一種基于多尺度采樣的抽油機(jī)電參數(shù)數(shù)據(jù)預(yù)處理方法
【專利說明】
一、技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及抽油機(jī)電參數(shù)數(shù)據(jù)處理，尤其是一種基于多尺度采樣的抽油機(jī)電參數(shù)數(shù)據(jù)預(yù)處理方法。
二、【背景技術(shù)】
[0002]目前，油田上所采油的抽油機(jī)采油系統(tǒng)的電參數(shù)數(shù)據(jù)具有自身特性，是一組尺度不同數(shù)據(jù)，從電壓、電流的高速變化數(shù)據(jù)到電功率的周期變化信號，再到周期功這種緩變信號，如果都采用同一種數(shù)據(jù)采樣頻率勢必造成系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度加大和成本上升，因此不同尺度的數(shù)據(jù)應(yīng)該采用不同尺度的采樣速度。高速采樣會極大增加硬件緩存的開銷，在有限的緩存配置下，一段連續(xù)采樣數(shù)據(jù)可能無法實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)某一緩變信號特征的完整周期記錄，給信號特征分析帶來困難。同時原始采樣數(shù)據(jù)會受到電磁干擾，如何有效地緩解干擾的影響是目前亟待解決的重要內(nèi)容。
三、
【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是針對上述技術(shù)中存在的不足，設(shè)計(jì)一種基于多尺度采樣的抽油機(jī)電參數(shù)數(shù)據(jù)預(yù)處理方法。使其在高速采樣的過程中能夠緩解電磁干擾，在有限的緩存配置下，實(shí)現(xiàn)一段連續(xù)采樣數(shù)據(jù)對系統(tǒng)某一緩變信號特征的完整周期記錄，并進(jìn)行信號特征分析，以評價(jià)抽油機(jī)系統(tǒng)的工作狀態(tài)。
[0004]本發(fā)明一種基于多尺度采樣的抽油機(jī)電參數(shù)數(shù)據(jù)預(yù)處理方法，其特征在于:
[0005]根據(jù)系統(tǒng)實(shí)時評價(jià)過程中不同層次模型對數(shù)據(jù)尺度的要求不同，分別采用三種不同的多尺度采樣;針對信號的不同特點(diǎn)，采用三種數(shù)據(jù)預(yù)處理及信號分析方法。
[0006]所述的多尺度采樣，采樣尺度分為三個尺度:第一尺度:電流電壓采樣尺度，反應(yīng)電動機(jī)的特性變化，微秒級，采樣頻率在1KHz ;第二尺度:電功率采樣尺度，反應(yīng)抽油機(jī)的特性變化，毫秒級，采樣頻率在50Hz;第三尺度:周期功圖(電工圖)采樣尺度，反應(yīng)油井及油藏對象的變化，時級，采樣頻率0.0OlHz。
[0007]所述第一尺度:結(jié)合電動機(jī)電源諧波分析頻率的要求，即要求分析到13次諧波，電源工頻頻率50Hz，13次諧波頻率為650Hz，乘以2即1300Hz，考慮到信號干擾等因素，因此工程中電壓電流的批次采樣頻率不低于2KHz，同時還要附加同批次內(nèi)電壓電流六路信號的同步采樣，作為數(shù)據(jù)采樣的第一尺度要求。
[0008]所述第二尺度:輸出轉(zhuǎn)速和輸入扭矩的計(jì)算速度要求每20ms出一組數(shù)據(jù)，即作為電動機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和扭矩?cái)?shù)據(jù)采樣頻率應(yīng)不低于50Hz，這是數(shù)據(jù)采樣的第二尺度要求。
[0009]所述第三尺度:基于油藏的變化周期長、緩慢的特征，提出數(shù)據(jù)采集存儲方案是每隔I個小時對油井的特征數(shù)據(jù)采集存儲一次，可以在有限的存儲空間里記錄歷史更久遠(yuǎn)、信息更全的數(shù)據(jù)，作為第三尺度要求。
[0010]所述的三種數(shù)據(jù)預(yù)處理及信號分析方法，針對現(xiàn)場數(shù)據(jù)電磁脈沖干擾問題，采用預(yù)測均值濾波算法對信號的奇異值進(jìn)行預(yù)處理，針對非完整周期間歇采樣信號的處理問題，采用擬合先行的希爾伯特黃變換(HHT)信號分離方法，針對信號實(shí)時梯度計(jì)算問題，采用基于多尺度均值濾波的信號梯度計(jì)算方法，其特征如下:
