油井集散控制系统泵工况的模糊综合诊断

　　油井集散控制系统泵工况的模糊综合诊断周宁宁（南京邮电学院南京210003）黄国方（电力公司自动化研究院南京210003）移图（泵功图）进行分析判断，及时准确地了解有杆泵抽油系统的工作状态，提高抽油系统效率和泵工况的诊断精度。

　　1概述有杆抽油是石油领域传统的采油方式之一，也是迄今采油工程中一直占主导地位的人工举升方法。有杆抽油设备的能耗占油田总能耗的三分之一左右。因此降低能耗，提高经济效益，实现有杆采油系统的自动控制和科学管理是石油工业发展的必然趋势，也是当前石油领域迫切需要解决的一个重大课题。

　　本文主要介绍的是笔者开发的油井集散控制系统中泵工况诊断的具体方法。通过现场监控单元采集的抽油杆载荷与位移值，得到有杆抽油系统的“泵载荷一位移”图（泵功图），并通过模糊综合诊断技术对泵功图进行分析判断，从而及时、准确地了解有杆泵抽油系统的工作状态，提高抽油系统效率。

　　2有杆抽油井泵载荷计算油井现场监控单元实际采集的是抽油杆载荷及相应位移，通过抽油泵工作模型，可以得到有杆抽油系统‘泵载荷一位移“关系曲线。

　　来稿日期：2001?04?作者周宁宁（972?），女，工学硕士，讲师，现主要从事计算机应用，工业自动化的教学和科研工作周宁宁：油井集散控制系统泵工况模糊综合诊断21油井泵设备工作模型抽油机工作时，光杆负荷随其位移而变化。把抽油杆视为传输导体井下泵载荷和位移以应力的形式传输到地面光杆；把抽油杆柱看作是具有粘滞阻尼的纵向振动的细长圆杆。为抽油杆的动力学模型，取抽油杆中Ax段的单元体如（a）所示。并约定速度，其量纲为m/s；V为井液对抽油杆的阻尼系数，其量纲为r1. 2.2工作模型的边界条件工作模型的边界条件由光杆功图给出，并以光杆载荷与时间和位移与时间关系曲线的形式表示。

　　x为抽油杆运动前单元体位置（向下为正）u（xt）为单元体位移，/r与fx+Ax为相应截面上的内力，fa为单元体的惯性力，fd为作用于单元体单位长度上的粘性阻尼力，/w为单元体重力，则度，9.8mV2；Ve为单位长度上的阻力系数，=0，并对等式两边同除以Ax，取极限得为计算方便，暂去掉的重力常项，当计算各级杆顶部受力时再加上该项。将式除以PAr，并略去重力常项则有如与所示。这就产生了光杆动载荷一时间曲线以及位移一时间曲线，这两条曲线便组成了稳定解所需的边界条件。

　　在有杆抽油泵工作的一段时间内，可以认为光杆作周期往复运动，因此可以用截断的傅立叶级数作为上述以曲线方式给出的边界条件的近似表达式：数；Wr为抽油杆柱在液体中的重量；U（Wt）为光杆位移函数。

　　上海海运学院学报其中《为截断的傅立叶级数项数。

　　由于乃（时）与没有显式的方程式，因此因此，在游动阀模糊综合诊断中，把因素集定义为：将曲线离散化进行数值计算计算出相关的离散傅立叶系数。由光杆载荷一位移图（光杆功图）和泵设备的工作模型，可以得到泵载荷一位移图（泵功图）。

　　3泵工况的模糊综合诊断由于泵功图的规律性很强，图形比抽油杆载荷一位移图简单容易对比。因此通过对泵功图的分析，可以诊断泵工况。是典型的泵功图。标准图形的规律总结如下：图形左边竖线专门用于分析井下泵阀问题，是诊断游动阀、固定阀是否漏失的关键，它呈垂直线或基本近于垂直线。游动阀漏失时，左上角呈圆弧形缺损；固定阀漏失时，左下角呈圆弧形缺损；对于供液不足的油井，泵的有效行程变短。

　　泵工况的模糊综合诊断就是通过泵功图的特征，来诊断泵阀状况以及泵充满程度。

　　（3）液面撞击（4）固定阀磨损GS为总冲程；NS为有效冲程；ABC为上冲程；CDA为下冲种泵功。1游动阀的模糊综合诊断由泵功图的规律性可知，游动阀故障影响泵功。=缺损面积SAB￡，增载行程AB很好，好，中等，差，艮差单因素评价向量可通过评语集中的模糊概念隶属函数分别求出。由于故障因素特征分布一般可视为正态规律，另外结合实际情况，在，如果游动阀漏失越严重，则缺损面积Sabe越大，增载行程AB就越长。

　　游动阀故障泵功图~式（8?e）中x被定义为：增载行程AB与泵行程AC的比值。

　　两个因素的重要性分配如下：：=（0. 6，0.4）模糊变换运算模型选用“主因素突出型”

　　根据大隶属度原则，得出游动阀所处的状态。3.2固定阀的模糊综合诊断周宁宁：油井集散控制系统泵工况模糊综合诊断断与游动阀大致相同……4 j B固定阀故障泵功图程载荷上升段DE把缺省面积Sdef评语中的各模糊概念隶属函数的变量x定义为：缺损面积与泵功图外切矩形面把下行程载荷上升段DE评语的各模糊概念隶属函数的变量x定义为：DE段长度与泵行程CE长度的比值，它们的隶属函数形式同游动阀。

　　3.3泵充满程度的模糊诊断泵充满程度的模糊诊断可用来评价油井供液情况的好坏，为常见油井供液不足泵功图。

　　油井供液不足泵功图如油井供液不足，则缺损面积SCDEF会增大，EG长度变短，所以将因素集定义为U=缺损面积Scdef泵行程DG中的DE段将泵充满程度评语集定义为：V=很好，好，中等，差，艮差把缺损面积SCDEF评语中的各模糊概念隶属函很差“的隶属函数：得到诊断结果：：根据大隶属度原则，得出泵充满程度的评估。

　　4江苏油田“真武一11”井泵工况模糊综合诊断上海海运学院学报由可计算出缺损面积SAB//ySACFH=0.13根据游动阀各评语模糊概念的隶属函数得游动阀的评判矩阵所以由评语集=艮好，好，中等，差，很差推断出游动阀的状态处于“中等‘，有可能已经漏失，这与人们根据泵功图凭经验分析判断的结果基本相同。

　　同理，对固定阀综合诊断得到评判矩阵推断出固定阀的状态诊断为基本上“很好'对泵充满程度的评判矩阵为根据模糊变换Bp=Ap*Rp得Bp=由诊断结果表明油井供液能力”差“此时必须停止抽油。

　　对“真武一11”井泵工况模糊综合诊断结果基本上符合实际情况。诊断过程的关键在于对通过平时修正和校验得到的各隶属函数的选取。

　　5结语油井集散控制系统中工况的模糊综合诊断技术，对于提高泵工况诊断精度、实现低产油井抽油机的自动控制、减少操作人员的操作困难，有着积极的作用。