离心式注水泵故障自动诊断技术及系统的研究

大型离心式注水泵机组振动故障是影响注水泵正常生产的主要问题。本文以模糊数学为基础 ,研究了基于振动信号的离心式注水泵故障自动诊断技术及系统 ,根据注水泵的结构特点提出了复合知识库的概念 ,有效地克服了传统专家系统的不足 ,确定了对注水泵进行诊断的检测方案、特征参量和模糊推理机 ,并编制了相应的诊断系统软件。将该系统应用于现场使用的注水泵机组 ,取得了良好的效果。

油田注水泵机组智能故障诊断系统

针对油田注水泵机组运行状况缺乏诊断手段 ,以及常规分析系统诊断工作量大的问题 ,研制了一种多功能、智能化的注水泵机组故障诊断系统。硬件系统由传感器、诊断仪主机和便携式计算机组成 ;软件系统由数据系统软件和故障诊断软件组成 ,而智能诊断知识库是本系统的核心部分 ,可预先将泵的各种故障以一定的数据结构存储在库中 ,诊断时可根据库中的故障模型自动调入所需的分析数据 ,对各种指标进行提取 ,并将提取的特征值存储在知识库中。通过对4台注水泵的诊断表明 ,其测试结果与现场实际情况相吻合 ,极大地降低了诊断工作量。

油田注水设备技术现状及发展方向

分析了国内油田离心泵、柱塞泵等注水设备的应用以及变频调速、增压注水和监测诊断等相关技术的现状;介绍了国外注水设备的发展状况;指出国内注水设备在产品质量、系列化、泵效、状态监测与故障诊断等方面与国外存在的差距;提出我国的油田注水设备应向长寿命、通用化、自动化、高泵效、高可靠性的方向发展。为此,提出了3个研究课题:注水设备设计制造理论研究、注水系统效率研究和注水设备运行可靠性及状态监测研究。

注水泵运行参数优化及最小单耗的实现

为了定量分析泵的能耗，利用单耗和注水泵运行参数，建立了注水泵运行参数优化的数学模型。以减小单耗为注水泵节能运行的目标，给出了注水泵优化的约束条件，根据目标函数和约束条件，推导出注水泵单耗的计算公式。实际算例表明，注水泵可以实现最小单耗，泵的最合理运行工况是：在满足工艺压力或排量的前提下，泵压尽可能最低而泵效又在高效区。要实现机泵运行管理的最大节能，合理的压差应保持在0．3MPa内；在注水工艺设计时，应最大限度地降低注水压力，选用水力性能与工艺完全耦合的高效泵，运行于最佳工况区。

高压注水泵泵头体最佳超应变研究

针对高压与超高压注水泵系头体的最主要失效形式──疲劳破坏，从疲劳强度的观点出发，用确定最佳超应变度的等疲劳强度自增强设计原则，研究了高压注水泵泵头体的最佳超应变。并用弹塑性有限元法对高压注水泵泵头体的自增强过程进行了分析计算，确定了内外表面的危险点，求出了泵头体在不同自增强压力下的残余应力分布，获得了泵头体的最佳自增强处理压力与最佳超应变，为高压注水泵泵头体的自增强处理提供了理论依据。

注水泵双平衡鼓装置的优化设计

节段式多级离心注水泵常采用的平衡盘装置易被磨损 ,而平衡鼓装置存在泄漏量大的问题 ,为此提出注水泵采用兼有平衡盘和平衡鼓优点的双平衡鼓装置。为最大限度地减少注水泵双平衡鼓装置的泄漏损失 ,在保证平衡装置工作灵敏、可靠和寿命长等条件下 ,提出了以其泄漏损失最小为目标函数的平衡装置平衡力优化设计方法。计算结果表明 ,该方法较传统的设计方法方便 ,计算精度高 ,用此方法设计的平衡装置的泄漏量小 ,平衡盘不易磨损。

基于LabVIEW的油田注水泵状态监测系统

为了能够更加直观、方便的对油田注水泵运行状态进行监测,设计了基于LabVIEW的离线式油田注水泵状态监测系统。阐述了系统总体设计及硬件、软件设计思路,简单介绍了该系统几个主要模块的设计和构成。该系统在完成采集注水泵振动信息的基础上,可实时分析时域、频域信息,并通过故障诊断系统实时显示诊断结果。现场测试结果表明系统能够实现对注水泵运行状态的监测,故障诊断结果与现场维修结果相符。

