李正勤1;2 黎洪生1
(1.武汉理工大学机电工程学院;2.温州大学城市学院)
摘要：在抽油机空抽、断杆和抽喷等故
障机理进行深入分析的基础上，提出利用示
功图面积变化趋势区分这三种故障的方法,
建立了满抽示功图和标准杆重示功图两个判
断基准和相应的产生式规则，有效利用了抽
油机监测的历史数据，提高了故障诊断的准
确率。
关键词：抽油机；示功图；产生式规则；空抽；断杆
根据示功图的形状来判断抽油泵的故障是当前抽油机故障诊断中常用的方法。但特定形状的示功图与抽油泵的故障类型之间并不存在一一对应的关系，很多不同的故障往往表现出相同的示功图特征[1]。此时，基于单一示功图的各种诊断模型(神经网络模型、专家系统等)即使再复杂，也无法区别出抽油泵的故障[2]。
1 窄带示功图的特征与故障类型
窄带示功图通常指面积不到正常示功图面积的四分之一示功图，是抽油机工作过程中最常见的一种故障示功图。抽油机工作过程中，很多故障都表现出窄条示功图的图形特征，如空抽、断杆和抽喷。
空抽、断杆和抽喷三种故障在示功图中所表现出的图形特征基本相同。此时，采用常见的图形特征识别技术，如神经网络技术、傅立叶算子等对单一示功图进行后续处理，是无法区别出这些故障的。
2 空抽、断杆和抽喷现象的识别
大量的抽油机故障案例表明，目前抽油系统的故障基本上可以区分为缓慢型故障和突变型故障两类[3]。空抽是典型的缓慢型故障，随着抽油泵工作时间的延长，油井的供液量越来越弱，空抽示功图的面积逐渐减小；并且经过一定的间歇时间后，抽油机的示功图面积会迅速扩大。 抽油杆断裂则是典型的突发型故障，大多发生在抽油泵上行过程中。从示功图面积的变化趋势看，示
功图面积突然变小，并且一直保持在很小的状态，即使通过一定的间歇后，示功图面积仍旧保持原来的面积。因此，从示功图面积的变化趋势上，可以区分出空抽和断杆的故障。
当油井有抽喷现象时，示功图面积也会缩小，但如果油田处在抽喷期时，油田内邻近油井都有一定的抽喷现象，所以可以根据多个油井的示功图比较来辅助判断油井的抽喷故障。本文将重点讨论空抽和断杆故障的识别方法。
3 故障判别模型
(1)示功图的面积计算方法。大型数据库中，示功图的数据通常以离散的数组形式存在。数组包括三个元素(冲次、载荷、位移)。一个冲次内，载荷和位移数据与示功图的对应关系如图1
所示。
图1 示功图数据的离散化表示
优；此外，取j=-1，按差异度i的发展趋势偏好动态取值，再结合联系数加以分析排序。
3 结语
集对分析模型全面考虑了各候选线路的优、劣、无差异关系，建立了联系数矩阵，采用此评价方法不仅可以进行多个候选方案的排序分析，而且能够建立综合评价的信息基础。经过计算表明，采用集对评价模型进行长输管道的线路优选时，使用方法简便，评价结果直观、准确、可靠。参考文献 [1]王智源，雍歧东，李永德 基于模糊物元分析的野战输油管线线路
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(栏目主持 杨 军)
3 油气田地面工程第27卷第9期(2008 9)
根据这些离散的数组，一个冲次的示功图面积计算方法如下
诺基亚cdma
S =li m n - n -1
铜绿微囊藻
i =0
电子政务信息平台
电磁炉热水器(F u
i -F l
i )(X i +1-X i ) 式中(X i ,F u i
)和(X i ,F l i
)分别为示功图离散点的上冲程和下冲程的横纵坐标，即位移值和载荷值;
连续供墨系统n 为一个冲次的上下两个行程中，采集数据的频率。显然,n 越大，所求取的示功图面积越准确。
