往復式潛油電泵的故障診斷

錢坤(大慶油田有限責任公司第三采油廠,黑龍江 大慶 163000)

往復式潛油電泵的故障診斷

錢坤(大慶油田有限責任公司第三采油廠,黑龍江 大慶 163000)

往復式潛油電泵是重要的新型無桿采油工藝，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)模應用。為了實現(xiàn)對機組在線監(jiān)測和故障診斷，提出以具有實時性和連續(xù)性的功率信號作為故障信息，并設計了機組工作狀態(tài)的在線監(jiān)測系統(tǒng)。采用小波去噪算法對功率信號降噪，提取反應機組非正常工況的功率波形特征，實現(xiàn)了機組故障預警及早期診斷，延長了檢泵周期。現(xiàn)場測試結(jié)果表明了該方法的準確性和可行性。

往復式潛油電泵；故障診斷；功率信號；小波去噪

往復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、往復式抽油泵和變頻控制柜組成，由于深井中運行環(huán)境復雜，機組容易帶故障運行，縮短了檢泵周期，且不便于對直線電機動子位移和舉升力實時監(jiān)測。因此尋求一種適合現(xiàn)場測試，在機組發(fā)生嚴重故障前能夠進行在線監(jiān)測及故障預警的方法[3]，摸索出一套合理的管理流程，對油田生產(chǎn)具有實際意義。

1 故障診斷方法

往復式潛油電泵屬于無桿舉升系統(tǒng)，設備的地下驅(qū)動力來源于直線電機，無需中間傳動機械構(gòu)造，驅(qū)動力直接作用于柱塞式抽油泵，同時有效的實現(xiàn)原油的往復舉升[4]，在運行過程中容易發(fā)生卡泵和油管結(jié)蠟故障。

基于此，利用labview軟件的DAQ助手，對井下電機運行時的電參數(shù)據(jù)進行采樣，采樣頻率為500hz，得到實時的運行功率，以其作為故障信號，應用小波去噪算法對功率信號進行處理，得到清晰的功率波形，其中橫坐標為采樣點數(shù)，每1/500s采集一個點，縱坐標為功率，單位是KW；分析動子每個沖次下的功率波形，在大量實驗基礎上，提取機組不同工況下波形特征，實現(xiàn)機組的故障診斷。

舉升過程中，采集的真實信號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：首先小波分解實測信息，針對工藝特點選擇適合該工藝的小波函數(shù)并設定相應的分解層數(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)，最終實現(xiàn)去噪，在實際信息中提取真實信號。

2 在線監(jiān)測設備

在線監(jiān)測設備是以虛擬儀器為依托設計的，設備由硬件和軟件組成。硬件部分是下位機，主要由電壓、電流互感器、USB-6008數(shù)據(jù)采集卡與計算機構(gòu)成，計算機是其控制中心，工作核心為電參信息以各自通道信號調(diào)理、采集、采樣參數(shù)配置，然后為上位機的數(shù)據(jù)庫提供信息。軟件平臺的研制是整個故障診斷系統(tǒng)的核心，采取模塊化的編程思想，應用虛擬儀器直觀的圖形化人機界面實現(xiàn)功率信息的采集，并使用matlab script節(jié)點技術，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)勢互補。

3 現(xiàn)場測試

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

表1 井況及監(jiān)測結(jié)果

正常運行時，井下電機動子在每一往復行程開始時會表現(xiàn)出較大的啟動電流，功率波形在這兩個位置會瞬間變大，這是控制系統(tǒng)開環(huán)控制的正常情況。啟動后動子運行穩(wěn)定，無非正常工況顯現(xiàn)，每一往復行程的功率大小也符合工藝在控制系統(tǒng)上的參數(shù)設定，動子每一行程運行1.23米，根據(jù)橫坐標時間可以計算動子運行速度。

設備卡泵運行時，井下電機的電流會在卡泵部位突然變大，電機運行不平穩(wěn)，其功率信息曲線也出現(xiàn)顯著特征，上行程在第281個采樣點附近卡泵明顯，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。設備發(fā)生油管結(jié)蠟故障時，井下電機在往復運行過程中，原油中析出和堆積的蠟會縮小液流路徑，增大液流阻力，使電機載荷在往復過程中超過了最大理論值，測試結(jié)果體現(xiàn)出曲線顯著的“肥胖”特征，同時下行程的振動載荷隨之增加。

4 結(jié)語

通過現(xiàn)場對本文診斷設備的應用，并分析測試結(jié)果，表明利用直線電機功率信號作為故障信息，對往復式潛油電泵工況進行故障診斷是可行的，該方法對機組卡泵和油管結(jié)蠟診斷準確率較高。由于機組井下工作環(huán)境惡劣，噪聲源較多，采用小波去噪算法對實際數(shù)據(jù)進行去噪處理，得到清晰的功率波形，保證了準確的提取故障特征。

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