基于改进K-means的潜油电泵质量评估方法研究

doi:10.11885/j.issn.1674-5086.2016.11.25.02

西南石油大学学报(自然科学版) ›› 2018, Vol. 40 ›› Issue (1): 173-180.DOI: 10.11885/j.issn.1674-5086.2016.11.25.02

• 石油机械与油田化学 • 上一篇

基于改进K-means的潜油电泵质量评估方法研究

刘广孚¹, 朱赫¹, 周凯迪¹, 简纪新², 常云飞¹

1. 中国石油大学(华东)信息与控制工程学院, 山东青岛 266580;
2. 中国石化胜利油田分公司胜利采油厂, 山东东营 370500

收稿日期:2016-11-25 出版日期:2018-02-01 发布日期:2018-02-01
通讯作者: 刘广孚,E-mail:liugf@upc.edu.cn
作者简介:刘广孚,1966年生,男,汉族,河北辛集人,副教授,博士,主要从事潜油电泵井的参数监测与故障诊断研究。E-mail:liugf@upc.edu.cn;朱赫,1989年生,男,汉族,安徽宿州人,硕士研究生,主要从事采油设备的信号检测和处理方向研究。E-mail:zhuhe112473@163.com;周凯迪,1992年生,女,汉族,山东德州人,硕士研究生,主要从事采油设备的信号检测与处理方向研究。E-mail:zhou_kd1031@163.com;简纪新,1966年生,男,汉族,重庆忠县人,工程师,主要从事潜油电泵现场施工和日常维护及管理工作。E-mail:jianjixin@163.com;常云飞,1992年生,女,汉族,山东滨州人,硕士研究生,主要从事采油设备的信号检测与处理方向研究。E-mail:changyunfei1104@163.com
基金资助:
国家自然科学基金（61273160）

Study on the Quality Evaluation of Electric Submersible Pumps Based on Improved K-means

LIU Guangfu¹, ZHU He¹, ZHOU Kaidi¹, JIAN Jixin², CHANG Yunfei¹

1. College of Information and Control Engineering, China University of Petroleum, Qingdao, Shandong 266580, China;
2. Shengli Oil Production Plant, Shengli Oilfield Subcompany, SINOPEC, Dongying, Shandong 370500, China

Received:2016-11-25 Online:2018-02-01 Published:2018-02-01

摘要/Abstract

摘要： 针对潜油电泵使用寿命的问题，开展了基于潜油电泵井下振动测量的单节潜油电泵装配质量等级分类的研究，建立了单节潜油电泵的三维振动模型，提出了拐点法优化K-means聚类算法初始点的选取，采用三维合成方法求取电泵三个维度的合成振动加速度均方根值，利用改进K-means算法对239节潜油电泵的合成振动加速度均方根进行了聚类分析，建立了潜油电泵装配质量等级评价标准。对所测量的电泵进行质量跟踪，其结果验证了电泵装配质量等级分类的合理性。结果表明，潜油电泵合成振动加速度均方根小于1.30 m/s²的潜油电泵为优质电泵，使用寿命最长，宜用于高产井；处于1.30~1.72 m/s²的为质量良好电泵，使用寿命较长，可正常使用；处于1.72~2.35 m/s²的为质量合格电泵，使用寿命一般，应谨慎使用；大于2.35 m/s²为质量较差电泵，使用寿命较短，应维修后再使用。

关键词: 潜油电泵, 实验井, 振动, 加速度, K-means算法

Abstract: This study examines issues concerning the lifespan of electric submersible pumps and establishes assembly quality grade classifications based on underground vibration measurements. A 3D vibration model of a single electric submersible pump is established. The inflection point method is proposed to optimize the selection of the initial point for a K-means clustering algorithm. 3D synthetic method is employed to calculate the root-mean-square of the synthetic vibration acceleration in three dimensions. The improved K-means algorithm is used to perform a cluster analysis on the root-mean-square values of the synthetic vibration acceleration for 239 electric submersible pumps. Evaluation criteria for the assembly quality of electric submersible pumps are established. Quality tracking is carried out for electric pump measurements and the research results verify the rationality of the established classifications for electric pump assembly quality. According to the results, electric submersible pumps with root-mean-square synthetic vibration accelerations smaller than 1.30 m/s² are excellent pumps with the longest life spans. These pumps are applicable for use in high-yield wells. Pumps with values between 1.30 and 1.72 m/s² are considered as having good quality. Pumps with values between 1.72 and 2.35 m/s² have a typical lifespan and should be used carefully. Those with values higher than 2.35 m/s² are poor quality pumps with a short lifespan and should be repaired before use.

