无线随钻系统探管开关泵状态识别方法技术方案

一种无线随钻系统探管开关泵状态识别方法，包括如下步骤：S1：每1/100判断时间窗口内做一次振动判断；S2：统计每个判断时间窗口内振动次数；S3：若仪器现在为关泵状态，如果开泵等待时间窗口内的判断时间窗口状态均为有振动，则将仪器状态修改为开泵，否则状态不变，仍为关泵；S4：若仪器现在为开泵状态，如果关泵等待时间窗口内的判断时间窗口状态均为无振动，则将仪器状态修改为关泵，否则状态不变，仍为开泵。本发明专利技术只需进行平方运算及简单的统计计数，并且将每个判断时间窗口的状态进行缓存，可以有效地减少运算时间及存储器资源，每个判断时间窗口振动判断次数为100次，可以有效地防止因为偶然的振动或不振动带来的误判。

State identification method of probe switch pump in wireless while drilling system

【技术实现步骤摘要】
无线随钻系统探管开关泵状态识别方法
本专利技术涉及模式识别的
，尤其涉及加速度计在石油钻井仪器无线随钻系统中开关泵识别的应用。
技术介绍
无线随钻作业过程中，探管对系统停开泵状态的判断对系统是否能够正常工作具有至关重要的意义。一般工作条件下，当探管从停泵状态进入开泵状态后，要求探管首先将上一次记录的停泵序列测量数据进行编码脉冲传输，之后循环传输开泵序列；而当探管从开泵状态进入到停泵状态后，探管停止脉冲传输并将当前测量信息作为停泵数据记录下来，等待下一次开泵传输。在实际工作中，若探管停开泵识别失当，造成错开泵，则很有可能造成地面丢失上一次停泵的检测数据；若造成错关泵，则探管停止脉冲传输，地面无法再获取任何井下数据。两种故障状态都会对钻井作业造成重大影响，由此可见设计一种合理的随钻系统停开泵识别方法是实现仪器功能的关键技术之一。另外，由于仪器尺寸限制，探管采用的MCU是单片机，存储器资源少，堆栈深度浅，而此单片机需要同时管理数据采集、数据存储、数据计算、脉冲传输编码、串行口通讯和振动检测等多项功能，工作负担较重。为了尽可能减小单片机的运算负担，并局限于单片机有限的数据/程序存储器资源和有限的堆栈深度，要求停开泵检测程序在实现功能的前提下，尽可能做到：运算时间开销少；存储器资源开销少；函数嵌套关系少。目前尚无此类产品。
技术实现思路
为解决无线随钻系统探管开关泵状态识别问题，本专利技术提出了一种无线随钻系统探管开关泵状态识别方法。一种无线随钻系统探管开关泵状态识别方法，其特征是包括如下步骤：S1：每1/100判断时间窗口内做一次振动判断，根据下面公式x2+y2+z2＞(1+threshold)2orx2+y2+z2＜(1-threshold)2x、y、z为相互正交的三轴加速度值，threshold为振动门限值，若三轴加速度值的平方和满足上式，则该判断时间窗口状态为振动；S2：统计每个判断时间窗口内振动次数，振动次数VibsIn5Sec超过上限阈值α，则该判断时间窗口状态为有振动，振动次数VibsIn5Sec低于下限阈值β，则该判断时间窗口状态为无振动；若振动次数VibsIn5Sec在上下限α、β之间，则继承上一个判断时间窗口的状态；将每个判断时间窗口的状态在数组VibTestList[7]的特定位置中缓存；S3：若仪器现在为关泵状态，则以开泵等待时间为窗口滑动统计步骤2所述判断时间窗口振动状态，如果开泵等待时间窗口内的判断时间窗口状态均为有振动，则将仪器状态修改为开泵，否则状态不变，仍为关泵；S4：若仪器现在为开泵状态，则以关泵等待时间为窗口滑动统计步骤2所述判断时间窗口振动状态，如果关泵等待时间窗口内的判断时间窗口状态均为无振动，则将仪器状态修改为关泵，否则状态不变，仍为开泵。进一步，步骤1～4中所述的判断时间窗口为5秒。进一步，步骤2所述的振动次数VibsIn5Sec超过上限阈值α为80，振动次数VibsIn5Sec低于下限阈值β为20。进一步，步骤3所述的开泵等待时间为5～255秒。进一步，步骤4所述的关泵等待时间为5～255秒。本专利技术只需进行平方运算及简单的统计计数，并且将每个判断时间窗口的状态进行缓存，可以有效地减少运算时间及存储器资源，每个判断时间窗口振动判断次数为100次，可以有效地防止因为偶然的振动或不振动带来的误判。附图说明图1为本专利技术流程框图；图2为数据内容及更新检测方式示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步描述。探管电路板安装了加速度计，在理想静止状态下，三轴加速度矢量和Gt为1g，即：x、y、z为相互正交的三轴加速度值。当外部泥浆冲刷造成探管振动时，由于瞬时的超重或失重，Gt常有大于1g或小于1g。