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

开发预测维护系统,以减少泵设备的成本和停机时间

解决方案

使用MATLAB分析近1tb的数据,并创建一个神经网络,可以在机器发生故障之前预测故障

结果

  • 预计节省1 000多万美元
  • 开发时间减少了十倍
  • 多种类型的数据很容易地访问

“MATLAB使我们能够将以前不可读的数据转换成可用的格式;多辆卡车和区域自动过滤、光谱分析和转换步骤;最后,实时应用机器学习技术来预测进行维护的理想时间。”

我是贝克休斯的古尔山·辛格

卡车正排量泵。


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MATLAB的机器学习算法。

“我们发现使用MATLAB开发我们的泵健康监测系统有三个优点。”“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。第二是自动化;MATLAB使我们能够自动处理大数据集。第三是MATLAB提供的处理数据的各种技术,包括基本统计分析、频谱分析、滤波和使用人工神经网络进行预测建模。”

使用容积泵的井场。

挑战

如果在作业区的卡车发生泵故障,贝克休斯必须立即更换卡车,以确保持续运行。向每个站点发送备用卡车需要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积极使用,就可以产生这些收入。无法准确预测阀门和泵什么时候需要维护,这是其他成本的基础。过于频繁的维护会浪费精力,导致部件在仍然可用的情况下被替换,而过于不频繁的维护则可能损坏无法修复的泵。

贝克休斯的工程师们想要开发一种系统,可以判断机器何时会出现故障,何时需要维修。为了开发这个系统,该团队需要处理和分析以每秒50,000个样本的速度从安装在现场作业的10辆卡车上的传感器收集到的多达1tb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

贝克休斯的工程师利用MATLAB开发了一款泵的健康监测软件,该软件使用数据分析进行预测维护。

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万博1manbetx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。

为了自动处理收集的近1tb的数据,团队编写了在夜间执行的MATLAB脚本。

工程师们发现,从压力、振动和定时传感器中获取的数据与预测机器故障最相关。

与The MathWorks支持工程师合作,团队评估使万博1manbetx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。

现场测试证实了泵的健康监测系统预测泵故障的能力。

贝克休斯预测维修报警系统,基于MATLAB。

结果

  • 预计节省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。”
  • 开发时间减少了十倍。“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。”