Key words: electric submersible pump(ESP), experimental well, vibration, accelerated velocity, K-means clustering algorithm

中图分类号:

TE937

刘广孚, 朱赫, 周凯迪, 简纪新, 常云飞. 基于改进K-means的潜油电泵质量评估方法研究[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2018, 40(1): 173-180.

LIU Guangfu, ZHU He, ZHOU Kaidi, JIAN Jixin, CHANG Yunfei. Study on the Quality Evaluation of Electric Submersible Pumps Based on Improved K-means[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2018, 40(1): 173-180.

0
/ / 推荐

导出引用管理器 EndNote|Ris|BibTeX

链接本文: http://journal15.magtechjournal.com/Jwk_xnzk/CN/10.11885/j.issn.1674-5086.2016.11.25.02

http://journal15.magtechjournal.com/Jwk_xnzk/CN/Y2018/V40/I1/173

参考文献

[1] 国家标准化管理委员会. GB/T 16750-2015潜油电泵机组国家标准[S]. 北京:中国标准出版社, 2016:61-62.
[2] 刘广孚,席文静,刘小华,等. 基于数字信号处理器的潜油电泵机组转速测量系统的设计[J]. 中国石油大学学报(自然科学版), 2009, 33(1):154-156. doi:10.3321/j.issn:1673-5005.2009.01.032 LIU Guangfu, XI Wenjing, LIU Xiaohua, et al. Design of rotation speed measurement system for electric submersible pumps based on digital signal processor[J]. Journal of China University of Petroleum, 2009, 33(1):154-156. doi:10.3321/j.issn:1673-5005.2009.01.032
[3] 刘军. 潜油电泵井下多元测试系统研究[D]. 哈尔滨:哈尔滨工程大学, 2005.
[4] 王宁,黄彪,吴钦,等. 绕水翼空化流动及振动特性的试验与数值模拟[J]. 排灌机械工程学报, 2016, 34(4):321-327. doi:10.3969/j.issn.1674-8530.15.1074WANG Ning, HUANG Biao, WU Qin, et al. Experiment and numerical simulation of vibration characteristics of hydrofoil in cavitating flow[J]. Journal of Drainage and Irrigation Machinery Engineering(JDIME), 2016, 34(4):321-327. doi:10.3969/j.issn.1674-8530.15.1074
[5] 唐友福. 基于统计量的潜油电泵机组状态评估方法研究[D]. 大庆:大庆石油学院, 2006.
[6] 梅冬琴,刘巨保,李治淼,等. 基于加速度传感器的钻柱振动测量方法研究[J]. 石油矿场机械, 2012, 41(2):1-7. doi:10.3969/j.issn.1001-3482.2012.02.001 MEI Dongqin, LIU Jubao, LI Zhimiao, et al. Study on drill string vibration measurement based on Accelerometer[J]. Oil Field Equipment, 2012, 41(2):1-7. doi:10.3969/j.-issn.1001-3482.2012.02.001
[7] LIU Meiru, XIA Hong, SUN Lin, et al. Vibration signal analysis of main coolant pump flywheel based on Hilbert-Huang transform[J]. Nuclear Engineering and Technology, 2015, 47(2):219-225. doi:10.1016/j.net.-2014.12.010
[8] SAKTHIVEL N R, SUGUMARAN V, BABUDEVASENAPATI S. Vibration based fault diagnosis of monoblock centrifugal pump using decision tree[J]. Expert Systems with Applications, 2010, 37(6):4040-4049. doi:10.1016/-j.eswa.2009.10.002
[9] WANG Jiangping, HU Hongtao. Vibration-based fault diagnosis of pump using fuzzy technique[J]. Measurement, 2006, 39(2):176-185. doi:10.1016/j.measurement.2005.-07.015
[10] ALEKSANDROV V I, AVKSENTIEV S Y. Vibrationbased diagnostics of slurry pump technical state[J]. Indian Journal of Science and Technology, 2016, 9(5):1-7. doi:10.17485/ijst/2016/v9i5/87590
[11] WANG Kai, LIU Houlin, ZHOU Xiaohua, et al. Experimental research on pressure fluctuation and vibration in a mixed flow pump[J]. Journal of Mechanical Science and Technology, 2016, 30(1):179-184. doi:10.1007/s12206-015-1221-8
[12] MACQUEEN J. Some methods for classification and analysis of multivariate observations[C]//Proceedings of the fifth Berkeley symposium on mathematical statistics and probability. 1967, 1(14):281-297.
[13] ESTER M, KRIEGEL H P, SANDER J, et al. A densitybased algorithm for discovering clusters in large spatial databases with noise[C]//Kdd. 1996, 96(34):226-231.
[14] WANG Wei, YANG Jiong, MUNTZ R. STING:A statistical information grid approach to spatial data mining[C]//VLDB. 1997, 97:186-195.
[15] GUHA S, RASTOGI R, SHIM K. Cure:An efficient clustering algorithm for large databases[C]//ACM SIGMOD Record. ACM, 1998, 27(2):73-84.
[16] 王朔,顾进广. 基于K值改进的K-means算法在入侵检测中的应用[J]. 工业控制计算机, 2014, 27(7):93-94. doi:10.3969/j.issn.1001-182X.2014.07.044 WANG Shuo, GU Jinguang. Improve K-means algorithm based on K values in intrusion detection[J]. Industrial Control Computer, 2014, 27(7):93-94.
[17] 陈少达,夏士雄,王志晓. 基于改进谱聚类的提升机故障诊断算法[J]. 计算机工程与设计, 2015, 36(12):3241-3245. doi:10.16208/j.issn1000-7024.2015.12.016 CHEN Shaoda, XIA Shixiong, WANG Zhixiao. Mine hoist fault diagnosis based on improved spectral clustering algorithm[J]. Computer Engineering and Design, 2015, 36(12):3241-3245. doi:10.16208/j.issn1000-7024.2015.-12.016