若探管以某一频率实时采集加速度，在静止状态下，Gt基本稳定在1g，而在振动状态下获得的Gt在1g附近有明显的上下波动。取定某一门限值，突破该门限值可认为当前时刻探管振动的判断条件，即：|Gt-1|＞threshold由于Gt的计算存在浮点数值开平方的运算，非常耗费CPU时间，且生成的机器码较长，为了节省资源和运算时间，门限值在系统初始化时做了平方处理，在比对时只对各轴加速度求取平方，判断条件变为：Gt2＞(1+threshold)2orGt2＜(1-threshold)2即：x2+y2+z2＞(1+threshold)2orx2+y2+z2＜(1-threshold)2依此，每一次判断只需三次乘法计算。根据实际工程经验，开泵时探管振动主要集中在低频段，故选择20Hz作为Gt的实时采集频率。另外，系统需求为振动判断门限可设置，故而将设置门限值存储于探管传输电路板的非易失存储器中，可由厂家根据实际应用状况更改，单片机在上电启动或复位时由程序读入。由于实际工作中探管状态的不确定性，实时采样时偶然的Gt超出门限值不能作为判断开泵的依据，在关泵状态下，只有持续频繁地出现Gt波动范围超过门限值才能作为开泵的进入条件；同理，开泵状态下Gt间歇地稳定在1g也不能作为关泵的判断依据，只有持续地稳定在1g才能作为关泵状态的进入条件。这段持续时间我们称为开关泵等待时间，在实际应用中可设置，但对该时间的准确度要求并不高，上下若干秒的误差对使用不会有任何影响。为了保证振动判断的鲁棒性，尽可能地隔离外部扰动，故将一次振动判断的时间窗口设置为5秒，判断的结果为0(无振动)或1(有振动)。为了节省数据存储器开销，每一个时间窗口的振动判断标志只占用1bit内存单元，由此并结合开关泵等待时间可设置的要求，设计数组VibTestList[7]，此数组有56bit，由于实际应用中开关泵等待时间的设置范围为5-255秒，所以使用其中的1bit存储当前的状态，并最多使用其中的51bit存储之前255秒的状态。数据内容及更新检测方式说明如图2。例如，设定开泵等待时间为60秒，关泵等待时间为40秒，则以VibTestIndex为基准点上溯的12个5秒窗口的振动状态统计结果是决定当前是否为开泵的依据，构成了开泵检测窗口；以VibTestIndex为基准点上溯的8个5秒窗口的振动状态统计结果是决定当前是否为关泵的依据，构成了关泵检测窗口，检测窗口的长度决定了用户直观的开关泵等待时间。为防止判断结果在门限值附近频繁切换，所有与门限相关的判断均采用上下门限滞环方式判断。一种无线随钻系统探管开关泵状态识别方法，如图1所示，包括如下步骤：S1：每50ms做一次振动判断，根据下面公式x2+y2+z2＞(1+threshold)2orx2+y2+z2＜(1-threshold)2x、y、z为相互正交的三轴加速度值，threshold为振动门限值，若三轴加速度值的平方和满足上式，则判断此时状态为振动。S2：每5s统计一下该时间窗口内振动次数，振动次数VibsI本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无线随钻系统探管开关泵状态识别方法，其特征是包括如下步骤：/nS1：每1/100判断时间窗口内做一次振动判断，根据下面公式/nx

【技术特征摘要】
1.一种无线随钻系统探管开关泵状态识别方法，其特征是包括如下步骤：
S1：每1/100判断时间窗口内做一次振动判断，根据下面公式
x2+y2+z2＞(1+threshold)2orx2+y2+z2＜(1-threshold)2
x、y、z为相互正交的三轴加速度值，threshold为振动门限值，若三轴加速度值的平方和满足上式，则该判断时间窗口状态为振动；
S2：统计每个判断时间窗口内振动次数，振动次数VibsIn5Sec超过上限阈值α，则该判断时间窗口状态为有振动，振动次数VibsIn5Sec低于下限阈值β，则该判断时间窗口状态为无振动；若振动次数VibsIn5Sec在上下限α、β之间，则继承上一个判断时间窗口的状态；将每个判断时间窗口的状态在数组VibTestList[7]的特定位置中缓存；
S3：若仪器现在为关泵状态，则以开泵等待时间为窗口滑动统计步骤2所述判断时间窗口振动状态，如果开泵等待时间窗口内的判断时间窗口状态...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨斌，吕伟，焦刚，胡雄，陈士金，李玮燕，唐雅琴，刘焕雨，张学佳，周俊，
申请(专利权)人：航天科工惯性技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11