本技術(shù)涉及一種基于邊緣計(jì)算的抽油機(jī)井能耗優(yōu)化控制方法、裝置及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、抽油機(jī)井是石油開采中的重要設(shè)備，大多數(shù)抽油機(jī)井的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)處于偏于地區(qū)或人員稀少的環(huán)境，此環(huán)境下基礎(chǔ)通訊網(wǎng)絡(luò)并不像城市地區(qū)那么穩(wěn)定，從而使得現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)無法達(dá)到實(shí)時(shí)采集、實(shí)時(shí)傳輸和反應(yīng)回傳的情況，若將數(shù)據(jù)分析和控制程序直接全部集中到云平臺(tái)將很難滿足即時(shí)性的要求。另外，抽油機(jī)井的能耗問題一直受到關(guān)注，傳統(tǒng)的抽油機(jī)井控制系統(tǒng)無法實(shí)時(shí)處理復(fù)雜的數(shù)據(jù)并做出最優(yōu)的決策，因此無法實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)能耗的優(yōu)化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了更好的實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)井能耗的優(yōu)化控制，本技術(shù)實(shí)施例提供了一種基于邊緣計(jì)算的抽油機(jī)井能耗優(yōu)化控制方法、裝置及系統(tǒng)。

2、第一方面，本技術(shù)實(shí)施例提供一種基于邊緣計(jì)算的抽油機(jī)井能耗優(yōu)化控制方法，應(yīng)用于云邊協(xié)同層，該方法包括：

3、實(shí)時(shí)獲取抽油機(jī)井系統(tǒng)的系統(tǒng)環(huán)境狀態(tài)；

4、通過基于ddpg的抽油機(jī)井能耗優(yōu)化控制模型，根據(jù)當(dāng)前的所述系統(tǒng)環(huán)境狀態(tài)，基于隨機(jī)策略，得到當(dāng)前控制策略并發(fā)送給抽油機(jī)井系統(tǒng)；

5、獲取抽油機(jī)井系統(tǒng)執(zhí)行所述當(dāng)前控制策略后，得到的下一時(shí)刻的系統(tǒng)環(huán)境狀態(tài)以及即時(shí)回報(bào)；

6、將當(dāng)前的所述系統(tǒng)環(huán)境狀態(tài)、當(dāng)前控制策略、即時(shí)回報(bào)和下一時(shí)刻的系統(tǒng)環(huán)境狀態(tài)整合為一條狀態(tài)轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)；

7、重復(fù)上述得到狀態(tài)轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)的過程，直至獲取到設(shè)定數(shù)量的狀態(tài)轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)；

8、從所述設(shè)定數(shù)量的狀態(tài)轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)隨機(jī)抽取多個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)，更新所述抽油機(jī)井能耗優(yōu)化控制模型的參數(shù)；

9、重復(fù)上述獲取狀態(tài)轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)并進(jìn)行參數(shù)更新的過程，直至滿足預(yù)設(shè)優(yōu)化條件，得到最優(yōu)抽油機(jī)井能耗優(yōu)化控制策略。

10、本技術(shù)實(shí)施例的一種可選的實(shí)施方式中，所述抽油機(jī)井能耗優(yōu)化控制模型包含actor網(wǎng)絡(luò)和critic網(wǎng)絡(luò)；所述從所述設(shè)定數(shù)量的狀態(tài)轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)隨機(jī)抽取多個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)，更新所述抽油機(jī)井能耗優(yōu)化控制模型的參數(shù)，包括：

11、從所述設(shè)定數(shù)量的狀態(tài)轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)隨機(jī)抽取多個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)，根據(jù)每條狀態(tài)轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)中下一時(shí)刻的系統(tǒng)環(huán)境狀態(tài)，通過所述actor網(wǎng)絡(luò)，得到對(duì)應(yīng)的下一時(shí)刻控制策略；

12、通過所述critic網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)環(huán)境狀態(tài)和當(dāng)前控制策略與下一時(shí)刻系統(tǒng)環(huán)境狀態(tài)和下一時(shí)刻控制策略，得到對(duì)應(yīng)的當(dāng)前周期抽油機(jī)井產(chǎn)液量和下一周期抽油機(jī)井產(chǎn)液量；

