贝克休斯公司开发出预测维护软件的天然气和采油设备使用数据分析和机器学习

挑战

开发预测性维护系统以降低泵设备成本和停机时间

解决方案

使用MATLAB分析近1兆字节的数据,并创建一个神经网络,可以在机器故障发生之前预测它们

结果

  • 预计节省1000多万美元
  • 发育时间缩短了10倍
  • 多种类型的数据很容易地访问

“MATLAB使我们能够将以前无法读取的数据转换成可用的格式;为多辆卡车和多个区域自动进行滤波、频谱分析和转换步骤;最终,实时应用机器学习技术,预测执行维护的理想时间。”

Gulshan Singh,贝克休斯

带容积泵的卡车。


在需求高峰期,贝克休斯人员昼夜不停的工作轻敲石油和天然气藏。在单个井场,多达20辆卡车可以同时操作,其中正排量泵在高压下的水和砂的混合物注入进深钻的井中。这些泵及其内部部件,包括阀门,阀门座,密封圈和活塞,是昂贵的,约占$ 100,000卡车的$ 1.5万总成本。

为了监测泵的潜在灾难性磨损,并在故障发生前预测故障,贝克休斯使用MATLAB分析泵传感器数据®并应用了MATLAB机器学习算法。

贝克休斯公司钻井服务可靠性负责人和团队负责人古尔山辛格(Gulshan Singh)说:“我们看到了使用MATLAB开发泵健康监测系统的三个优势。“首先是速度;用C语言或任何其他语言开发都需要更长的时间。第二个是自动化;MATLAB使我们能够自动化处理大型数据集。第三种是MATLAB为处理数据提供的各种技术,包括基本统计分析、谱分析、滤波和使用人工神经网络的预测建模。”

使用正排量泵的井场。

挑战

如果活动现场的卡车出现泵故障,贝克休斯必须立即更换卡车,以确保连续运行。向每个站点发送备用卡车将花费公司数千万美元的收入,如果这些卡车在另一个站点上处于活动使用状态,则可以产生这些收入。无法准确预测阀门和泵何时需要维修是其他成本的基础。过于频繁的维护会浪费精力,导致零件在仍然可用的情况下被更换,而过于频繁的维护则有损坏无法维修的泵的风险。

贝克休斯公司的工程师们希望开发一种系统,能够确定机器何时会出现故障,何时需要维修。为了开发这个系统,研究小组需要处理和分析以每秒50000个样本的速度从安装在10辆卡车上的传感器收集到的高达1万亿字节的数据。从这个庞大的数据集中,他们需要确定在预测故障时有用的参数。

解决方案

贝克休斯公司的工程师利用MATLAB开发了泵健康监测软件,该软件使用数据分析进行预测性维护。

它们导入在现场收集从温度,压力,振动,和其它传感器到MATLAB数据。与MathWorks的技术支持工程师的工作团队开发自定义脚本读取和金宝app分析存储在二进制文件的专有格式的传感器数据。

在MATLAB工作,贝克休斯团队分析导入的数据,以确定哪些数据信号对设备的磨损影响力最强。这个步骤包括执行傅立叶变换和频谱分析以及滤除卡车,泵的大的运动,并且流体能够更好地检测阀和阀座的较小的振动。

为了自动处理近1万亿字节的收集数据,团队编写了他们在一夜之间执行的MATLAB脚本。

工程师们发现,从压力、振动和正时传感器获取的数据对于预测机器故障最为相关。

与The MathWorks支持工程师合作,团队评估使金宝app用统计和机器学习工具箱™和深度学习工具箱™几种机器学习技术。这一初步评估结果表明,神经网络产生的最准确的结果。该组创建和训练使用传感器数据来预测的泵故障神经网络。他们使用从没有被用于构建模型领域的其他数据证实了这一模型。

现场试验证实了泵健康监测系统对泵故障的预测能力。

基于MATLAB的贝克休斯预测维修报警系统。

结果

  • 预计将节省1 000多万美元。“在一个单一的一年,我们可以花的收入的显著量只是在内部泵部件,如阀门,阀座,柱塞和密封件的维修和更换,”在贝克休斯公司的高级产品经理托马斯·耶格说。“我们估计,我们在MATLAB开发的软件将减少30-40% - 和除我们将从省去了额外的卡车在现场看到需要节约总体成本是的。”
  • 开发时间缩短了10倍。“MATLAB使我们能够执行我们所期望的分析和处理,包括机器学习,”辛格说。“有了一个低级语言,你不能总是找到您所需要的库和周分配的时间内完成项目。如果我们使用低级语言库用于所有大小的内置我们需要MATLAB功能,它可能会采取订单更长的时间来完成这个项目,我们自己写的代码“。
  • 多种类型的数据易于访问。“MATLAB使它容易多种类的数据组合成一个分析应用,”辛格说。“我们甚至能够从一个专有的文件格式使用的传感器数据。”