基于示功图分析的远程抽油机自诊断系统

论文摘要

计算机技术的迅速发展,极大的推动了油田自动化管理水平的提高。在油田的实际生产中,由于抽油机等采油设备大多是野外作业,数目较多且地理位置分散,周边环境恶劣,人工检测比较困难,而且抽油机的井下工况复杂,导致抽油机经常发生故障,影响到油田的产量和效益。因此,有必要及时准确地对抽油机进行故障诊断,这对提高原油的开采效率和降低其它能源的消耗都有着重要的意义。在采油工艺技术中,通常以示功图作为分析抽油机井下工况的主要依据。本文设计并实现了基于示功图分析的抽油机故障诊断系统,旨在对抽油机常见的故障做出诊断和故障程度的判断。论文主要完成了以下内容:首先,论文在介绍了故障诊断系统的发展以及抽油机和抽油泵工作原理的基础上,重点对示功图的形成过程、典型故障示功图的图形特点和形成原因做出了分析。其次,论文对示功图的预处理、示功图的特征提取与选择以及故障类型分类进行了分析与讨论。针对示功图的预处理,本文采用最小外接矩阵法将图形与坐标系分离开来,实现了无量纲处理;目前常见的特征提取的方法大都存在特征参数偏多或者不能做定量分析的缺点,本文提出了一种灰色理论与模式识别相结合的方法实现示功图的特征提取。将抽油机的运行状况视为一个灰色系统,对示功图进行灰度处理,形成灰度矩阵并计算其灰度统计特征,以此构成分类特征向量,并结合示功图的特点对传统关联度的算法做出了改进,建立起基于灰关联分析的故障诊断系统。最后,论文介绍了整体系统的实现。抽油机自诊断系统是采用Visual C++和MATLAB混合编程实现的,整个系统分为示功图识别模块、报警模块和诊断结果分析模块。同时在测试系统时,给出了实验过程和实验结果。实验证明,本系统可行性好,故障识别准确度高,且对故障程度进行了简单的判断,可在实际应用中进一步验证。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 世界石油现状
• 1.2 国内外的抽油机故障诊断研究现状
• 1.3 建立远程抽油机自诊断系统的意义
• 1.4 本文的主要研究内容
• 2 油田基本知识介绍
• 2.1 油田采油方式
• 2.2 有杆泵与抽油原理
• 2.2.1 抽油机工作原理
• 2.2.2 抽油泵工作原理
• 2.3 示功图
• 2.3.1 示功图的定义
• 2.3.2 理论示功图的形成
• 2.4 本章小结
• 3 远程抽油机自诊断系统的设计
• 3.1 系统总体框架
• 3.2 上位机软件实现
• 3.2.1 软件总体设计
• 3.2.2 软件的技术实现
• 3.3 本章小结
• 4 基于灰色理论的示功图特征提取方法
• 4.1 灰色系统理论介绍
• 4.1.1 灰色系统的概念及其主要研究内容
• 4.1.2 灰度图像
• 4.1.3 几种不确定性方法的比较
• 4.2 典型故障示功图分析
• 4.3 原始数据的预处理
• 4.4 特征参数的选择原则
• 4.5 示功图的特征提取
• 4.5.1 特征提取方法概述
• 4.5.2 示功图的标准化
• 4.5.3 灰度矩阵的形成
• 4.5.4 灰度矩阵的统计特征
• 4.6 本章小结
• 5 基于灰关联分析的诊断系统
• 5.1 灰关联分析理论及方法
• 5.2 几类灰关联度
• 5.2.1 A型关联度
• 5.2.2 B型关联度
• 5.2.3 ABO型关联度
• 5.3 灰色关联分析的诊断过程
• 5.3.1 确定参考序列和比较序列
• 5.3.2 无量纲处理
• 5.3.3 计算灰关联度
• 5.3.4 排关联序
• 5.3.5 故障诊断
• 5.4 本章小结
• 6 系统调试与运行
• 6.1 示功图识别
• 6.1.1 示功图显示
• 6.1.2 示功图诊断
• 6.2 数据管理
• 6.3 报警
• 6.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