基于邏輯化算法的油田設(shè)備數(shù)據(jù)分析判斷法

許國劍，趙春雪，丁煜暉

（新疆油田數(shù)據(jù)公司，新疆 克拉瑪依 834000）

0 引 言

根據(jù)新疆油田的運(yùn)維管理體系，油田企業(yè)配套研發(fā)一套物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)維管理系統(tǒng)，對目前現(xiàn)場運(yùn)維的分散管理模式進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患，縮短故障持續(xù)時(shí)間，保障新疆油田油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)安全平穩(wěn)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)全面提升運(yùn)維管理水平的目標(biāo)。該系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)（A11）接口，接入采油二廠的井站實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過編寫數(shù)據(jù)采集程序，接入鳳城作業(yè)區(qū)和陸梁作業(yè)區(qū)井站生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并根據(jù)預(yù)設(shè)的邏輯異常校驗(yàn)算法，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，篩選監(jiān)控平臺中異常的點(diǎn)位信息，將異常點(diǎn)位數(shù)據(jù)延伸到設(shè)備故障類別，自動(dòng)生成故障清單。

1 系統(tǒng)路線

系統(tǒng)定時(shí)去采集數(shù)據(jù)，然后根據(jù)數(shù)據(jù)質(zhì)量分析算法進(jìn)行分析，篩選出異常點(diǎn)位，經(jīng)過進(jìn)一步確認(rèn)分析之后，形成異常點(diǎn)設(shè)備的故障清單，故障清單經(jīng)過確認(rèn)后，可以進(jìn)入運(yùn)維流程進(jìn)行派工、處置以及完成驗(yàn)證。其流程如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析流程

2 各種算法介紹

系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集到的數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)質(zhì)量分析算法進(jìn)行異常篩選，采用的是“基礎(chǔ)邏輯算法+多維邏輯算法”。

2.1 基礎(chǔ)邏輯算法

判定設(shè)備數(shù)據(jù)是否離線，當(dāng)服務(wù)器接收到的最后一條數(shù)據(jù)距離現(xiàn)在超過20分鐘，系統(tǒng)則認(rèn)為離線；判斷是否為固定值，如果在某個(gè)時(shí)間段內(nèi)，數(shù)值一直不變化，所持續(xù)時(shí)間為20分鐘，則認(rèn)為是固定值。數(shù)值一直不變，即使中間有可能有跳動(dòng)，系統(tǒng)自動(dòng)對偶爾的跳動(dòng)進(jìn)行過濾。判斷異常值設(shè)備的數(shù)值是否正常，如果在某一個(gè)范圍內(nèi)，屬于正常，比如山里的溫度假設(shè)為-20 ℃～45 ℃，如果接收到的數(shù)值在這個(gè)區(qū)間外，而且持續(xù)時(shí)間超過20分鐘，就認(rèn)為這個(gè)數(shù)值異常，需要進(jìn)行維修。

2.2 多維邏輯判斷算法

在多維判斷邏輯算法中，通過設(shè)置前置條件，在滿足前置條件的基礎(chǔ)上依據(jù)判斷條件篩選異常數(shù)據(jù)。前置條件的關(guān)系包含兩種：第一種是且關(guān)系，每組關(guān)系必須滿足全部成立的條件下，進(jìn)行下一步判斷或者分析是否異常；第二種是或關(guān)系，每組關(guān)系中，有一種滿足，即可進(jìn)入下一步判斷或者分析異常。

判斷范圍類型的時(shí)候，必須輸入值1和值2，如果范圍類型為內(nèi)，則表示數(shù)據(jù)在值1和值2之間（數(shù)值大于值1且小于值2），如果為外，則表示在值1和值2之外（數(shù)值小于值1或者數(shù)值大于值2）。如果功率突然上升，且持續(xù)，電流下降后值仍在低范圍內(nèi)，那就表明設(shè)備有問題。前置條件可以設(shè)置多個(gè)，如果是多個(gè)前置條件，關(guān)系為且的話，那么設(shè)置的這些必須滿足條件才能判斷結(jié)果中的條件。

3 算法過程描述

多維邏輯算法以井為單位，結(jié)合油氣井的開關(guān)狀態(tài)，對各設(shè)備的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)性綜合數(shù)據(jù)分析，打破了傳統(tǒng)的單一判別算法，能夠發(fā)現(xiàn)更多的潛在故障以及減少故障誤判，同時(shí)系統(tǒng)增加了跳變識別參數(shù)，對于偶爾性的跳變系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行過濾，不列入數(shù)據(jù)的邏輯判斷范圍內(nèi)。

