基于网络的有杆泵抽油井工况远程故障诊断技术

基于网络的有杆泵抽油井工况远程故障诊断系统是将设备诊断及优化技术与计算机网络技术相结合，用若干台计算机中心作为服务器，在现场的采油设备上建立状态 监测点，采集设备状态参数；而在技术力量较强的科研院所建立分析诊断中心，为企业提供远程技术支持和保障。有杆泵抽油井工况诊断技术是目前采油工艺技术的 一个重要组成部分，是抽油井科学管理的一项测试和监控技术。抽油井的生产状况很复杂，深井泵在井下工作的影响因素很多，不但受到机、杆、泵抽油设备，而且 直接受到变化着的砂、蜡、气、水的影响。因此，有杆泵抽油井工况诊断技术是一项涉及数据采集、信号分析、数值计算、力学分析、频谱技术、图形分析、模式识 别、人工神经网络、计算机技术、人工智能等学科的交叉技术。由西安石油学院机械工程系"人工举升理论与配套技术研究"课题组研制成功的"有杆抽油系统工况 智能诊断技术及软件"集国内、外有杆泵抽油井工况诊断技术领域近些年的研究成果于一体并体现了课题组近十年的研究成果。是油田采油厂开展有杆泵抽油井工况 诊断工作的有力工具。

一、技术原理及技术性能特点

本软件以模式识别、图象处理、综合评判、频谱分析、神经网络、杆柱力学为基础，以油井静、动态两类参数为输入，以泵功图的定量化特征为依据，以欧氏距离、 绝对差距离、Fisher分类器、BP神经网络为判别函数并结合专家经验，对有杆抽油系统进行全面、量化的分析和诊断。诊断、分析一口二级杆的抽油井包括 全部分析数据在内，整个过程只需2分钟。软件在微机上开发，全部汉化界面。设有批量井诊断功能，在准备好油井数据后，启动软件，操作人员可脱机工作，软件 一次性批量自动处理100口油井资料仅用一小时左右。

二、关键技术及创新点

1．本软件共有三项关键技术

关键技术一：泵功图的快速求取；

关键技术二：泵功图的特征提取及分类器设计；

关键技术三：各类故障的标准泵功图特征库的建立。

2．创新点

在关键技术一中，采用了杆柱有限元模型及有限元--有限差分递推解法，求解的速度比较快的有限差分法还快了近一倍，而且计算精度一样，这一方法为本课题组 独创；在关键技术二中，采用了提取泵功图的几何形状特征、灰度统计特征、频谱特征等全面反映泵工况特征的共近15个特征参数，较好地解决了有杆抽油系统中 常见的12种系统工况计算机自动识别的典型性和聚类性之间的矛盾。引入了以距离类分类器、Fisher分类器、BP神经网络为判别函数，使有杆抽油系统的 故障类别识别正确率达到了90.5%，其中泵功图的几何特征、灰度统计特征、频谱特征、Fisher分类器、BP神经网络等技术在本领域中的应用属首次； 在关键技术三中，采用了模式识别技术中的自学习功能，软件系统通过有杆抽油系统工况典型泵功图的特征提取，能不断自动积累和丰富诊断知识，较好地解决了典 型泵功图的特征库建立这一问题。诊断软件的自学习功能技术在本领域中的应用属首次。

三、学术（技术）水平

该成果的部分内容于1992年底在新疆石油管理局通过了原中国石油天然气总公司组织的专家鉴定。专家们的鉴定意见为： "该成果应用模式识别技术，采用能大大减少有杆抽油系统故障类型的特征数据量的、先进的功图灰度统计特征和几何形状特征，根据近300口油井的特征建立起 适应于克拉玛依油田的油井故障功图标准特征库。该特征库具有油井常见的12类工况特征集。在抽油系统故障诊断过程中，软件能自动提取泵功图特征，然后根据 各类故障的标准特征库予以判断，无须人工分析，不受软件操作者技术水平、工作经验的限制。计算泵功图时，除有级数法和改进后的差分法外，又采用了先进的有 限元计算法，是计算速度大为提高，诊断一口泵深2000米的抽油井，在微机上共约需2分钟时间（包括数据输入、输出），并能给出系统工况的全部定量分系结 果。该软件还具有批量井自动诊断分析功能，通过有杆抽油系统工况典型泵功图的特征提取，能不断自动积累和丰富诊断知识，较好地解决了典型泵功图的特征库建 立这一问题。能用于常规式、异相型、前置式三种抽油机。该软件采用了近年来国内外最新研究成果，其中将有限元法用于抽油井诊断属于国内首创。该软件的性能 达国内领先，并已接近国际同类技术水平。"

四、软件运行环境

1．微机机型：奔腾450以上CPU的各型品牌微机及兼容机，内存32M以上；

2．软件平台：Windows98或Windows2000

3．软件语言：VisualBasic

五、软件价格

软件包括数据采集模块、运行模块、泵功图标准特征库三部分，其中运行模块是必备的，数据采集模块和泵功图标准特征库是可选的。

1．数据采集模块1.0万

2．运行模块7.0万

3．泵功图标准特征库2.0万

4．合计10.0万