潜油螺杆泵工作特性分析及在线故障诊断研究

摘要

潜油螺杆泵具有能耗低、效率高、占地面积少并且从根本上解决了地面驱动螺杆泵杆断、杆管偏磨的问题，在油田上数量逐年增加，然而，由于缺乏在线实时监控潜油螺杆泵井下机组工况的方法，因而难以及时准确地判断出井下机组的工况，这严重影响了机组的正常生产和使用寿命，大大限制了其在油田上的进一步推广，为了保障潜油螺杆泵安全高效生产、加大推广力度以及适应数字化油田建设的需要，本文开展了潜油螺杆泵工作特性分析及在线故障诊断研究。
　　本文首先分析了潜油螺杆泵工作特性，并在此基础上，运用小波包和RBF神经网络进行了故障诊断，主要内容如下:
　　(1)以潜油螺杆泵系统为研究对象，分析了泵的运动特性、力学特性、排量特性等工作特性，并运用节点分析法建立了潜油电机有功功率和泵功耗之间的数学模型。
　　(2)应用ANSYS软件对潜油螺杆泵进行了有限元分析，得到了不同工况对泵工作特性的影响规律。
　　(3)基于GPRS远程在线传输网络，依据地面驱动螺杆泵采油系统常见故障类型和诊断方法，结合潜油螺杆泵采油系统自身结构特点和工作特性，提出了以潜油电机有功功率为研究对象、小波包和RBF神经网络相结合的潜油螺杆泵在线故障诊断方案。
　　(4)运用小波包提取了潜油电机有功功率信号，搭建了潜油螺杆泵故障样本库，利用Matlab软件建立了RBF神经网络，并确定了网络的训练参数，最终完成了网络的训练和测试。
　　(5)以Visual Basic6.0为平台，开发了潜油螺杆泵在线故障诊断系统软件，实现了人机交互、在线监测和故障诊断的功能，为潜油螺杆泵安全、高效生产提供了可靠保证。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外螺杆泵工作特性和故障诊断研究现状

1．2．1 国内外螺杆泵工作特性研究现状

1．2．2 国内外螺杆泵故障诊断研究现状

1．3 研究内容

第二章 潜油螺杆泵工作特性分析

2．1 潜油螺杆泵采油系统与工作原理

2．1．1 潜油螺杆泵采油系统

2．1．2 潜油螺杆泵工作原理

2．2 螺杆泵运动特性和力学特性分析

2．2．1 螺杆泵定转子型线方程的建立

2．2．2 转子的运动特性分析

2．2．3 螺杆泵力学特性分析

2．3 潜油螺杆泵的水力特性分析

2．4 螺杆泵的排量特性分析

2．4．1 螺杆泵排量

2．4．2 螺杆泵排量的“硬特性”和“软特性”

2．5 螺杆泵的效率特性分析

2．5．1 容积效率

2．5．2 机械效率

2．6 油井压力特性分析

2．7 潜油电机有功功率特性分析

2．8 影响工作特性的因素分析

2．8．1 转速的影响

2．8．2 工作压力的影响

2．8．3 下泵深度的影响

2．8．4 温度的影响

2．8．5 橡胶溶胀的影响

2．9 潜油螺杆泵有限元分析

2．9．1 潜油螺杆泵定子的静力分析

2．9．2 潜油螺杆泵定转子的接触分析

2．9．3 定子橡胶受力和变形的影响因素分析

2．10 本章小结

第三章 潜油螺杆泵采油系统在线故障诊断研究

3．1 潜油螺杆泵在线故障诊断系统组成和工作原理

3．1．1 潜油螺杆泵在线故障诊断系统组成

3．1．2 潜油螺杆泵在线故障诊断系统工作原理

3．2 潜油螺杆泵在线故障诊断方案设计

3．2．1 潜油螺杆泵采油系统模型假设

3．2．2 潜油螺杆泵典型工况分析

3．2．3 潜油螺杆泵故障诊断方法的选取

3．3 小波包基本理论

3．3．1 小波包理论分析

3．3．2 小波包的性质

3．3．3 小波包的空间分解

3．3．4 小波包算法

3．4 小波包用于故障信号的特征提取

3．5 人工神经网络概述

3．5．1 径向基神经网络模型

3．5．2 径向基神经网络的工作原理

3．6 基于径向基神经网络的潜油螺杆泵井在线故障诊断

3．6．1 径向基神经网络在线故障诊断流程

3．6．2 输入向量的选取

3．6．3 输出向量的选取

3．6．4 故障样本的确定

3．6．5 网络结构的确定

3．6．6 基于径向基神经网络的潜油螺杆泵井故障诊断实例

3．7 本章小结

第四章 潜油螺杆泵在线故障诊断软件的开发

4．1 系统开发方案

4．1．1 部署方案

4．1．2 安全方案

4．2 图形界面设计

4．2．1 图形用户界面设计原则

4．2．2 图形用户界面设计步骤

4．3 软件数据库的建立

4．3．1 油井工况数据表的创建

4．3．2 有功功率数据表的创建

4．4 潜油螺杆泵在线故障诊断软件系统功能模块的实现

4．4．1 潜油螺杆泵在线故障诊断软件系统框图

4．4．2 功能模块的开发

4．5 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文