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沈阳自动化所有杆泵抽油机故障诊断研究取得进展

仪表研发 2022年05月11日 13:56:37 来源:中国科学院沈阳自动化研究所人气:15264
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  【仪表网 仪表研发
  有杆泵一般是指利用抽油杆上下往复运动所驱动的柱塞式抽油泵。有杆泵采油具有结构简单、适应性强、维修管理方便、和寿命长的特点,是国内外应用最广泛的机械采油方式。是最常用的单缸单作用抽油泵,其排油量取决于泵径和泵的冲程、冲数。在中深井中泵的效率为50%左右,适用于中、低产量的井。
 
  抽油机是有杆抽油的地面驱动设备。按其基本结构,抽油机可分为游梁式和无游梁式两大类,国内外应用最为广泛的是游梁式抽油机(俗称磕头机)。游粱式抽油机主要由游梁-连杆-曲柄(四连杆) 机构、减速机构(减速器)、动力设备(电动机) 和辅助装置等四部分组成。
 
  典型的有杆抽油装置主要由抽油机、安装在油管柱下部的抽油泵、抽油杆柱组成。近日,中国科学院沈阳自动化研究所在有杆泵抽油机故障诊断方面研究取得新进展。科研团队提出了基于自校验的有杆泵抽油机运动周期估计、基于物理模型和数据融合驱动的加速度信号重建、基于边缘智能的有杆泵抽油机工况识别等一系列创新性方法,相关研究成果发表在Top期刊IEEE Internet of Things Journal。
 
  油气资源是国民经济发展的重要基础,有杆泵抽油机是油田生产的核心设备,其工作状况直接影响了油田的产量和效益。在有杆泵抽油机故障监测系统中,通常在其悬点位置安装加速度传感器,并通过加速度信号求解出抽油机井的速度和位移信息,进而获得有杆泵抽油机运行状况估计。但是受环境和设备工作状态等因素的影响,加速度信号中通常包含着大量的噪声。这些噪声在速度和位移计算过程中会迅速积累并放大,从而显著降低了有杆泵抽油机工况识别准确率。
 
  针对上述问题,沈阳自动化所边缘计算团队提出了面向低信噪比加速度信号的有杆泵抽油机工作状态高精度识别方法。该方法基于多个估计周期的重构数据与原始数据的相似性实现有杆泵抽油机真实运动周期的高精度估计,在此基础上基于物理模型参数寻优替代数据直接去噪实现数据的高精度重建。在油田有杆泵抽油机实际监测数据上的测试结果表明,提出方法在采集数据包含严重噪声情况下仍然能够获得可靠的有杆泵抽油机故障诊断结果,从而有效提升了有杆泵抽油机故障监测系统的可用性。
 
  该研究成果得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金的支持。(工业控制网络与系统研究室)
 
基于自校验的有杆泵抽油机运动周期估计
 
基于物理模型驱动的加速度信号重建
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