[0011]所述的預(yù)測均值濾波算法:計(jì)算當(dāng)前一段時間內(nèi)的均值(不包括當(dāng)前值)，計(jì)算當(dāng)前點(diǎn)后一段的均值(也不包括當(dāng)前點(diǎn))，比較當(dāng)前點(diǎn)值同這兩個數(shù)值之間的關(guān)系，如超出信號趨勢范圍，則修整，不超出則保留原值，根據(jù)不同的信號特征采用不同的修正方法。
[0012]所述的預(yù)測均值濾波算法多了一步預(yù)測功能，對于奇異值的判斷更加準(zhǔn)確，具有自適應(yīng)性，由于有了預(yù)測信息，因此信號調(diào)整更加接近于真實(shí)值，由于采用了插值，使得信號特征趨于平滑，符合物理變化的規(guī)律;對于高斯噪音和脈沖噪音同時具有較好抑制作用，尤其對帶有強(qiáng)電磁干擾的電信號的數(shù)據(jù)預(yù)處理來說，較之常規(guī)方法表現(xiàn)出了更佳的效果。
[0013]所述的擬合先行的希爾伯特黃變換(HHT)信號分離方法:選擇擬合初值，采用信賴域方法進(jìn)行曲線擬合，進(jìn)行基頻信號分離，計(jì)算剩余信號，對剩余信號作HHT分析。
[0014]所述的擬合先行的希爾伯特黃變換(HHT)信號分離方法:擬合先行的HHT信號分離方法對于非完整器間歇采樣信號來說，既發(fā)揮了擬合算法在精度方面的優(yōu)勢，又發(fā)揮了 HHT變化分析時頻信號的有效性，解決了連續(xù)高速采樣信號處理過程中存在的問題，為通過電信號分析抽油機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)提供了一個切實(shí)有效的解題思路。
[0015]所述的多尺度均值濾波的信號梯度計(jì)算方法:滑動均值結(jié)果中包含信號梯度信息，通過多尺度均值濾波算法，可以得到信號梯度，并依此分理處低階信號;對于具有優(yōu)先階連續(xù)導(dǎo)數(shù)的信號，在經(jīng)歷N階連續(xù)求導(dǎo)之后信號分量變?yōu)榱?，?jīng)過多次迭代處理后余項(xiàng)是具有正弦或者余弦特征的信號；信號均值濾波的余差中包含著信號的梯度信息，通過再次對余差進(jìn)行統(tǒng)一尺度的均值濾波處理，可得到原始信號梯度系列。
[0016]所述的多尺度均值濾波的信號梯度計(jì)算方法:分析了滑動均值濾波的特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)均值濾波殘差中包含有信號的梯度信息，從而提出基于均值濾波的信號梯度計(jì)算方法，具有計(jì)算速度快、邊界效果好等優(yōu)點(diǎn)，梯度信息用來計(jì)算速度和角速度等。
[0017]本發(fā)明一種基于多尺度采樣的抽油機(jī)電參數(shù)數(shù)據(jù)預(yù)處理方法與現(xiàn)有技術(shù)相比能夠緩解電磁干擾，在有限的緩存配置下，實(shí)現(xiàn)一段連續(xù)采樣數(shù)據(jù)對系統(tǒng)某一緩變信號特征的完整周期記錄，在有限的存儲空間里記錄歷史更久遠(yuǎn)、信息更全的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行信號特征分析，此外還具有以下顯著優(yōu)點(diǎn):
[0018]1、所述的預(yù)測均值濾波算法多了一步預(yù)測功能，對于奇異值的判斷更加準(zhǔn)確，具有自適應(yīng)性，由于有了預(yù)測信息，因此信號調(diào)整更加接近于真實(shí)值，對于高斯噪音和脈沖噪音同時具有較好抑制作用，尤其對帶有強(qiáng)電磁干擾的電信號的數(shù)據(jù)預(yù)處理來說，較之常規(guī)方法表現(xiàn)出了更佳的效果；
[0019]2、所述的擬合先行的希爾伯特黃變換(HHT)信號分離方法:擬合先行的HHT信號分離方法對于非完整器間歇采樣信號來說，既發(fā)揮了擬合算法在精度方面的優(yōu)勢，又發(fā)揮了HHT變化分析時頻信號的有效性，解決了連續(xù)高速采樣信號處理過程中存在的問題，為通過電信號分析抽油機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)提供了一個切實(shí)有效的解題思路。
[0020]3.、基于均值濾波的信號梯度計(jì)算方法，具有計(jì)算速度快、邊界效果好等優(yōu)點(diǎn)。
四、【