往復(fù)式潛油電泵的故障診斷

錢坤(大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠,黑龍江 大慶 163000)

往復(fù)式潛油電泵的故障診斷

錢坤(大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠,黑龍江 大慶 163000)

往復(fù)式潛油電泵是重要的新型無(wú)桿采油工藝，適用于油田開采中后期的低產(chǎn)低滲油井，故障診斷水平直接影響其規(guī)模應(yīng)用。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組在線監(jiān)測(cè)和故障診斷，提出以具有實(shí)時(shí)性和連續(xù)性的功率信號(hào)作為故障信息，并設(shè)計(jì)了機(jī)組工作狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。采用小波去噪算法對(duì)功率信號(hào)降噪，提取反應(yīng)機(jī)組非正常工況的功率波形特征，實(shí)現(xiàn)了機(jī)組故障預(yù)警及早期診斷，延長(zhǎng)了檢泵周期。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果表明了該方法的準(zhǔn)確性和可行性。

往復(fù)式潛油電泵；故障診斷；功率信號(hào)；小波去噪

往復(fù)式潛油電泵是重要的新型采油工藝，適用于油田開采中后期的低產(chǎn)低滲油井[1,2]。該工藝主要由潛油直線電機(jī)、往復(fù)式抽油泵和變頻控制柜組成，由于深井中運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，機(jī)組容易帶故障運(yùn)行，縮短了檢泵周期，且不便于對(duì)直線電機(jī)動(dòng)子位移和舉升力實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。因此尋求一種適合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，在機(jī)組發(fā)生嚴(yán)重故障前能夠進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)及故障預(yù)警的方法[3]，摸索出一套合理的管理流程，對(duì)油田生產(chǎn)具有實(shí)際意義。

1 故障診斷方法

往復(fù)式潛油電泵屬于無(wú)桿舉升系統(tǒng)，設(shè)備的地下驅(qū)動(dòng)力來源于直線電機(jī)，無(wú)需中間傳動(dòng)機(jī)械構(gòu)造，驅(qū)動(dòng)力直接作用于柱塞式抽油泵，同時(shí)有效的實(shí)現(xiàn)原油的往復(fù)舉升[4]，在運(yùn)行過程中容易發(fā)生卡泵和油管結(jié)蠟故障。

基于此，利用labview軟件的DAQ助手，對(duì)井下電機(jī)運(yùn)行時(shí)的電參數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣，采樣頻率為500hz，得到實(shí)時(shí)的運(yùn)行功率，以其作為故障信號(hào)，應(yīng)用小波去噪算法對(duì)功率信號(hào)進(jìn)行處理，得到清晰的功率波形，其中橫坐標(biāo)為采樣點(diǎn)數(shù)，每1/500s采集一個(gè)點(diǎn)，縱坐標(biāo)為功率，單位是KW；分析動(dòng)子每個(gè)沖次下的功率波形，在大量實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，提取機(jī)組不同工況下波形特征，實(shí)現(xiàn)機(jī)組的故障診斷。

舉升過程中，采集的真實(shí)信號(hào)通常是低頻或較平穩(wěn)的，噪聲信息為高頻的。降噪的主要過程是：首先小波分解實(shí)測(cè)信息，針對(duì)工藝特點(diǎn)選擇適合該工藝的小波函數(shù)并設(shè)定相應(yīng)的分解層數(shù)，高頻系數(shù)中通常存在需降噪的信息；然后用門限閾值方法量化處理得到的高頻系數(shù)；然后小波重構(gòu)，最終實(shí)現(xiàn)去噪，在實(shí)際信息中提取真實(shí)信號(hào)。

2 在線監(jiān)測(cè)設(shè)備

在線監(jiān)測(cè)設(shè)備是以虛擬儀器為依托設(shè)計(jì)的，設(shè)備由硬件和軟件組成。硬件部分是下位機(jī)，主要由電壓、電流互感器、USB-6008數(shù)據(jù)采集卡與計(jì)算機(jī)構(gòu)成，計(jì)算機(jī)是其控制中心，工作核心為電參信息以各自通道信號(hào)調(diào)理、采集、采樣參數(shù)配置，然后為上位機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)提供信息。軟件平臺(tái)的研制是整個(gè)故障診斷系統(tǒng)的核心，采取模塊化的編程思想，應(yīng)用虛擬儀器直觀的圖形化人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)功率信息的采集，并使用matlab script節(jié)點(diǎn)技術(shù)，調(diào)用matlab中小波降噪函數(shù)，降噪處理含噪信息，此種混合編程的思想使二者優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。

3 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

針對(duì)其在油田生產(chǎn)中常出現(xiàn)的卡泵和油管結(jié)蠟故障，在某油田對(duì)6口油井的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，每口油井采集500個(gè)沖次的功率數(shù)據(jù)，結(jié)合油井變頻控制柜控制情況和井況進(jìn)行系統(tǒng)分析，得到機(jī)組正常運(yùn)行、卡泵運(yùn)行和油管結(jié)蠟運(yùn)行的功率波形，故障特征明顯。具體油井井況和監(jiān)測(cè)結(jié)果如表1所示。

表1 井況及監(jiān)測(cè)結(jié)果

正常運(yùn)行時(shí)，井下電機(jī)動(dòng)子在每一往復(fù)行程開始時(shí)會(huì)表現(xiàn)出較大的啟動(dòng)電流，功率波形在這兩個(gè)位置會(huì)瞬間變大，這是控制系統(tǒng)開環(huán)控制的正常情況。啟動(dòng)后動(dòng)子運(yùn)行穩(wěn)定，無(wú)非正常工況顯現(xiàn)，每一往復(fù)行程的功率大小也符合工藝在控制系統(tǒng)上的參數(shù)設(shè)定，動(dòng)子每一行程運(yùn)行1.23米，根據(jù)橫坐標(biāo)時(shí)間可以計(jì)算動(dòng)子運(yùn)行速度。

設(shè)備卡泵運(yùn)行時(shí)，井下電機(jī)的電流會(huì)在卡泵部位突然變大，電機(jī)運(yùn)行不平穩(wěn)，其功率信息曲線也出現(xiàn)顯著特征，上行程在第281個(gè)采樣點(diǎn)附近卡泵明顯，曲線突變；下行程在同一部位出現(xiàn)卡泵，功率曲線變化更加顯著。設(shè)備發(fā)生油管結(jié)蠟故障時(shí)，井下電機(jī)在往復(fù)運(yùn)行過程中，原油中析出和堆積的蠟會(huì)縮小液流路徑，增大液流阻力，使電機(jī)載荷在往復(fù)過程中超過了最大理論值，測(cè)試結(jié)果體現(xiàn)出曲線顯著的“肥胖”特征，同時(shí)下行程的振動(dòng)載荷隨之增加。

4 結(jié)語(yǔ)

通過現(xiàn)場(chǎng)對(duì)本文診斷設(shè)備的應(yīng)用，并分析測(cè)試結(jié)果，表明利用直線電機(jī)功率信號(hào)作為故障信息，對(duì)往復(fù)式潛油電泵工況進(jìn)行故障診斷是可行的，該方法對(duì)機(jī)組卡泵和油管結(jié)蠟診斷準(zhǔn)確率較高。由于機(jī)組井下工作環(huán)境惡劣，噪聲源較多，采用小波去噪算法對(duì)實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪處理，得到清晰的功率波形，保證了準(zhǔn)確的提取故障特征。

[1]王順華,趙洪濤,尚慶軍,等.直線潛油電泵舉升工藝技術(shù)及應(yīng)用[J].石油鉆探技術(shù),2010,38(3):95-97.