球形液压脉动稳定器强度计算与分析

对用于稳定柱塞式注水泵出口压力的ＤＹＷ—Ｉ型球形液压脉动稳定器进行了强度计算与分析；求出了使稳定器爆裂的压力，对这一压力与实际工作可能达到的压力作了对比；对理论计算应力和实测应力进行了对比。计算与分析表明，这种稳定器具有足够的疲劳强度和防爆能力，计算结果比较准确。

油田注水集输系统离心泵调速节能研究

油田注水集输系统离心泵由于载荷经常变化 ,大多不能在其额定工况点工作 ,泵效低 ,且需要用泵出口阀调节流量 ,产生一定的泵管压差 ,造成较大的能量损失。为此 ,开展了定速泵调速节能研究。介绍了变极调速、变频调速和液力调速离合器调速 3种调速方法及相应的节能计算公式。对在单元制系统中调速离心泵的运行经济性、调速范围和母管制系统中离心泵的调速所带来的问题进行了探讨。指出双速电动机用于输油泵的调速时 ,应选用转矩按转速平方降低特性的电动机 ;调速泵的运行经济性受到管路阻力特性曲线的限制 ,其调速范围受到管路阻力特性曲线、系统所需扬程和泵运行特性的限制 ;在母管制系统中把部分定速泵改为调速泵时 。

对中原油田注水节能降耗的探讨

中原油田经过多年的实践和探索 ,对大型注水离心泵的电机匹配 ,有了一些经验 ,如濮三联注水站 ,随着注水量的不断增加 ,原D2 5 0型注水泵 (3台 )改为D30 0型后 ,将原电机功率 16 0 0kW增加至 180 0kW ,既满足了生产工艺的要求 ,又节省了二次投资 ,同时也提高了泵效。 1993年以后 ,先后在濮三联、胡二注、卫城等站将D2 5 0型改为D30 0或D40 0型注水泵 ,使泵运行效率提高到 78%左右。设计人员通过多年的探索 ,根据中原油田各区块的注水特点 ,采用了整体降压和局部增压相结合的方法 ,使离心泵站的注水压力保持在 16～ 17MPa ,即可满足常压注水井 (17MPa以下 )的要求 ,部分注水井 (2 0MPa以上 )采用单井增注或建增注站的方式 ,这样不仅提高了管网运行效率 。

往复式高压注水泵泵头复合强化工艺

决定往复式高压注水泵工作可靠性的关键因素是泵头（阀箱）的工作寿命。运用断裂力学、金属学、疲劳损伤、金属强化、有限元分析和机械制造工艺等理论和方法，提出了泵头复合强化工艺，即首先对泵头内腔表面实施薄壳硬化自增强处理，使该内表面具有压应力场；随后对此内表面进行强力喷丸，使之最终获得最佳残余压应力场，从而大大提高泵头的疲劳断裂抗力和应力腐蚀（含氢脆）断裂抗力。研究表明，由强力喷丸引入薄壳硬化层的残余压应力场和塑变引起的γ－α相变，是提高泵头疲劳强度的两个重要因素。

考虑变频调速的注水系统运行参数优化

以注水系统耗电量最小为目标函数,以排量、压力等限制为约束条件,在考虑离心泵变频调速的基础上,建立了注水系统参数优化数学模型,并用外部惩罚函数法将该问题转化为无约束问题。针对遗传算法的局限性,采用浮点数编码调整了适应函数,根据泵排量和水量平衡要求改进交叉和变异操作,实施最优保留策略,并结合模拟退火算法,形成了混合遗传算法,该算法能够有效地减少不可行解的产生,提高收敛速度,避免早熟收敛。实例计算说明,该优化方法有效、实用,优化后系统运行状况明显改善。

提高油藏注水开发效果的措施——以百口泉油田检188断块克上组油藏为例

以百口泉油田检188断块克上组油藏为例,总结了如何提高非均质、薄层、低饱和砾岩油藏开发效果的做法:针对低饱和油藏地饱压差大的特点,充分利用油藏弹性能量,采取先转抽求产;当地层压力降到一定程度后,在短期内完成注水井的转注工作,进行温和注水,控制注采比,合理补充地层能量,以扩大注水波及体积;注水见效后再及时放大生产压差生产,进行合理的动态调配,进一步扩大注水效果;对油井进行增产措施;对水井进行地面分注,对注不进、注水不满足井进行增注等措施,进一步扩大注水波及系数,提高了油藏的采收率.