(2)示功图面积变化趋势分析。经过对每个冲次的示功图面积计算，形成另一组新的数组(冲次，面积)，某已经出现空抽现象的油井经过上述计算后，形成的面积变化趋势如图2
所示。
图2 空抽过程中的示功图面积变化趋势
从图2可以看出，在示功图面积变化趋势方面，空抽和断杆故障最大的区别在于断杆会导致面积变化趋势曲线中曲线的斜率发生巨大变化，所以引入面积变化率K 作为区分空抽和断杆故障的诊断参数。由于示功图面积数据采集时，都是采用相邻冲次或者等间隔冲次的示功图数据，所以面积变化率K 实际上与相邻示功图面积的差值(S )呈正比，用相邻示功图面积的差值来区分空抽和断杆故障。(3)示功图面积变化的两个判断基准。在采油系统工作正常(非断杆或者抽喷)的前提条件下，示功图面积的变化，实质上是由单位冲次内油井的储油量、产油速度和采油速度之间的不平衡导致的。当单位时间内油井的产油速度或者储油量远远大于采油速度时，示功图不会出现大数值的面积下降。而当油井内的产油量或者渗油速率不大于采油速率时，示功图的面积将以满抽的最大斜率下降。所以可以根据从满抽到空抽时的最大面积差来判定并区分空抽和断杆故障。
双接头另外，从图2中还可以看出，当出现断杆故障后，示功图中的载荷要远远小于抽油杆重，即出现故障后，示功图的平均面积要远远空抽最低点时示功图的面积，所以可以建立一个以标准杆重为基准的示功图面积值，当示功图面积连续5次小于此基准面积值时，判断为该油井出现断杆故障。
这样，可以从示功图面积变化趋势(面积差)和最小示功图面积两个参数值来区分空抽和断杆故障。
(4)空抽、断杆和抽喷故障的判定规则。专家
系统是故障诊断领域常用的一种方法。专家系统中，通常采用产生式规则来描述专家对某种故障现象的推理过程。产生式规则的一般表示形式为:P !Q 。其中P 表示一组前提条件或状态;Q 表示若干结论或动作;P !Q 表示如果P 满足，则可推出结论Q 。
在计算机中,P !Q 采用I F ∀TH E N 的形式来描述。根据不同的前提条件，推导出不同的结论，所推导出的结论还可以作为前提，进行更加深入的推导。专家系统的这种推理过程中环环相扣，形成复杂的推理网络，从而建立起故障现象和故障根源之间的知识联系。根据前文对示功图面积变化趋势的分析，可以建立如下产生式规则:
I F 示功图面积差(S )>满抽时的面积值AND 示功图面积连续5次小于标准杆重示功图面积 THEN 该油井出现断杆故障
I F 示功图面积差(S )>0
#后一示功图面积
大于前一示功图面积∃
AND 不满足断杆故障的条件THEN 该油井存在抽喷现象
I F 示功图面积差(S )<0
#后一示功图面
积小于前一示功图面积∃
AND 不满足断杆故障的条件 TH E N 该油井存在空抽现象。
4 结语
利用计算机技术实现抽油泵故障的非人工判断，对于抽油系统故障的快速恢复、提高采油效率具有重要意义。但由于测试存储技术的不足，很多抽
油机故障诊断模型都是基于当前的示功图数据进行故障分析，而忽略了对抽油系统历史数据的深入分析，从而存在故障诊断的误警率高、不能准确区分相类似的示功图等不足之外。本文在对空抽、断杆和抽喷等故障机理进行深入分析的基础上，提出了利用示功图面积变化趋势区分这三种故障的思想，并建立了满抽示功图和标准杆重示功图两个判断基准和相应的产生式规则，有效利用了抽油机监测的历史数据，提高了故障诊断的准确率。参考文献
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(栏目主持 杨 军)
4 油气田地面工程第27卷第9期(2008 9)
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