[发明专利]预测故障的系统和方法

说明书

一种用于预测故障和优化的系统和方法，其可基于能够预测不同类型的故障和故障前实例的有限数据来提供可用于非监督式学习模型的方案。该方案通过将故障前的某些天的数据标记为属于故障数据来改进先前的标记方法，这将使得噪声数据减少并改善良好工作条件数据。由于所提出的方法精确地对特征向量的复杂分布进行建模，并且更好地发现与用于检测故障的正态数据分布的偏差，因此本发明有助于提高数据质量。这种新的解决方案有助于分析和分类当前部署在CBM油田中的PC泵的故障类型，对于PC泵，可以提前预测故障天数。

技术领域

本发明总体上涉及用于稀疏标记数据可用性场景的数据挖掘、基于深度学习的监督式机器学习，更具体地，涉及用于在煤基甲烷气井处使用的螺杆泵的故障预测和优化，以及对石化、农业、健康和其他相关行业中的各种应用的其他故障预测。

背景技术

以下对相关技术的描述旨在提供与本公开领域有关的背景信息。本节可包括与本公开的各种特征相关的本领域的某些方面。然而，应该理解的是，本节仅用于加强读者对本公开的理解，而不作为对现有技术的承认。

煤层气(Coalbed methane或coal-bed methane，CBM)是从煤层砂中提取的天然气的一种形式，在包括印度在内的许多国家是重要能源来源。该术语是指吸附到煤的固体基质中的甲烷。因为其不含硫化氢，因此被称为“脱硫气体(sweet gas)”。这种气体的存在从其在地下煤矿开采中出现而众所周知。煤层气有别于典型的砂岩或其他常规气藏，这是因为甲烷通过称为吸附的过程储存在煤中。甲烷处于近乎液态的状态，分布在煤(称为基质)内的孔隙的内部。煤中的开放裂缝(open fracture)(称为割理(cleat))也可能包含游离气体或可能被水饱和。

为了提取气体，在地下100至1500米(330至4920英尺)的煤层中钻一个外包钢孔(steel-encased hole)。如图1A所示，当煤层内的压力由于自然生产或从煤层抽水而下降时，气体和采出水都通过管道到达地面。然后，气体被送到压缩机站并进入天然气管道。气体和采出水都由螺杆泵(Progressive Cavity Pump，PCP)输送。PCP是一种正排量泵，也称为前进式螺杆泵、进步式螺杆泵、单螺杆泵或螺杆泵。PCP由定子和转子组成，而PCP系统由PCP以及所有地面设备(例如，驱动头)和地下设备(例如油管、抽油杆、标签锚/无回转工具等)组成。随着转子的转动，PCP通过泵内一系列小的、固定形状的离散的空腔输送流体。这导致容积流率与旋转速率成正比例(双向)，并对泵送流体施加低水平的剪切。PCP在例如食品和饮料泵送、石油泵送、煤浆泵送、污水泥浆泵送、高粘化学品泵送、暴雨流筛选、油田定向钻井中的井下泥浆马达(它逆转了过程，将液压动力转化为机械动力)、有限能量井水泵送等各种领域都有应用。人工举升用于降低地层上的生产井底压力(ProducingBottomhole Pressure，BHP)，以获得更高的油井生产率。这可以通过例如梁式泵、螺杆泵(PCP)或井下离心泵等正排量的井下泵来实现，以降低储层中的井底压力。

所有CBM井的初始作业目标是通过在低流动井底压力下连续产出水来降低储层中的压力。由于以下的主要运营优势而选择PCP：

·PCP的固体处理能力；

·耐受高百分比游离气体的能力；

·低维护成本；

·低成本。

在人工举升系统的帮助下，通过对CBM井进行脱水来生产气体。螺杆泵(PCP)系统被用作所有井中的人工举升。为了优化气体生产，最大限度地减少PCP操作的停机时间是非常重要的。

然而，PCP泵可能会出现故障。根据统计报告，CBM井的PCP泵的故障占所有井场故障的70-80％以上，并导致每口井每年大约40天的停机时间。管柱完整性问题(抽油杆和/或油管柱故障)是造成计划外作业的最主要原因，如果通过改进监测来防止这种情况发生，可以改善运行时间并降低成本。在CBM油田，PCP系统故障是油井生产寿命中停机时间的主要来源，启用早期预测将大大减少停机时间。