13、根據(jù)所述當(dāng)前周期抽油機(jī)井產(chǎn)液量和下一周期抽油機(jī)井產(chǎn)液量，計(jì)算td偏差；

14、根據(jù)所述td偏差，更新所述critic網(wǎng)絡(luò)的權(quán)重參數(shù)；

15、根據(jù)所述當(dāng)前周期抽油機(jī)井產(chǎn)液量，更新所述actor網(wǎng)絡(luò)的權(quán)重參數(shù)。

16、本技術(shù)實(shí)施例的一種可選的實(shí)施方式中，所述根據(jù)所述td偏差，更新所述critic網(wǎng)絡(luò)的權(quán)重參數(shù)，包括：

17、根據(jù)所述td偏差，通過下述公式1，更新所述critic網(wǎng)絡(luò)的權(quán)重參數(shù)：

18、ωt+1＝ωt+αω[rt+γq(st+1，at+1)-q(st，at)]?公式1；

19、式中，ωt+1為第t+1時(shí)刻的所述critic網(wǎng)絡(luò)的權(quán)重參數(shù)；ωt為第t時(shí)刻的所述critic網(wǎng)絡(luò)的權(quán)重參數(shù)；αω為所述critic網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)率；rt+γq(st+1，at+1)-q(st，at)為td偏差。

20、本技術(shù)實(shí)施例的一種可選的實(shí)施方式中，所述根據(jù)所述當(dāng)前周期抽油機(jī)井產(chǎn)液量，更新所述actor網(wǎng)絡(luò)的權(quán)重參數(shù)，包括：

21、根據(jù)所述當(dāng)前周期抽油機(jī)井產(chǎn)液量，通過下述公式2，更新所述actor網(wǎng)絡(luò)的權(quán)重參數(shù)：

22、

23、式中，θt+1為第t+1時(shí)刻的所述actor網(wǎng)絡(luò)的權(quán)重參數(shù)；θt為第t時(shí)刻的所述actor網(wǎng)絡(luò)的權(quán)重參數(shù)；αθ為所述actor網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)率；為確定性策略梯度。

24、本技術(shù)實(shí)施例的一種可選的實(shí)施方式中，通過下述公式3，得到所述即時(shí)回報(bào)：

25、

26、式中，r為所述即時(shí)回報(bào)；-energy(st，at)為第t時(shí)間周期內(nèi)抽油機(jī)系統(tǒng)能耗；q是周期內(nèi)的抽油機(jī)井產(chǎn)液量；γ為產(chǎn)液量懲罰系數(shù)；為周期內(nèi)的抽油機(jī)井產(chǎn)液量的上限；q為周期內(nèi)的抽油機(jī)井產(chǎn)液量的下限。

27、本技術(shù)實(shí)施例的一種可選的實(shí)施方式中，所述實(shí)時(shí)獲取抽油機(jī)井系統(tǒng)的系統(tǒng)環(huán)境狀態(tài)，包括：

28、基于預(yù)設(shè)電參模塊，實(shí)時(shí)獲取抽油機(jī)井系統(tǒng)的電機(jī)運(yùn)行電流和電壓頻率；

29、基于電機(jī)速度傳感器，實(shí)時(shí)獲取抽油機(jī)井系統(tǒng)的電機(jī)轉(zhuǎn)角；

30、基于溫度傳感器和壓力傳感器，實(shí)時(shí)獲取抽油機(jī)井系統(tǒng)的溫度和壓力的變化情況；

31、基于示功圖傳感器，實(shí)時(shí)獲取抽油機(jī)井系統(tǒng)的示功圖參數(shù)。

32、第二方面，本技術(shù)實(shí)施例提供一種基于邊緣計(jì)算的抽油機(jī)井能耗優(yōu)化控制裝置，應(yīng)用于云邊協(xié)同層，該裝置包括：

33、實(shí)時(shí)獲取模塊，用于實(shí)時(shí)獲取抽油機(jī)井系統(tǒng)的系統(tǒng)環(huán)境狀態(tài)；

34、隨機(jī)策略模塊，用于通過基于ddpg的抽油機(jī)井能耗優(yōu)化控制模型，根據(jù)當(dāng)前的所述系統(tǒng)環(huán)境狀態(tài)，基于隨機(jī)策略，得到當(dāng)前控制策略并發(fā)送給抽油機(jī)井系統(tǒng)；

35、第一確定模塊，用于獲取抽油機(jī)井系統(tǒng)執(zhí)行所述當(dāng)前控制策略后，得到的下一時(shí)刻的系統(tǒng)環(huán)境狀態(tài)以及即時(shí)回報(bào)；

36、整合模塊，用于將當(dāng)前的所述系統(tǒng)環(huán)境狀態(tài)、當(dāng)前控制策略、即時(shí)回報(bào)和下一時(shí)刻的系統(tǒng)環(huán)境狀態(tài)整合為一條狀態(tài)轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)；