系統(tǒng)采用線程池來管理監(jiān)測數(shù)據(jù)的線程。線程池不僅能夠保證服務(wù)內(nèi)核的利用率，還能防止過分調(diào)度從而影響系統(tǒng)的運(yùn)行速度以及對數(shù)據(jù)庫的讀取性能，大量發(fā)送請求，在沒有線程池情況下將產(chǎn)生大量線程，雖然大部分操作系統(tǒng)的線程數(shù)目在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量線程可能使內(nèi)存到達(dá)極限，并出現(xiàn)“Out of Memory”的錯(cuò)誤。

系統(tǒng)對所有受監(jiān)控的井進(jìn)行循環(huán)讀取，對于每一口井，首先判斷是否關(guān)井，如果關(guān)井則跳過，繼續(xù)循環(huán)下一個(gè)井（因?yàn)楝F(xiàn)場關(guān)井時(shí)，電源都是切斷的，所以關(guān)井的狀態(tài)下判斷結(jié)果是無效的），直到判斷這口井為開井狀態(tài)時(shí)則創(chuàng)建任務(wù)，交給線程池，然后系統(tǒng)繼續(xù)循環(huán)，直到結(jié)束，最終將可以判斷的油氣井全部交付給線程池。

線程池接收到任務(wù)并進(jìn)行調(diào)度，分配線程資源，比如同時(shí)分配5個(gè)同時(shí)進(jìn)行執(zhí)行，其他的進(jìn)行排隊(duì)，繼續(xù)分配空余線程資源，直至任務(wù)完成。邏輯判斷線程接收到任務(wù)之后，從系統(tǒng)緩存中獲取對應(yīng)井站的多維邏輯判斷參數(shù)，如果獲取的數(shù)據(jù)為空則跳過，不進(jìn)行數(shù)據(jù)異常檢測。整體算法為兩大部分。第一，以多維邏輯參數(shù)的多條件以及系統(tǒng)設(shè)置的異常持續(xù)時(shí)間為依據(jù)，最終篩選出結(jié)果，為第二部分判斷提供數(shù)據(jù)支撐。得到邏輯參數(shù)配置信息后，系統(tǒng)進(jìn)行for循環(huán)，第一個(gè)條件獨(dú)立判斷，最終返回符合條件的結(jié)果集。循環(huán)時(shí)，都是依靠上一次的結(jié)果集以及結(jié)合條件關(guān)系進(jìn)行判斷，如果條件關(guān)系為“或”取并集，“且”則相反取交集。最終第一部分返回一組時(shí)間階段集合，傳遞到第二步分依次進(jìn)行判斷。第二，根據(jù)上面返回的時(shí)間段集合進(jìn)行判斷，此部分的關(guān)系只有一種關(guān)系，那就是“或”，在第一部分返回的基礎(chǔ)上，第二部分再進(jìn)行條件判斷，只要符合設(shè)置的邏輯關(guān)系，系統(tǒng)就認(rèn)為此數(shù)據(jù)為故障數(shù)據(jù)（離線、異常或固定值），將關(guān)聯(lián)的設(shè)備以及故障信息保存到故障清單表中。

異常邏輯判斷算法如下：根據(jù)設(shè)備參數(shù)的采集點(diǎn)信息獲取近期24小時(shí)的歷史數(shù)據(jù)，目前歷史數(shù)據(jù)的間隔為5分鐘；獲取到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)后進(jìn)行循環(huán)，每次拿到結(jié)果和設(shè)置的參數(shù)進(jìn)行對比，比如壓力為5 MPa時(shí)，超過正常值0～3 MPa，標(biāo)志位bean進(jìn)行記錄，列入異常，標(biāo)志位bean的屬性exceptionCount加1，正常則屬性trueCount加1，如果exceptionCount大于3，則初始化trueCount為0。如果trueCount大于3，則exceptionCount初始化為0。每次的循環(huán)結(jié)束，都將判斷標(biāo)志位bean的數(shù)值是否符合預(yù)期的條件（達(dá)到預(yù)期的持續(xù)時(shí)間），如果thisDate-lastDate大于或者等于系統(tǒng)設(shè)置的持續(xù)時(shí)間，則認(rèn)為異常。