煤層氣排采設(shè)備常見故障的診斷方法

李 進(jìn)，綦耀光

（中國石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院，山東 東營 257061）

一、抽油機(jī)常見故障及其診斷

1.故障統(tǒng)計

查找相關(guān)文獻(xiàn)得到勝利采油廠一采油隊在2008年3～6月發(fā)生的故障及故障隱患統(tǒng)計，該隊有抽油機(jī)設(shè)備36臺，正常使用27臺，其中游梁式抽油機(jī)22臺。其故障統(tǒng)計見表1。

表1

2.抽油機(jī)的常見故障

（1）電動機(jī)故障。常見電動機(jī)的故障模式是電動機(jī)燒壞，其主要原因有：①電機(jī)因暴露、雨淋等原因造成線圈潮濕而燒壞；②抽油機(jī)不平衡。

針對電動機(jī)故障的模式選擇對其電流進(jìn)行適時檢測：①通過電流值的變化來判斷電動機(jī)的工作狀態(tài)；②通過上、下沖程電流峰值比來判斷抽油機(jī)的平衡問題；③輔助判斷抽油泵工作狀況。

（2）減速箱故障。在減速箱的故障中，漏油和輸入軸串動最為常見。漏油的原因主要是密封不嚴(yán)及裝配誤差，漏油會間接造成齒輪磨損等故障。輸入軸的串動主要因為抽油機(jī)不平衡或齒輪嚙合不良造成軸失去約束。

針對減速箱漏液這種狀況，選擇在放油口安裝壓力傳感器，檢測其位置處產(chǎn)生的油液壓力，油液壓力與油液面高度有關(guān)，通過檢測壓力間接得到其減速箱內(nèi)油液量。輸入軸串動檢測選用電渦流式位移傳感器，通過輸入軸與傳感器之間的距離變化判斷輸入軸是否發(fā)生串動。

（3）曲柄連桿組合故障。曲柄連桿組合的常見故障模式主要是曲柄銷的斷裂。曲柄銷的斷裂不僅影響抽油機(jī)的正常工作，嚴(yán)重的會造成機(jī)毀人亡的事故。而分析曲柄銷的故障原因主要是因為曲柄銷的螺母松動造成曲柄銷和錐套的松動，加上不斷的沖擊造成曲柄銷的斷裂。

針對這一故障原因可以檢測曲柄銷的預(yù)緊力，可選擇墊圈式壓力傳感器。檢測預(yù)緊力的變化來判斷曲柄銷的松動。

（4）尾軸承及中間軸承的故障。其故障形式主要是軸承滾珠、內(nèi)外圈的破裂。軸承為易損件，承載載荷較大，加之潤滑不良或磨損，容易造成損壞。

由于軸承為易損件，軸承診斷有四種方法：①噪聲識別。需要人為判別；②振動檢測。需要傳感器較多，且信號處理相對復(fù)雜；③溫度檢測。檢測簡單，只能判斷其是否出現(xiàn)異常；④潤滑劑狀態(tài)識別。煤層氣排采的理念是降低成本，加之軸承是易損件而且沒必要詳細(xì)判斷其發(fā)生的故障形式，只要軸承發(fā)生故障即更換新的軸承。綜合以上方法和原因，選擇使用溫度傳感器測其溫度，設(shè)置溫度限值，如果測的溫度超過這一限值說明軸承出現(xiàn)異常。

抽油機(jī)還有其他故障，比如傳動帶故障，其故障形式主要為皮帶打滑。但這種故障一般發(fā)生在老式抽油機(jī)上。除此之外還有機(jī)架的損壞、驢頭損壞等，這些都是加工誤差或工藝等原因造成。雖然這些故障也會影響抽油機(jī)的正常運轉(zhuǎn)，但不能歸屬于抽油機(jī)工作中常見的故障。因此不再分析其故障形式和診斷方式。

二、抽油桿和有桿泵的常見故障及其診斷方法

1.煤層氣排采與石油排采的不同

首先介紹煤層氣排采與石油開采的區(qū)別，這些不同點決定了煤層氣排采抽油桿泵的故障及其診斷方法的特殊性。

（1）煤層氣采用“排水抽氣”的方式排采，油管排水，油管與套管之間的喚醒空間排氣。具有“水?dāng)y氣”的特點。采水量與采氣量有一定的關(guān)系。煤層氣井穩(wěn)定生產(chǎn)階段，產(chǎn)氣量隨排水量的增大而增大。排水量是一個逐漸減少的過程，直至最后無水可排，而采氣量是一個先增大后減小的過程。

（2）煤層氣抽油機(jī)都是低沖程兼有中等沖程，泵深較淺。

（3）煤層氣井有較高的氣液比，抽油泵更容易受到氣的影響，嚴(yán)重者造成氣鎖。

（4）由于抽油泵排采的對象是水，因此其靜載荷相對較小。懸點載荷相對集中，隨著煤層氣的排采，靜載荷的比重逐漸增大。

（5）由于煤層氣儲存層的特殊結(jié)構(gòu)，容易產(chǎn)生煤粉，對抽油泵產(chǎn)生影響，造成砂堵或卡泵。

2.故障分析及其檢測

分析以上煤層氣排采的不同點，以及結(jié)合常見石油排采抽油泵的故障得知要檢測有桿泵的狀況有：抽油桿脫斷、卡泵、供液不足、吸入閥漏失、氣影響、排出閥漏失、砂影響、泵部分脫出工作筒等。其中煤層氣排采過程中，排水量如一直下降，這就要分析供液不足與正常無水可排的區(qū)別。由于煤層氣具有水?dāng)y氣的特點，因此抽油泵遇到氣影響時可能屬于“正常”現(xiàn)象。

泵檢測有許多方法，其中包括示功圖法、扭矩法、電流法等。其中示功圖法是一種較為普遍的診斷方法，采用光桿示功圖法，用壓力傳感器測懸點的載荷，用拉繩式位移傳感器測懸點的位移，得出光桿示功圖。示功圖診斷方法特別適合淺井和部分低沖數(shù)的中深井。這種診斷方法也有缺陷，只靠光桿的示功圖來判斷井下抽油泵的工作狀況是不可靠的。當(dāng)有桿泵產(chǎn)生故障時也會引起其他參數(shù)的變化，比如抽油桿脫斷電流值會突變小，接近空載。因此在有桿泵的診斷方法上采用以光桿示功圖法診斷為主、電流診斷為輔的方式。

三、結(jié)束語

通過對煤層氣設(shè)備的常見故障，給出了故障診斷的理論，為設(shè)備的維修、預(yù)防提供了有效的方法。也為設(shè)備的適時的故障檢測提供了基礎(chǔ)。

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