摘 要：智能化的模糊診斷專家系統(tǒng)方法是在傳統(tǒng)的異常預(yù)警方法基礎(chǔ)上結(jié)合計算機技術(shù)發(fā)展而來的，由此方法建立的鉆井工程異常預(yù)警系統(tǒng)可以提高鉆井工程異常預(yù)警的效率、質(zhì)量和智能化水平。該方法主要運用了智能化和面向?qū)ο蟮募夹g(shù)，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，對鉆井工程進行異常預(yù)警，提高了預(yù)警的效率和質(zhì)量。本文重點介紹了該方法的主要思路和預(yù)警系統(tǒng)模型的建立。

關(guān)鍵詞：智能化；模糊診斷專家系統(tǒng)；綜合錄井；鉆井工程異常預(yù)警；面向?qū)ο?/p>

中圖分類號：TE928

鉆井工程是一項風險高、投入高、技術(shù)水平高、隱蔽性強的地下工程。在鉆井的整個過程中都有可能產(chǎn)生事故，有時會造成無法估量的嚴重后果，嚴重威脅著人們的生命財產(chǎn)安全。目前鉆井異常預(yù)警主要是以人工經(jīng)驗判斷為主，這種預(yù)警方式效率低下，錯誤率高，不能滿足鉆井工程預(yù)警對實時性要求高的工程，迫切的需要一種強實時性，高可靠性、智能化的預(yù)警手段來滿足鉆井異常預(yù)警的需要。

1 研究的基本思路和理論基礎(chǔ)

1.1 研究的基本思路。鉆井工程具有隨機性強、模糊性打和風險性高的特點。目前鉆井現(xiàn)場對異常預(yù)警主要是由工作人員結(jié)合實際鉆井參數(shù)的變化和自己長期積累的工作經(jīng)驗和知識而做出的判斷，這種方式?jīng)]有統(tǒng)一的標準，且主觀性較大。同時由于工作人員的精力和技術(shù)水平的限制，無法保證預(yù)警的質(zhì)量和效率。并且培養(yǎng)有經(jīng)驗的工作人員也是一個長期的過程。將綜合錄井技術(shù)、人工智能技術(shù)和計算機技術(shù)三者結(jié)合起來，可以很好的將工作人員長期積累的異常預(yù)警的經(jīng)驗、知識轉(zhuǎn)化為一種智能化、自動化的預(yù)警方法。

1.2 理論基礎(chǔ)。異常預(yù)警判斷的依據(jù)是監(jiān)測設(shè)備得到的大量監(jiān)測數(shù)據(jù)。為了提高預(yù)警的質(zhì)量必須確保得到的監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性，因此必須要對監(jiān)測器進行故障診斷。專家系統(tǒng)在故障診斷中得到廣泛應(yīng)用。

1.2.1 設(shè)備故障診斷。設(shè)備故障診斷包括狀態(tài)監(jiān)測、分析診斷和治理預(yù)防三個階段。（1）狀態(tài)監(jiān)測：顧名思義，就是就檢測設(shè)備的運行狀態(tài)。通過傳感器采集設(shè)備在運行中的各種參數(shù)，并去掉其中的干擾參數(shù)以便得到能真實反映設(shè)備運行狀態(tài)的特征參數(shù)；（2）分析診斷：根據(jù)第一個階段得到的能反映設(shè)備狀態(tài)的參數(shù)的變化情況，將特征參數(shù)與故障狀態(tài)參數(shù)進行對比，來識別設(shè)備是否故障。如果故障則進一步判斷故障產(chǎn)生的原因、發(fā)生的部位，危險程度以及故障的發(fā)展趨勢；（3）根據(jù)前兩個階段得出的結(jié)論來確定應(yīng)對方法，以保證設(shè)備的正常運行。有時候設(shè)備的故障正常之間的界限不是很明確，加上數(shù)據(jù)采集過程中的缺陷，造成了故障診斷的復(fù)雜性不斷加大。因此應(yīng)用傳統(tǒng)的經(jīng)典數(shù)學(xué)并不能很好的描述診斷系統(tǒng)，而模糊推理和模糊理論可以很大程度上來解決設(shè)備故障不確定性問題。

