基于Transformer和规则的钻完井工况识别方法与流程

本发明涉及钻井，尤其涉及一种基于transformer和规则的钻完井工况识别方法。

背景技术：

0、技术背景

1、在钻井过程中，准确识别和监测钻井工况对于确保钻井安全和提高钻井效率至关重要。目前的钻井工况识别，大部分是依靠人工根据录井数据变化趋势进行判断。这种人工判断的方法准确度较高，同时人工可以根据当前状态的前后数据进行多维度的判断。但是，人工判断的方法无法同实时数据结合，工况识别的效率不高。此外，传统的基于规则的方法往往受限于人工定义的规则和专家经验，无法充分捕捉复杂的工况变化。

技术实现思路

1、针对现有的技术问题，本发明提出一种基于transformer和规则的钻完井工况识别方法，旨在克服上述技术中的存在问题。

2、本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

3、基于transformer和规则的钻完井工况识别方法，包括以下步骤：

4、s1.根据传感器设备采集钻井参数数据；

5、s2.根据数据预处理规则，对采集到的数据进行缺失值、异常值处理预处理步骤；

6、s3.根据滑动窗口的方式，将预处理后的传感器数据序列进行输入嵌入；

7、s4.根据自注意力机制，利用transformer模型对序列向量进行特征提取；

8、s5.通过规则匹配和逻辑推理方法对工况进行更精确的分类和识别；

9、s6.根据使用transformer和阈值规则方法对钻完井工况进行识别。

10、本发明的进一步技术：

11、优选的，s2体步骤包括：

12、选择原始数据中数据填充为nan的数据和数据为-9999的数据，将其按照回归法的思路进行数据填充。

13、优选的，s3具体步骤包括：

14、确定时间窗口的长度m,按照如下公式进行判断：

15、

16、其中，l是窗口大小，s是滑窗步长，t表示数据的样本数量；

17、将采集到的数据按照时间窗口的大小进行分段，每个时间窗口包含连续的数据点；

18、然后，将窗口数据进行值嵌入和位置嵌入，具体来说，是利用一个线性投影层将数据映射到高维嵌入空间表示为x·w,其中w是一个学习的权重矩阵，x表示窗口数据；

19、之后引入批次重复的位置嵌入p将两者相加生成标记嵌入序列t＝x+p，p表示位置嵌入，取值和w一样；得到满足transformer模型输入的嵌入表示向量。

20、优选的，s4体步骤包括：

21、首先通过多头注意力机制给不同时序片段分配学习到的不同权重，具体公式描述为

22、

23、q＝t·wq

24、k＝t·wk

25、v＝t·wv

26、其中，q，k，v分别表示询问矩阵、关键矩阵和值矩阵；wq、wk、wv表示权重矩阵，dk为key向量的维度；

27、然后利用前向网络来学习更复杂的特征映射，接着通过残差连接和层正则化来当作多头注意力机制和前向网络的输出部分，最后通过一个故障分类器，其结构包含一个全连接层和一个softmax层，每一种0故障类别的概率值通过下式计算得到：

28、yc＝softmax(yfwc+bc)

29、其中，wc、bc分别表示可学习权值矩阵和偏置向量；yf表示残差连接和层正则化层的输出；yc表示softmax层的输出。

30、优选的，通过规则匹配和逻辑推理等方法对工况进行更精确的分类和识别。具体步骤如下：

31、根据细化的标准工况类型，研究建立钻完井实时数据阈值特征提取逻辑，将工况细化为可使用可阈值判断的工况和不可阈值判断的工况，对于可通过阈值判断的工况，根据工况特征，利用设计工序辅助识别，建立基于工程参数阈值法的钻完井工况识别模型。

32、优选的，根据预定义的规则和专家知识，通过规则匹配和逻辑推理等方法对工况进行更精确的分类和识别。根据细化的标准工况类型，研究建立钻完井实时数据阈值特征提取逻辑，将工况细化为可使用可阈值判断的工况和不可阈值判断的工况，对于可通过阈值判断的工况，根据工况特征，利用设计工序辅助识别，建立基于工程参数阈值法的钻完井工况识别模型。具体来说：比如根据钻头与井深的关系，如果钻头位置等于当前井深，那么可以识别出钻井工况为旋转钻进。比如根据当泵处于开启状态且转盘转速大于0，大构载荷大于坐卡门限(这里坐卡门限表示接立柱或接单根时的钻具坐卡时的大钩载荷)且大钩处于下放状态，这时钻井工况就判断为划眼。

33、优选的，根据使用transformer和阈值规则方法对钻完井工况进行识别，使用两种方法结合来进行工况判断，将识别的工况结果输出,使用transformer方法判断需要时序判断的工况例如循环、下钻等等，使用预定义的规则和专家知识判断需要参数阈值设置工况例如旋转钻进、滑动钻进等等。帮助钻井操作人员及时了解钻井工况并采取相应的措施。

34、本发明的有益技术效果是：

35、本发明提出了基于transformer和规则的钻完井工况识别方法，该理论的建立是将利用transformer模型自动学习输入序列的特征表示，从而更准确地识别钻井工况，同时，通过与规则的结合，可以提高工况识别的精确性和可解释性。该技术对指导现场技术人员作业具有重大意义。

1.基于transformer和规则的钻完井工况识别方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于transformer和规则的钻完井工况识别方法，其特征在于：s2体步骤包括：

3.根据权利要求1所述的基于transformer和规则的钻完井工况识别方法，其特征在于：s3具体步骤包括：

4.根据权利要求3所述的基于transformer和规则的钻完井工况识别方法，其特征在于：s4体步骤包括：