基于改进K-means的潜油电泵质量评估方法研究

Study on the Quality Evaluation of Electric Submersible Pumps Based on Improved K-means

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	黄亮, 王国荣, 徐靖, 魏安超, 贾杜平. 水平井完井管柱振动特性实验研究[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2020, 42(5): 170-178.
[2]	刘广孚, 周凯迪, 朱赫, 冯连雷, 姚爱军. 基于平移窗信号自相关分析的振动稳定性研究[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2019, 41(4): 166-174.
[3]	汤历平, 祝效华, 石昌帅, 唐建. 钻柱系统黏滑振动的自激振动特性研究[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2017, 39(4): 168-175.
[4]	刘清友, 朱军凯, 毛良杰. 深水钻井工况下隔水管横向振动特性研究[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2016, 38(5): 1-8.
[5]	方潘, 侯勇俊, 龙小康. 考虑刚柔耦合的振动筛动力学研究[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2016, 38(5): 165-172.
[6]	董广建1 *，陈平1，邓元洲2，郭昭学1. 钻柱振动与冲击抑制技术研究现状[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2016, 38(3): 121-134.
[7]	阳明君1，李海涛1 *，蒋睿1，肖凯文2，谢江3. 尤拉屯高产气井完井管柱振动损伤研究[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2016, 38(1): 158-163.
[8]	姜峰*，郑运虎，梁瑞，杜超飞. 海洋立管湿模态振动分析[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2015, 37(5): 159-166.
[9]	吕苗荣，沈诗刚. 钻柱黏滑振动动力学研究[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2014, 36(6): 150-159.
[10]	魏周拓，陈雪莲. 井中偶极声源激励下的反射横波实验研究[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2013, 35(6): 1-8.
[11]	李东洋;王垒超;张涛;王钱钱. 气体钻井中钻柱力学性能及冲蚀实验研究[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2012, 34(4): 158-164.
[12]	刘刚;贾宗文;金业权;牟哲林;于姣姣. 稠油油井出砂监测室内模拟研究[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2011, 33(4): 139-143.
[13]	何开泉;许海涛;常庆龙;景海璐;阿依努尔. 准噶尔盆地南缘玛纳斯背斜速度成图方法研究[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2010, 32(6): 65-69.
[14]	石晓兵陈平熊继有. 油气深井随钻扩眼钻柱扭转振动分析[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2008, 30(6): 81-84.
[15]	李子丰;李敬元;赵金海;等. 钻井流体粘度对钻柱纵向振动的影响[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2008, 30(2): 134-137.