1.2.2 專家系統(tǒng)。專家系統(tǒng)簡單的講：具有智能特點的計算機程序，能夠在特定的領(lǐng)域內(nèi)模仿人類專家的推理能力，并能用這些知識來解決實際問題。具有啟發(fā)性、靈活性和透明性的特點。基本結(jié)構(gòu)包括：知識庫、人機界面、推理機、知識庫、綜合數(shù)據(jù)庫和解釋器六個部分組成，如圖1所示。

圖1 專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

專家系統(tǒng)通過解釋器向用戶解釋以下兩個問題：（1）系統(tǒng)為什么會向用戶提出該問題——Why；（2）計算機是怎么樣獲得最后結(jié)論的——How。人類各領(lǐng)域的專家通過專門的計算機程序獲取專家系統(tǒng)中的知識，并且根據(jù)人類的經(jīng)驗和知識不斷的完善和充實知識庫中的知識。其工作流程如圖2所示。

圖2 工作流程圖

鉆井工程事故異常預(yù)警是一個連續(xù)不斷的、長時間的、艱苦的過程，極大的消耗著人們的精力，并且單純的依靠人工和簡單的參數(shù)監(jiān)測是無法準確的對事故進行預(yù)警的，而專家系統(tǒng)可以很好的克服這個缺點。專家系統(tǒng)可以不受精力的限制，不受環(huán)境的影響，可以高效率的、連續(xù)的工作。與此同時通過對知識庫進行升級，可以不斷吸收新的專家知識與經(jīng)驗，使系統(tǒng)的預(yù)警能力不斷增強，從而進一步提高鉆井工程異常預(yù)警的能力和效率。

2 建立系統(tǒng)模型

采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)建立模型，具有封裝性好、重用性高、靈活性強、高可維護性和高擴展性的個點，適合用于解決實時性強、復(fù)雜系統(tǒng)的問題。

2.1 建立預(yù)警模型類庫。從面向?qū)ο蟮姆治龅皆O(shè)計是一個逐步擴充、細化模型的過程。主要步驟如下：（1）細化對象：把系統(tǒng)中對象間的交互作用和對象行為進一步細化，形成明確切完全的定義。依據(jù)參數(shù)與事故的關(guān)系確定事故對象的行為，建立各事故之間的關(guān)聯(lián)；（2）認定類型：把預(yù)警模型設(shè)計為不同種類的模型。比如溢流、井涌、井噴、氣侵、油侵等多種異常的類都可以設(shè)計在溢流類型中；（3）重用支持設(shè)計：依據(jù)某類設(shè)計出類庫后，再對該類重用、實例化。依據(jù)上述步驟。建立起系統(tǒng)化的模型類庫。

2.2 建立模型。（1）根據(jù)以往經(jīng)驗，總結(jié)出根據(jù)參數(shù)變化來判斷事故的方法，并建立起事故對象和其行為及成員屬性之間的關(guān)系；（2）對個各種工程事故的鉆井條件、設(shè)備條件、錄井參數(shù)等研究對象進行系統(tǒng)的、深入的分析研究，找的這些研究對象之間的關(guān)聯(lián)，如包含關(guān)系、繼承關(guān)系、創(chuàng)建關(guān)系等靜態(tài)關(guān)系；（3）前面提到的是研究對象之間的靜態(tài)關(guān)系。但在實際鉆井中必須找到他們之間的動態(tài)關(guān)系，比如部分工程參數(shù)和鉆井工況之間的關(guān)系，如表1所示。通過建立對象之間的關(guān)系，最終形成完整的系統(tǒng)模型。

表1 工程參數(shù)與鉆井工況之間的動態(tài)關(guān)系

3 結(jié)束語

專家系統(tǒng)與傳統(tǒng)的預(yù)警方式相比，有很大的優(yōu)勢。采用專家系統(tǒng)進行工程事故的預(yù)警，不僅完成了預(yù)警方式的自動化、智能化功能，更重要的是它融合了技術(shù)人員判斷工程事故的經(jīng)驗，并且可以隨時的對系統(tǒng)進行升級。

采用模糊推理的方式不僅具有很好的過渡性，還確切反映了客觀事物的程度信息和交叉漸變的特性。

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作者單位：西南石油大學(xué)，成都 610500；山東理工大學(xué)，山東淄博 255049