基于泵功图分析的有杆泵井故障诊断系统

论文摘要

有杆泵抽油设备结构简单、制造容易且维护方便,是目前国内外应用最广泛的抽油设备。由于井下工况复杂、环境恶劣,经常会造成抽油设备的损坏,尤其是井下抽油设备。如果故障处理不及时,会严重影响油田产量和经济效益。因此,有杆泵抽油井的故障诊断对油田正常生产来讲至关重要。传统上,人们利用测得的地面示功图来判断井下泵的工作状态。但是由于抽油杆柱的弹性振动及其它因素影响,地面示功图与井下泵的载荷位移关系图（泵功图）差别很大,因此很难对井下泵工况做出准确的判断。本文提出了一种利用泵功图分析抽油设备故障的方法：首先将地面示功图转换为泵功图,然后引入专家系统对其进行分析判断,最后给出故障信息。论文主要工作如下：（1）介绍了故障诊断的主要方法及其发展情况,简要分析了有杆泵抽油设备的工作原理,给出了故障诊断系统的总体结构。（2）介绍了示功图的成因和概念,给出了利用Gibbs波动方程求解井下示功图的方法。其主要思想为将整个系统视为一个一端自由,另一端受迫做往复运动的振动系统,该系统有一定的初始条件和边界条件,对外部激励（地面示功图）产生响应（泵功图）。（3）引入了专家系统,介绍了相关概念,建立了专家系统知识库和推理机,包括故障特征的数学描述及相应的推理规则等。（4）介绍了整个系统的实现。有杆泵抽油井故障诊断系统采用VC++和MATLAB混合编程实现。系统具有泵功图显示、分析、故障诊断、报警及数据管理功能。测试证明,本系统容易实现,且能较好地对故障进行识别,能够满足油田生产的使用需求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 课题研究意义
• 1.3 有杆泵井故障诊断技术国内外研究现状
• 1.4 本课题研究内容
• 2 有杆泵采油装置介绍
• 2.1 油田采油方式
• 2.2 有杆泵采油原理
• 2.2.1 抽油机工作原理
• 2.2.2 抽油泵工作原理
• 2.3 抽油机悬点的运动分析
• 2.4 悬点静载荷与理论示功图
• 2.4.1 悬点静载荷
• 2.4.2 静载理论示功图
• 3 诊断系统总体设计
• 3.1 系统介绍
• 3.2 系统总体结构
• 3.2.1 底层数据采集层
• 3.2.2 数据传输层
• 3.2.3 故障诊断层
• 3.3 系统软件设计
• 3.3.1 总体设计
• 3.3.2 软件中的技术分析
• 4 地面示功图到井下示功图的转换
• 4.1 悬点载荷分析
• 4.1.1 动载荷
• 4.1.2 摩擦载荷
• 4.1.3 悬点最大和最小载荷
• 4.2 Gibbs波动方程
• 4.2.1 Gibbs波动方程的建立
• 4.2.2 Gibbs波动方程求解
• 4.3 计算流程及仿真
• 5 故障诊断方案设计
• 5.1 典型示功图分析
• 5.2 故障诊断专家系统
• 5.2.1 专家系统介绍
• 5.2.2 故障诊断专家系统组成及分类
• 5.3 故障诊断系统中的分析计算
• 5.4 知识库的建立
• 5.4.1 故障特征知识的建立
• 5.4.2 推断规则的建立
• 5.4.3 故障库的建立
• 5.5 系统推理流程
• 6 故障诊断系统实现
• 6.1 系统界面
• 6.2 系统测试
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