[发明专利]基于XGBoost的油井电泵寿命预测方法及检测装置

权利要求书

1.一种基于XGBoost的油井电泵寿命预测方法，其特征在于，是通过油井电泵预测系统获取数据的油井电泵寿命预测方法，所述的油井电泵预测系统包括：

泵壳体寿命记录模块：用于分别记录每个油井电泵因泵壳体受损导致电泵使用寿命结束的数据；

叶轮寿命记录模块：用于分别记录每个油井电泵因叶轮受损导致油井电泵使用寿命结束的油井电泵运行时内部流体的流体物理参数，及运行时间；

轴承寿命记录模块：用于分别记录每个油井电泵因轴承和轴件原因导致电泵使用寿命结束的数据；

工作状态检测模块：用于统计：泵壳体寿命记录模块中记录的全部油井电泵在运行时的运行状态参数，叶轮寿命记录模块中记录的全部油井电泵使用寿命结束的数据，以及轴承寿命记录模块中记录的全部油井电泵使用寿命结束的数据；

流体特性记录模块：用于统计叶轮寿命记录模块中记录的全部油井电泵运行时内部流体的流体物理参数；

管道参数记录模块：用于统计泵壳体寿命记录模块中全部油井电泵内部管道的形状和尺寸参数以及管道的材质；

轴承运行状态检测模块：由轴承磨损度检测单元和轴件偏转度检测单元构成；其中，所述的轴承磨损度检测单元，用于统计轴承寿命记录模块中记录的全部油井电泵的轴承磨损程度和运行时间；轴件偏转度检测单元，用于统计轴承寿命记录模块中记录的全部油井电泵运行时的轴件的偏转角度和偏转到该角度的运行时间，以及轴件受力参数；

油井电泵寿命预测方法包括如下步骤：

1)选择不同型号、未使用过且能够正常运行的多组油井电泵，用于进行油井电泵使用全过程的监测；

2)所述的油井电泵在使用之前，利用管道参数记录模块对油井电泵内部输送管道的形状、尺寸和材质进行测定和记录，油井电泵在使用时，利用流体特性记录模块对油井电泵输送的流体的流体物理参数进行记录；

3)油井电泵在使用时，利用工作状态检测模块对油井电泵的运行状态参数进行统计，同时利用轴承寿命记录模块对轴承磨损度的变化和轴件偏转度进行测定和记录；

4)当油井电泵使用寿命结束时，利用工作状态检测模块和管道参数记录模块统计因泵壳体受损导致油井电泵使用寿命结束的运行状态参数，记为数据组P1，利用工作状态检测模块和流体特性记录模块统计因叶轮受损导致油井电泵使用寿命结束的数据和因叶轮受损导致电泵使用寿命结束电泵的运行时间，记为数据组P2，利用工作状态检测模块和轴承磨损度检测单元以及轴件偏转度检测单元统计因轴承和轴件原因导致油井电泵使用寿命结束的数据和因轴承和轴件原因导致电泵使用寿命结束的运行时间，记为数据组P3；

5)对数据组P1、数据组P2和数据组P3统一记为数据组P；

6)分别统计同一型号的因泵壳体受损导致油井电泵使用寿命结束的油井电泵的使用寿命，并进行均化处理，将均化处理后的不同型号的因泵壳体受损导致油井电泵使用寿命结束的使用寿命记为数据组H1；分别统计同一型号的因叶轮受损导致油井电泵使用寿命结束的油井电泵的使用寿命，并进行均化处理，将均化处理后的不同型号的因叶轮受损导致油井电泵使用寿命结束的平均使用寿命记为数据组H2；分别统计同一型号的因轴承和轴件原因导致油井电泵使用寿命结束的油井电泵的使用寿命，并进行均化处理，将均化处理后的不同型号的因轴承和轴件原因导致油井电泵使用寿命结束的平均使用寿命记为数据组H3；

7)利用加权平均法对数据组H1、数据组H2和数据组H3进行处理，得到油井电泵的使用寿命数据组H；

8)以数据组P为输入、以油井电泵的使用寿命数据组H为输出目标，对XGBoost算法进行模拟训练，得到基于XGBoost算法的预测目标方程式，所述的预测目标方程式由两部分构成，具体如下：

式中，为损失函数，损失函数为数据组P中影响油井电泵使用寿命的因素的积累函数，为正则化项，其中，

其中，L(φ)为影响油井电泵使用寿命因素的数据，为预测输出，为油井电泵的使用寿命数据组H，y_i为label值，f_k为第k树模型,即表示将油井电泵的运行过程分为k个过程，T为树叶子节点数，表示影响油井电泵使用寿命的影响因素，w为叶子权重值，表示影响油井电泵使用寿命的因素的比重，γ为叶子树惩罚正则项,表示在油井电泵使用过程中对该油井电泵使用寿命影响忽略的因素，包括油井电泵运行时输入电流的微变化、灰尘颗粒对油井电泵的影响，λ为叶子权重惩罚正则项,表示忽略的因素对油井电泵使用寿命影响的比重，在该模型中λ为0；

9)对油井电泵的使用寿命进行预测，将油井电泵内部管道的形状和尺寸参数以及管道的材质、输送的流体物理参数、运行状态参数，以及轴承的磨损程度和磨损时间，以及轴件的偏转角度和偏转到该角度的运行时间，轴件受力参数作为输入值，输入到预测目标函数中，预测目标函数的输出目标即为预测的油井电泵的使用寿命。