[发明专利]基于动力学模型的钻井泵故障检测与诊断方法及其系统

摘要

本发明涉及一种基于动力学模型的钻井泵故障检测与诊断方法，其步骤如下：①测量钻井泵振动和泵冲信号；②按照泵冲周期对振动信号进行基元分段处理；③分离钻井泵振动信号的各种特征信号成分，实现钻井泵故障的定性诊断；④对确定了归属后的子段振动信号进行时域、频域特征参数统计分析，由此建立实测钻井泵状态向量；⑤建立一个钻井泵动力学模型；⑥对实际钻井泵状态向量和钻井泵系统故障特征矩阵中的向量进行优化匹配；⑦钻井泵故障检测与诊断结果的显示。本发明能准确、精细地提取反映钻井泵故障的各种特征信息，实现钻井泵故障的稳健识别与定量诊断，及时提供钻井泵运行状态的检测和预警，将定期维修转变为视情维修。

主权项

一种基于动力学模型的钻井泵故障检测与诊断方法，所述的钻井泵为卧式三缸单作用石油钻井泵，卧式三缸单作用石油钻井泵具有一号缸、二号缸、三号缸，其步骤如下：①测量钻井泵振动和泵冲信号，并对采集得到的振动信号和泵冲信号进行采集、放大、传输与显示；②按照泵冲周期对振动信号进行基元分段处理，并结合钻井泵运动的规律性及对应各缸子段信号的强度大小与频谱信息，确定振动信号的归属；③采用模式滤波法来分离钻井泵振动信号的各种特征信号成分，形成多维联合分布状态空间信息，分离的各种特征信号结合数字化音频测试技术来辅助识别各种信号，实现钻井泵故障的定性诊断；④对确定了归属后的子段振动信号进行时域、频域特征参数统计分析，由此建立实测钻井泵状态向量；⑤根据钻井泵的实体结构信息建立一个钻井泵动力学模型，开展钻井泵在不同工况下的动力学仿真，对仿真结果进行整理，并形成钻井泵系统故障特征矩阵；⑥对步骤④获得的实际钻井泵状态向量和步骤⑤建立的钻井泵系统故障特征矩阵中的向量进行优化匹配，由此定量确定钻井泵故障的类型与故障严重程度，实现钻井泵状态的识别检测与定量化预警、预报；⑦钻井泵故障检测与诊断结果的显示。