[00865150]玻璃钢抽油杆采油系统优化设计与故障诊断软件

应用背景与理论依据：玻璃钢抽油杆作为一种新的抽油杆用于有杆抽油系统已见到明显的经济效益，这主要得宜于其三个独特的优点：重量轻、弹性好、耐腐蚀。该项目的目的在于通过系统参数的优选，充分发挥玻璃钢抽油杆的长处，以求获得增产节能、降耗的效果。玻璃钢抽油杆在国内的应用起于70年代末，已形成每年使用玻璃钢抽油杆的抽油井净增1000口的规模，国产玻璃钢抽油杆的生产能力已达50万米/年。玻璃钢抽油杆由于其抗压能力差，在实用中并不单独使用，而是和钢杆联合使用的，由玻璃钢抽油杆和钢抽油杆组成的抽油杆柱称为混合杆柱。混合杆柱的设计相对较复杂，有四种设计方法：1)半经验法2)API修正法3)波动方程法4)简易公式法半经验设计法为应用专利，有一定的使用限制，且与实际情况有较大出入；API修正法是以钢杆柱设计的API设计方法为基础进行修正后用于混合杆柱设计的，但由于钢杆柱设计的API设计方法本身是建立在过于简化的抽油系统力学观点上的，它没有真实地考虑抽油机的运动特性、地层供液能力、抽油泵吸入特性以及抽油杆柱动态特性等因素的影响，不能反映系统的操作性能。波动方程设计法是将混和杆柱简化为一不同材质组成的纵向振动的杆柱，分段建立其动力学波动方程，然后利用地面抽油机运动特性和抽油泵的受载特性，求得整个杆柱在一个周期内任一时刻和任一截面的力和位移(即示功图)，从而完成杆柱的设计，其弱点是设计过程必须借助计算机完成。简易公式法是API修正法的一种改进，其弱点同API法类似，精度较差，但计算过程简单。该项目采用的是快速矩阵递推的波动方程法。由彭勇教授领导的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”玻璃钢抽油杆采油系统优化设计与故障诊断软件”，集国内、外玻璃钢抽油杆采油系统优化设计与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。是油田采油厂开展玻璃钢抽油杆采油系统优化设计与工况诊断工作的有力工具。国内外同类先进技术概况：该项目是油田开发中有杆泵抽油工艺技术中的一个配套性监控技术，它针对国内90年代在使用玻璃钢抽油杆的有杆泵抽油系统优化设计与故障诊断技术中所存在的问题，结合国外这一领域中的最新研究成果，在西安石油学院“人工举升理论与配套技术研究”科研课题组开展此项研究工作近十年的基础上，重点解决了玻璃钢抽油杆采油系统中的以下问题：1)实现了系统故障诊断由人工相面法向计算机自动诊断的飞跃；2)适用于油田常见的常规抽油机、前置抽油机、偏置抽油机、气平衡抽油机和链条抽油机；3)适用于不同的油质：稠油、稀油、高凝油；4)适合于不同的材质抽油杆：钢抽油杆和钢-玻璃钢混合抽油杆；5)能够对井下泵凡尔的漏失和泵效等进行定量分析；6)计算泵功图和预测地面功图的理论方法有突破，提出了级数矩阵递推、快速福氏变换矩阵递推、有限元-有限差分求解等新的杆柱波动方程数值计算方法；7)实现了系统的计算机优化设计。该项目以相关学科中的最新技术为基础，较好地解决了玻璃钢抽油杆采油系统优化设计与故障诊断技术中所存在的问题。以模式识别，综合评判技术为基础，解决井下各类故障的计算机自动诊断；以数字信号分析技术和有限元技术为基础，解决快速求解抽油杆柱波动方程，从而为在微机上实现自动诊断提供基础；以解析法运动分析的为基础，解决油田常用的各种抽油机并存使用的问题；以多种杆柱阻尼系数计算方法来适用于不同油质的原油对杆柱的影响；以泵功图的几何定量分析来实现泵漏失量定量化计算。关键技术及创新点：1．该软件共有三项关键技术关键技术一：泵功图或地面功图的快速求取；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，这一方法为该课题组独创；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。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Windows20003．软件语言：VisuaiBasic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3.0万。2．运行模块7.0万。3．泵功图标准特征库3.0万。4．合计13.0万。