抽油机运动周期精确测量方法研究

摘要

示功仪是油田生产维护用的一种常用仪表，对示功图的分析是掌握油井产量、能耗、泵况等多种状态的重要手段。抽油机运动周期作为示功图的重要参数，其准确性直接影响示功图的精度。常用的加速度二次积分算位移的方法中，仅利用加速度信号求取的周期存在误差，而在油井抽油机正常工作过程中，悬点加速度、载荷、电动机功率及扭矩等物理量都是随着抽油机负载的变化而发生周期性变化的。基于此，本文提出一种多传感器融合的抽油机运动周期的计算方法。本文主要具体研究内容和结论概括如下：
　　1、通过对抽油机井系统、悬点运动方程、理论示功图进行分析并结合现场实际环境，发现实测信号中不仅混有许多噪声，而且由于抽油机负载变化，上下冲程中加速度信号波峰有偏心，并不是简单的正弦波；此外加速度、载荷、电功率、扭矩等随负载变化的周期信号频率非常低；进一步论证了单一加速度信号计算位移的局限性。基于此提出了总体方案，选用抽油机的加速度、载荷、电功率信号作为输入，借助多传感器融合技术，设计抽油机运动周期的计算方法。
　　2、为了提高周期的测量精度，对比分析多种滤波算法对加速度、载荷、功率信号预处理效果，通过理论分析和仿真实例证明Meyer小波更适合对低频非平稳加速度进行处理，卡尔曼滤波对功率信号有良好的处理效果，复合滤波算法对相对变化平稳的载荷信号也有良好的处理效果。
　　3、通过对比时域的极值点归并法，频域M-Rife算法及函数拟合等周期算法，结果表明，频域M-Rife算法对功率信号周期计算更加准确；极值点归并法对载荷信号进行周期计算效果更好；对于拟合法，原始信号直接进行函数拟合，发现噪声干扰过大拟合效果不佳。对预处理后的信号选用不同阶次正弦函数类拟合叠加，通过比较残差平方和、确定系数、均方根来评价拟合效果优劣，对比后发现拟合法对加速度信号进行周期计算更加合适。
　　4、通过多次理论仿真，并且在长时间、大量实验数据分析积累的基础上，分析了实际生产中某油井连续50次预测的加速度，载荷，功率数据，借助于MATLAB平台进行计算。在最终数据融合中，对比两种确定加权因子的方法优劣，确定选用基于模糊型指数信任度函数确定加权因子的方法计算出三种信号的权值，并最终计算出较准确的抽油机运动周期。对比其他方法本文提出的算法能得出更高精度的周期值，达到理想的测试效果。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 研究现状

1.3 本文研究内容

第2章 抽油机井系统简析及总体方案

2.1 抽油机抽油过程与示功图简介

2.2 悬点运动规律分析

2.3 传统加速度二次积分方法中误差对位移的影响

2.4 总体方案设计

2.5 本章小结

第3章 油井抽油机信号预处理

3.1 不同信号的传感器选型

3.2 常用的时频分析方法

3.3 复合滤波算法简介

3.4 卡尔曼滤波原理简介

3.5 小波分解

3.6 不同信号滤波效果对比

3.7 本章小结

第4章 周期算法理论研究

4.1 利用极值坐标计算周期

4.2 频域估计法计算周期

4.3 基于最小二乘法原理的函数拟合

4.4 不同算法周期比对

4.5 本章小结

第5章 数据融合

5.1 多传感器数据融合

5.2 决策层融合

5.3 最优权值的确定

5.4 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 存在问题和发展方向

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果