使用流信号的事件检测的系统和方法技术方案

系统和方法通过偏离平均(正常)状态特性的振幅包络来计算功能障碍。包络函数由给定窗口尺寸内的最大信号值的递归应用构成。上述的操作是因果的以及计算上可承受的，因为需要相对短的移动窗口来跟踪当前点。因此，所提出的包络和功能障碍计算适用于以高采样率测量的任何数据流源。计算的有效性被验证为表示实时现场钻探操作中的多个物理量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用流信号的事件检测的系统和方法
本公开一般地涉及烃钻探领域。更特别地，但不作为限制，本专利技术的实施例涉及与钻探功能障碍有关的系统和方法。
技术介绍
由于难以实现计算效率、因果关系和最小信息漂移(即，时移)，也称为离群(outlier)、异常、新颖性或事件检测的信号功能障碍代表实时数据挖掘中最具挑战性的主题之一。在实时钻井操作的特殊情况下，开发能够检测将会最终导致成本高昂的钻机系统故障的功能障碍的机制是至关重要的。
技术实现思路
本公开通过提供用于通过偏离平均(正常)状态特性(behavior)的振幅包络来计算功能障碍的系统和方法来解决本领域中的限制。包络函数由给定窗口尺寸内的最大信号值的递归应用构成。类似地，平均函数允许在相同的预定义窗口尺寸内估计信号的正常状态。因此，可以连续平滑最大和平均信号值的序列以产生引起最小模型漂移(modelshift)的功能障碍分布。功能障碍算子被定义为在每个时间点处相对于平均信号的包络的相对变化。上述操作是因果的以及计算上可承受的，因为需要相对短的移动窗口来跟踪当前点。因此，所提出的包络和功能障碍计算适用于以高采样率测量的任何数据流源。本专利技术的有效性在代表实时现场钻探操作中的多个物理量(physics)的若干通道上得以验证。钻探振动也会导致钻柱偏离理想的、均匀的圆形转动。钻柱非均匀转动的映射(map)导致更好地理解钻柱功能障碍的动力学。本专利技术要求使用测量的加速度数据连续地映射钻柱运动的位置，并产生各种属性以量化钻探功能障碍。各种功能障碍属性的2D和3D可视化描述了振动如何影响钻柱运动。与其他信息结合起来，可以用来减少钻探振动。本专利技术使得能够开发用于实时控制和优化钻井操作的高效且稳健的工作流程。包络为计算功能障碍以及对信号趋势进行分类和总结提供了有意义的表示。功能障碍对于主动检测可能导致设备故障的事件至关重要。在实时钻探的特殊情况下，结果应该有助于提高穿透速度并使井头故障最小化。本专利技术的扩展可以被定向成影响任何自动活动，该任何自动活动需要有效的方式来确定由传感器、卫星和其他移动设备产生的实时信号中的包络和功能障碍。因此，本专利技术的目的是提供一种方法，其包括：通过计算装置确定振幅包络，所述确定振幅包络进一步包括根据给定窗口尺寸内的最大信号值的递归应用来配置包络函数；通过所述计算装置配置用于估计所述窗口尺寸内的信号的正常状态的平均函数；通过将所述包络函数与所述平均函数相比较而通过所述计算装置实时确定功能障碍算子以生成功能障碍轮廓(profile)；以及通过所述计算装置映射所述比较的各种属性。本专利技术的另一个目的是提供一种系统，其包括：处理器；非暂时性存储介质，其用于在其上有形地存储用于所述处理器执行的程序逻辑，所述程序逻辑包括：确定由所述处理器执行的用于确定振幅包络的逻辑，所述确定振幅包络进一步包括根据给定的窗口尺寸内的最大信号值的递归应用来配置包络函数；配置由所述处理器执行的用于配置用于估计所述窗口尺寸内的信号的正常状态的平均函数的逻辑；确定由所述处理器执行的用于通过将所述包络函数与所述平均函数进行比较来实时确定功能障碍算子以生成功能障碍轮廓的逻辑；以及映射由所述处理器执行的用于映射所述比较的各种属性的逻辑，所述映射进一步包括将所确认的功能障碍轮廓应用于产生所述信号的活动。本专利技术的实现可以包括以下特征中的一个或多个：所述方法可以进一步识别用于检测设备故障的功能障碍；这样的设备可以包括钻探设备；信号数据包括加速度数据；加速度数据可以从局部移动坐标系被转换为全局静止坐标系；径向加速度和轴向加速度的矢量叉积可以估计切向加速度；信号可以包括：轴向振动、井下RPM、井下扭矩、重力加速度、向心加速度、径向加速度、切向加速度、距表面(surface)距离、表面RPM、表面扭矩、孔深度和钻机状态。附图说明根据如在附图中示例出的实施例的以下描述，本公开的前述和其他目的、特征和优点将变得显而易见，其中在各个视图中，参考标号指相同的部分。附图不一定按比例绘制，而是将重点放在说明本公开的原理上：图1示出了代表时间序列的数据。图2示出了使用现有技术和本专利技术的各种计算将时间数据信号变换为包络(envelope)数据。图3示出了图1-2中呈现的关于数据的示例性功能障碍轮廓。图4示出了关于从现场获得的RPM数据的一系列包络信息。图5示出了使用现有技术的以及使用最大运算符(对于w＝40)示出的本专利技术的各种计算将RPM数据信号变换为功能障碍数据。图6示出了使用现有技术的以及使用较小窗口尺寸(对于w＝10)示出的本专利技术的各种计算将RPM数据信号变换为功能障碍数据。