随着油田在我国能源战略地位的逐渐提高，保证油田作业的安全可靠生产，对油田的采油、注水等动力设备开展故障诊断和安全研究具有重要意义。本论文针对油田设备在复杂工况下故障诊断过程中出现的一系列问题，从非平稳、非线性振动信号降噪方法、海量数据中挖掘信号的故障特征、变载荷输入诊断方法研究和故障源技术分析及应用等几个方面进行了认真的研究，论文的主要工作如下： 1．讨论了时频分析方法(短时傅里叶变换、小波分析、自适应时频分析等方法)在信号分析中应用和存在的问题。在上述基础上，引入了时频分析方法的新理论一经验模态分解(EMD)方法。 2．针对油田机械设备故障振动信号的非平稳、非线性特征，提出了基于EMD和功率谱分析相结合的故障特征提取方法。该方法首先对振动信号进行经验模态分解，然后对分解后包含故障特征信息的固有模态函数分量作功率谱分析，得到各分量的功率谱图，清晰直观地显示出故障特征信号的功率谱，从非平稳、非线性的振动信号中提取故障信息。 3．针对机械设备出现故障时，其振动信号中混有能量较大的背景信号和噪声、频带相互重叠的问题，研究了一种基于EMD和HT的时频分析方法。该方法首先对振动信号进行经验模态分解，然后对分解后的固有模态函数分量作希尔波特变换，得到各分量的时频图，显示出信号的时频分布，从混有背景信号和噪声的振动信号中提取故障信息。 4．针对轴承故障模式复杂难以辨识的特点，选取与其运行状态密切相关的多个振动参数作为原始特征模式，阐述如何从故障信号数据库中，应用模糊聚类方法对轴承状态进行评判，挖掘出对压缩机轴承故障诊断的敏感特征参数。 5．针对往复式压缩机气阀故障率高、故障模式复杂难以辨识的特点，选取部分气阀振动信号的时域和频域参数作为特征参数，采用C-means模糊聚类的方法对气阀故障和运行状态进行评判，挖掘出了故障特征。 6．研究了风机机组各诊断参数与负荷的关系和变负荷的运行工况对齿轮箱故障诊断的影响，并作了定性分析。在此基础上提出了归一化修正法，对不同负荷下各诊断参数进行预处理，减少不同工况对诊断工作造成的误差。 7．研究了故障源分析技术概念及流程。以往复式压缩机气体管道振动为分析实例，研究了故障源分析技术在故障诊断中的具体应用，为快速精确定位故障，寻找故障源，缩减维修范围和维修程序，减少重复性维修提供有力的支持。