注水系统液体粘性调速离合器节能的预测方法

为了保证在油田注水系统安装液体粘性调速离合器取得良好效果,给出了在忽略离合器自身功率损失时,在单台泵或多台泵并联运行条件下节能效果的计算方法,分析了离合器的滑差功率损失,指出调速后的工况点与额定工况点不是相似工况点,提出了润滑油在被转子甩出时会造成离合器功率的冲击损失的观点。结果表明理论节能值取决于泵管压差;滑差损失不仅是传动比的函数,还与实际轴功率有关;离合器功率的冲击损失值与润滑油的流量、转子半径的平方和转速的平方成正比。

大排量柱塞式注水泵提高泵效技术

针对胜利油田和大庆油田大排量柱塞泵替代高压多级离心泵时出现振动大、噪声大等问题,胜利油田采取了如下措施：整机重心降低0.5 m,在泵进、出口管道设计中将流速控制在1.2-1.8 m/s经济流速范围内;单体泵头改为整体液力端,减少振源,方便操作。大庆油田在胜利油田试验基础上经过调研,选择对置式十柱塞注水泵和单边式五柱塞注水泵替代同参数离心注水泵,为减少振动和噪音,去掉了对置式泵机组的联合底座,直接安装在基础上;对单边式泵机组的联合底座进行二次灌浆充实,达到减振、降噪目的。实施上述措施后机组运行趋于平稳,振动、噪音明显减小,为扩大矿场试验提供了技术保障。

电动潜油泵地面高压注水装置的研制与应用

常规注水对于渗透率低的油层效果较差，有的甚至无法注水；采用在井下将电动潜油泵倒置进行增压注水方法，又存在安装、维修困难等问题。为此，研制了活动式电动潜油泵地面高压注水装置。该装置注水压力和排量按要求配置，解决了泵的轴向力和水平调节问题，以及装置的密封、同轴度和振动问题。大庆某注水站应用该装置后，单井月平均注水量增加１１５０ｍ３，连通油井的单井日产液量增加２ｔ，产油量增加１．３６ｔ。

对油田注水系统节能降耗的探讨

从能耗及地面效率公式的分析出发，提出了提高注水泵效率、合理匹配电机、合理确定泵压、优化井站布局、减少管网损失等措施，为注水系统节能的主攻方向，从而达到降低注水耗电的目的。

离心式注水泵机组用在线信息监测系统

针对油田离心式注水泵机组的运行状况和故障特征 ,研制开发了离心式注水泵机组在线信息监测系统。系统由传感器、变送器、A/D数据采集卡和计算机等组成。这个系统将最大熵谱分析方法应用于在线监测分析中 ,解决了传统在线分析方法的窗函数和能量泄漏等问题 ,提高了分析过程的故障识别率。在胜利油田第九注水泵站的现场监测表明 ,由系统传感器监测建立的电动机和离心式注水泵轴的波形和最大熵谱图 ,可以准确地定位离心式注水泵机组的潜在故障因素 。

差动柱塞往复式增压注水泵的液力平衡分析

差动柱塞往复式增压注水泵采用差动柱塞结构使泵的高压吸入工况能够模拟常规柱塞式注水泵的低压吸入工况，模拟过程是一个液力平衡过程。借助于平衡率及平衡常数的概念，可以实现对这类泵型液力平衡效果的定量描述，从而为其进一步优化设计和现场造型提供参考依据。

注水系统节能技术的探讨

大庆油田第二采油厂注水系统由于耗电量大,进行节能改造。采用注水泵高压变频技术,单耗可降至5.6(kW·h)/m3,需3a收回成本,适用于单耗及泵管压差大的注水泵;采用注水泵减级技术,单耗可降至5.82(kW·h)/m3,需69d收回成本,适用于区块注入压力低、泵管压差大的注水泵;采用前置喂液泵技术,单耗可降至5.5(kW·h)/m3,需1.5a收回成本;采用注水泵涂膜技术应用于泵效低的注水泵,单耗可下降0.2(kW·h)/m3,需150d收回成本;应用液体黏性调速离合器,单耗可下降0.47(kW·h)/m3,需要2.2a收回成本。