图7示出了使用现有技术的和应用于分段数据的本专利技术的各种计算的包络。图8A和8B示出了超过10000个扭矩数据样本的包络、平均(mean)和功能障碍轮廓。图9A和9B示出了当信号显示频繁的符号变化时的本专利技术的性能。图10示出了当信号显示频繁的符号变化时的本专利技术的性能，如均方根(RMS)包络所示。图11示出了根据本专利技术的一个或多个实施例的示例出硬件设备的架构的框图。具体实施方式现在转到对本专利技术的优选布置或布置的详细描述，应理解，本专利技术的特征和概念可以以其他布置来表现，并且本专利技术的范围不限于所描述或说明的实施例。本专利技术的范围仅由下面的权利要求的范围限定。尽管以下详细讨论了本公开的各种实施例的制作和使用，但是应理解，本公开提供了许多可以在各种各样的具体上下文中体现的可应用的专利技术概念。这里讨论的具体实施例仅仅是说明制作和使用本公开的具体方式，并不限制本公开的范围。说明书中提及的所有出版物和专利申请指示了本公开所属领域的技术人员的技术水平。所有的出版物和专利申请通过引用并入本文，其程度如同每个单独的出版物或专利申请被具体地和单独地指出通过引用并入。现在将在下文中参考图和附图来更全面地描述本公开，上述图和附图形成其一部分并且其以示例的方式示出了具体的示例实施例。然而，主题可以以各种不同的形式来体现，并且因此所涵盖或要求保护的主题旨在被解释为不限于本文阐述的任何示例实施例；提供的示例实施例仅仅是说明性的。同样地，意图要求保护的或涵盖的主题的合理广泛的范围。除其他之外，例如，主题可以体现为方法、装置、组件或系统。因此，下面的详细描述并不意在被认为是限制性的。在整个说明书和权利要求书中，术语可能具有在上下文中提示的或暗示的细微含义，超出明确指出的含义。同样地，本文所使用的短语“在一个实施例中”不一定指代相同的实施例，而本文所使用的短语“在另一个实施例中”不一定指代不同的实施例。例如，要求保护的主题全部或部分地包括示例实施例的组合。一般而言，术语可以至少部分地从上下文中的用法来理解。例如，本文所使用的诸如“和”、“或”或者“和/或”的术语可以包括可以至少部分依赖于使用这些术语的上下文的各种含义。典型地，如果用于关联诸如A、B或C的列表，则“或”意在表示A、B和C，这里用于包括性意义，以及表示A、B或C，这里用于排他性意义。此外，至少部分依赖于上下文，本文所使用的术语“一个或多个”可以用于描述单数意义上的任何特征、结构或特性，或者可以用于描述复数意义上的特征、结构或特征的组合。类似地，同样至少部分依赖于上下文，诸如“一”、“一个”或“该”的术语可以被理解为表达单数用法或本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于信号功能障碍的实时计算的方法，包括：(a)通过计算装置确定振幅包络，其进一步包括根据给定窗口尺寸内的最大信号值的递归应用来配置包络函数；(b)通过所述计算装置配置用于估计所述窗口尺寸内的信号的正常状态的平均函数；(c)通过将所述包络函数与所述平均函数进行比较而通过所述计算装置实时确定功能障碍算子以生成功能障碍轮廓；以及(d)通过计算装置映射所述比较的各种属性。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.06.19 US 62/182,0561.一种用于信号功能障碍的实时计算的方法，包括：(a)通过计算装置确定振幅包络，其进一步包括根据给定窗口尺寸内的最大信号值的递归应用来配置包络函数；(b)通过所述计算装置配置用于估计所述窗口尺寸内的信号的正常状态的平均函数；(c)通过将所述包络函数与所述平均函数进行比较而通过所述计算装置实时确定功能障碍算子以生成功能障碍轮廓；以及(d)通过计算装置映射所述比较的各种属性。2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括通过计算装置确定用于检测设备故障的功能障碍。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述设备包括钻探设备。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述信号包括流数据。5.根据权利要求4所述的方法，其中所述信号进一步包括实时功能障碍的计算。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述信号选自以下部分构成的组：轴向振动、井下RPM、井下扭矩、重力加速度、向心加速度、径向加速度、切向加速度、距离表面的距离、表面RPM、表面扭矩、孔深度和钻机状态。7.根据权利要求1所述的方法，其中一个或多个所述信号从一个或多个井下三轴加速度计获得。8.一种系统，包括：(a)处理器；(b)非暂时性存储介质，其用于...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·D·安诺，H·克利，S·拉姆齐，
申请(专利权)人：科诺科菲利浦公司，
类型：发明
国别省市：美国,US