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专利号: 2020113830519
申请人: 中国地质大学(武汉)
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种面向正常钻柱振动信号的粘滑和跳钻异常识别方法,其特征在于,包括以下步骤:S1:通过加速度传感器测量得到的钻柱振动三维加速度信号,选取一段正常平稳的钻柱振动三维加速度信号,对该段信号分段后加权求均值得到信号x’(t),采用经验模态分解阈值去噪方法对x’(t)进行去噪处理得到去噪信号x(t),作为基准信号;

S2:根据步骤S1中得到去噪信号,选取同长度的正常钻柱振动三维加速度信号,采用步骤S1中提到的经验模态分解阈值去噪方法去噪后,利用动态时间规整算法DTW计算与步骤S1中x(t)之间的距离,求取得到距离的均值E以及距离与均值E的最大差值D;

S3:利用DTW计算去噪后的检测信号与基准信号x(t)之间的距离,计算得到距离与E之间的差值D’,比较步骤S2得到的D与D’之间的大小,当D小于D’则判断此时发生异常;

S4:对步骤S3判断出异常的信号求频谱图,从频谱图中得到异常频率,再与通过公式得到的特征频率进行比较,判断异常类型;

针对粘滑振动,粘滑振动时特征频率低于本征角频率且是低频振动,本征角频率的计算公式为:式中,ω为本征角频率,G为钻柱的剪切模量,d1和D1为钻杆的内外径,d2和D2为钻铤的内外径,ρ为钻柱材料密度,I1和I2分别为钻杆和钻铤的截面极惯性矩,L1和L2分别为钻杆和钻铤的部分长度;

针对跳钻和跳钻时特征频率分布在共振频率即固有频率附近,固有频率的计算公式为:其中,S1、S2为钻杆和钻铤的横截面积,F为弹性模量,ωn为钻柱系统的固有频率,a为弹性波的轴向传播速度,l1和l2分别为钻杆和钻铤总长度,K为减震器刚度。

2.根据权利要求1所述的一种面向正常钻柱振动信号的粘滑和跳钻异常识别方法,其特征在于,步骤S1中所述钻柱振动三维加速度信号包括扭转振动信号、纵向振动信号和横向振动信号。

3.根据权利要求1所述的一种面向正常钻柱振动信号的粘滑和跳钻异常识别方法,其特征在于,所述步骤S1中,信号分段具体为:选取一段20秒的正常钻柱振动三维加速度信号,分为10段,平均每段2秒,再对分段后的信号加权求均值得到信号x’(t)。

4.根据权利要求1所述的一种面向正常钻柱振动信号的粘滑和跳钻异常识别方法,其特征在于,所述步骤S1中,选取的阈值如下所示:其中,λ为阈值,MAD表示平均绝对误差,cD表示分解得到的高频系数,估计噪声方差时使用经验模态分解得到的本征模态函数的第1个分量即IMF1,N指采样长度,k表示IMF分量的序号;

利用软阈值函数将高于阈值的IMF分量系数进行去噪处理,公式如下:

式中IMFk,j为IMF系数,sign(·)为符号函数,λ为阈值,k和j分别表示IMF分量的序号和采样点数。

5.根据权利要求1所述的一种面向正常钻柱振动信号的粘滑和跳钻异常识别方法,其特征在于,所述步骤S2中,求取距离的计算公式为:

γ(i,J)=dist(qi,cJ)+min{γ(i‑1,J),γ(i,J‑1),γ(i‑1,J‑1)其中γ表示累计最小规整距离,dist表示当前格点距离,q和c表示输入的两个信号,i和J表示对齐两个信号所创建矩阵中的元素qi表示信号在创建矩阵中的第i点,cJ表示信号在创建矩阵中的第J点。