(shù)人員判斷工程事故的經(jīng)驗(yàn)，并且可以隨時(shí)的對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)。

采用模糊推理的方式不僅具有很好的過(guò)渡性，還確切反映了客觀事物的程度信息和交叉漸變的特性。

參考文獻(xiàn)：

[1]夏虹，劉永闊，謝春麗.設(shè)備故障診斷技術(shù)[M].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社，2010.

[2]鐘登華，胡程順.復(fù)雜工程系統(tǒng)可視化仿真建模方法與應(yīng)用[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2002.

[3]尹朝慶.人工智能與專家系統(tǒng)[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2009.

[4]諸靜.模糊控制原理與應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

作者單位：西南石油大學(xué)，成都 610500；山東理工大學(xué)，山東淄博 255049