37、重復(fù)獲取模塊，用于重復(fù)上述得到狀態(tài)轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)的過程，直至獲取到設(shè)定數(shù)量的狀態(tài)轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)；

38、更新模塊，用于從所述設(shè)定數(shù)量的狀態(tài)轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)隨機(jī)抽取多個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)，更新所述抽油機(jī)井能耗優(yōu)化控制模型的參數(shù)；

39、迭代模塊，用于重復(fù)上述獲取狀態(tài)轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)并進(jìn)行參數(shù)更新的過程，直至滿足預(yù)設(shè)優(yōu)化條件，得到最優(yōu)抽油機(jī)井能耗優(yōu)化控制策略。

40、第三方面，本技術(shù)實(shí)施例提供一種基于邊緣計(jì)算的抽油機(jī)井能耗優(yōu)化控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括智能感知層、通信層、云邊協(xié)同層和應(yīng)用層：

41、所述智能感知層，用于采集抽油機(jī)井系統(tǒng)的系統(tǒng)環(huán)境狀態(tài)；

42、所述通信層，與所述智能感知層和所述云邊協(xié)同層通信連接；

43、所述云邊協(xié)同層，用于基于如第一方面所述的基于邊緣計(jì)算的抽油機(jī)井能耗優(yōu)化控制方法，得到抽油機(jī)井能耗優(yōu)化控制策略；

44、所述應(yīng)用層，與所述云邊協(xié)同層通信連接，用于顯示抽油井能耗優(yōu)化控制情況。

45、第四方面，本技術(shù)實(shí)施例提供一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，該程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如上述的基于邊緣計(jì)算的抽油機(jī)井能耗優(yōu)化控制方法。

46、第五方面，本技術(shù)實(shí)施例提供一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲(chǔ)器，處理器及存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上并可在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)如上述的基于邊緣計(jì)算的抽油機(jī)井能耗優(yōu)化控制方法。

47、第六方面，本技術(shù)實(shí)施例提供一種包含指令的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，當(dāng)計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品在計(jì)算機(jī)設(shè)備上運(yùn)行時(shí)，使得計(jì)算機(jī)設(shè)備執(zhí)行如上述的基于邊緣計(jì)算的抽油機(jī)井能耗優(yōu)化控制方法。

48、第七方面，本技術(shù)實(shí)施例提供一種芯片，芯片包括處理器和通信接口，通信接口和處理器耦合，處理器用于運(yùn)行計(jì)算機(jī)程序或指令，以實(shí)現(xiàn)如上述的基于邊緣計(jì)算的抽油機(jī)井能耗優(yōu)化控制方法。

49、本技術(shù)實(shí)施例提供的上述技術(shù)方案的有益效果至少包括：

50、本技術(shù)實(shí)施例提供的基于邊緣計(jì)算的抽油機(jī)井能耗優(yōu)化控制方法，通過實(shí)時(shí)獲取抽油機(jī)井系統(tǒng)的系統(tǒng)環(huán)境狀態(tài)，并通過基于ddpg的抽油機(jī)井能耗優(yōu)化控制模型隨機(jī)給出控制策略，得到抽油機(jī)井系統(tǒng)執(zhí)行該控制策略后的下一時(shí)刻的系統(tǒng)環(huán)境狀態(tài)以及即時(shí)回報(bào)，重復(fù)上述過程，通過強(qiáng)化學(xué)習(xí)的方式不斷更新抽油機(jī)井能耗優(yōu)化控制模型的參數(shù)，最終得到最優(yōu)的抽油機(jī)井能耗優(yōu)化控制策略，實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)井的能耗優(yōu)化。該方法具有強(qiáng)計(jì)算能力和實(shí)時(shí)性，能夠更好的適應(yīng)復(fù)雜的數(shù)據(jù)環(huán)境和實(shí)時(shí)控制需求，降低了抽油機(jī)井的能耗，提高效率，降低了人工干預(yù)的需求，并且，不需要對(duì)現(xiàn)有的抽油機(jī)進(jìn)行改造，即可有效地降低抽油機(jī)井的能耗，具有較高的實(shí)用價(jià)值和推廣前景。

51、本技術(shù)的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實(shí)施本技術(shù)而了解。本技術(shù)的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過在所寫的說明書、權(quán)利要求書、以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)和獲得。

52、下面通過附圖和實(shí)施例，對(duì)本技術(shù)的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。