[發明專利]基于動力學模型的鉆井泵故障檢測與診斷方法及其系統

有效

• 申請號: 201210229801.6
• 申請日: 2012-07-03
• 公開（公告）號: CN102758613A
• 公開（公告）日: 2012-10-31
• 發明（設計）人: 呂苗榮
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: E21B47/008
• 分類號: E21B47/008
• 代理公司: 北京市惠誠律師事務所 11353
• 代理人: 王美華

1.一種基于動力學模型的鉆井泵故障檢測與診斷方法，所述的鉆井泵為臥式三缸單作用石油鉆井泵，臥式三缸單作用石油鉆井泵具有一號缸、二號缸、三號缸，其步驟如下：

①測量鉆井泵振動和泵沖信號，并對采集得到的振動信號和泵沖信號進行采集、放大、傳輸與顯示；

②按照泵沖周期對振動信號進行基元分段處理，并結合鉆井泵運動的規律性及對應各缸子段信號的強度大小與頻譜信息，確定振動信號的歸屬；

③采用模式濾波法來分離鉆井泵振動信號的各種特征信號成分，形成多維聯合分布狀態空間信息，分離的各種特征信號結合數字化音頻測試技術來輔助識別各種信號，實現鉆井泵故障的定性診斷；

④對確定了歸屬后的子段振動信號進行時域、頻域特征參數統計分析，由此建立實測鉆井泵狀態向量；

⑤根據鉆井泵的實體結構信息建立一個鉆井泵動力學模型，開展鉆井泵在不同工況下的動力學仿真，對仿真結果進行整理，并形成鉆井泵系統故障特征矩陣；

⑥對步驟④獲得的實際鉆井泵狀態向量和步驟⑤建立的鉆井泵系統故障特征矩陣中的向量進行優化匹配，由此定量確定鉆井泵故障的類型與故障嚴重程度，實現鉆井泵狀態的識別檢測與定量化預警、預報；

⑦鉆井泵故障檢測與診斷結果的顯示。

2.如權利要求1所述的基于動力學模型的鉆井泵故障檢測與診斷方法，其特征是：振動信號的采樣率不小于10kHz，采樣時間控制在60～180s。

3.如權利要求1所述的基于動力學模型的鉆井泵故障檢測與診斷方法，其特征是：鉆井泵三缸振動信號按照泵沖傳感器的周期脈沖信號對三缸振動信號進行基元分段處理，一個基元分段結果對應一個動態的周期泵沖信號。

4.如權利要求1所述的基于動力學模型的鉆井泵故障檢測與診斷方法，其特征是：步驟②按照三缸單作用鉆井泵具有一號缸排液、二號缸抽吸、三號缸排液、一號缸抽吸、二號缸排液、三號缸抽吸的6階段循環往復、周而復始的振動特征對分段后的基元振動信號進行6個子段的分劃處理，按照各通道子段信號強度大小與頻譜信息來確定信號歸屬。

5.如權利要求1所述的基于動力學模型的鉆井泵故障檢測與診斷方法，其特征是：步驟②中如果在信號采集過程中泵沖傳感器出現故障，則采用振動信號的相關性、周期性特點進行基元分段的軟劃分，由程序或手工進行振動信號的基元分段。

6.一種采用權利要求1-5所述的基于動力學模型的鉆井泵故障檢測與診斷方法的系統，所述的鉆井泵為臥式三缸單作用石油鉆井泵，臥式三缸單作用石油鉆井泵具有一號缸、二號缸、三號缸，其特征是：

包括三個加速度傳感器，分別設置在所述鉆井泵三個缸上，用來測量三缸的振動信號；

一個泵沖傳感器，設置在鉆井泵飛輪或鉆井泵泵頭拉桿上，用來測量鉆井泵的泵沖信號；

多通道信號采集模塊，與所述的三個加速度傳感器和泵沖傳感器相連，對所述的三缸振動信號和泵沖信號進行采集、放大和濾波抗混疊調理處理；

多通道振動信號傳輸模塊，與多通道信號采集處理模塊相連，對所述的振動和泵沖信號進行無線或有線傳輸與變送；

多通道振動信號接收模塊，該模塊通過無線或有線的方式接收來自多通道振動信號傳輸模塊的信號；

鉆井泵狀態檢測與故障識別模塊，該模塊與所述的多通道振動信號接收模塊相連，對多通道信號采集模塊采集的振動信號進行分析處理，結合基于鉆井泵動力學仿真所獲得的知識與信息，開展鉆井泵狀態檢測與故障診斷，并顯示診斷結果。