潛油電泵機組振動檢測與故障診斷

李 東

（大慶油田裝備制造集團力神泵業股份有限公司，黑龍江大慶 163311）

0 引言

潛油電泵是我國油田生產中的主力抽油設備，與其他抽油設備相比，潛油電泵機組在排量以及生產成本上有巨大優勢，在我國油田中有著廣泛應用空間。潛油電泵機組受其結構復雜，工作環境惡劣的原因影響，故障率一直居高不下，既提高了采油成本，也不利于油田企業平穩發展。潛油電泵故障種類較多，如電機燒毀、線纜損毀、管線卡死等。振動頻率過高以及振動幅度過大是導致故障頻繁的重要誘因，也是許多故障的根源之一，過高振動幅度降低了電泵機組的工作穩定性，也加速了電泵機組的磨損，使用壽命降低。因此油田企業應加強對電泵機組振動情況的監測和分析技術，及時控制潛油電泵振動頻率和幅度，降低電泵故障率，全面提高生產穩定性。

1 潛油電泵的基本結構

現階段我國多數油田采用提高油藏能量和原油流動性，通過地下泵組配合地面采油設備的工藝實現原油開采，潛油電泵機組是應用較為廣泛的地下泵組之一。與其他地下泵組相比，此類電泵機組在相同功率下有更高的揚程范圍，同時其對地面工藝要求較低，適用范圍廣，建設成本低，且能保持低成本運行。潛油電泵通過在油井井口下一定深度內，下放潛油電泵主機，主機中電機帶動離心泵體高速旋轉，井內油流在沉沒壓力帶動下經過分離器，完成初步的氣相物質和油相物質的初步分離。隨后依靠離心泵形成的多級增壓動力，經舉升進入到地面采油工藝管線中，實現原油開采。潛油電泵機組組成結構十分復雜，相關設備元件數量眾多，但從工作位置以及功能角度主要分為潛油電泵主機、地面注采設備、連同設備以及連接線纜。通常說的潛油電泵機組多單指安裝于井下的潛油電泵主機。潛油電泵主機又稱為沉沒式潛油電動離心泵，它是無抽油光桿類電泵機組的一種，由多級離心泵、過載保護機、動力機組、油氣分離設備組成。

2 潛油電泵機組常見故障分析

潛油電泵結構十分復雜，主機組部分常位于井下工作，面臨濕度較高、腐蝕性較強的工作環境，受到地下壓力、油層腐蝕、地質環境變化等多方面影響，故障率較高。同時潛油泵機組工作中運轉速度較高，振動頻率以及振動幅度均較大，加速了潛油電泵機組各部件磨損，使其穩定性受到影響。

2.1 潛油電機和保護器損壞的原因分析

根據經驗，以及查閱相關資料，潛油電泵機組中電機燒毀多因保護器失效。潛油泵失效原因如下。

（1）使用環境低溫。低溫環境會對電機散熱系統造成影響，導致電機運轉過程中密封系統以及緩沖設備老化加劇，電機振幅增加，最終導致電磁線絕緣性能降低，保護器失效。

（2）當油井受地層環境影響產液中含砂量較高時，會對電機密封裝置造成一定磨損，在最后的密封過程中，可能出現砂體進入電機內部的情況，對永磁體、長定子線圈、葉輪等部件造成破壞，導致電機運轉穩定性降低，振幅增加，最終導致保護器失效。

2.2 潛油電纜損壞的原因分析

潛油電泵使用電能作為主要動力能源，電纜是其必要的能量傳導介質，電纜需要跟潛油電泵主機一起深埋地下，承受高壓、高溫、高腐蝕性的工作環境。為滿足電纜設備的可塑性、絕緣性、可彎曲性，其絕緣層多為橡膠產品。在高溫高腐蝕環境下不可避免產生老化速度加劇現象，容易出現絕緣性能下降，最終出現電纜燒毀擊穿等。首先橡膠絕緣材料硬度較低，電纜下放過程中容易發生過深刮傷，喪失絕緣性能。其次，電纜工作的額定安全參數與實際工作參數不符，導致電纜運行中電流過大，溫度較高，造成絕緣層燒毀。最后電纜在下放過程中出現過度彎曲現象，導致電纜損壞。

2.3 潛油泵離心泵損壞的原因分析

潛油離心泵是潛油電泵機組的核心組成部分，在油氣分離以及動力供給方面有著十分重要的作用。離心泵葉輪和導殼之間，泵軸與軸孔磨損現象較為嚴重，主要原因如下。

（1）潛油電泵機組結構設計存在弊端，導致旋轉部位間隙過大，運轉過程中振幅高，磨損嚴重。

（2）油井產液含砂較高，造成離心泵卡泵現象，導致旋轉部位失去平衡，產生較大運轉振幅。

（3）泵體對接不當，導致泵軸體下放位置不當，造成軸卡環脫落，發生竄軸現象。

2.4 潛油電泵套管損壞原因分析

套管損壞也是潛油電泵機組故障的高發原因之一，套管損壞會對原油舉升以及運輸功能造成影響，套管故障主要有兩方面原因。

（1）套管在下放過程中阻力較高，或遇到外力造成套管形變，出現套管破損變形等故障。

（2）套管變形會導致潛油電泵機組內電流升高，超過線路的最高負荷承載范圍，造成電機引線燒毀。

2.5 分離器損壞原因分析

潛油電泵機組中分離器起到分離氣相水相的重要作用，是保障潛油電泵穩定工作的重要設備。分離器結構復雜，故障原因較多，主要有以下2 點。

（1）分離器軸體固定卡簧出現故障，喪失原有的位置控制能力，導致軸體異常位移，引發電泵機組故障。

（2）密封系統故障后，大量油砂進入分離器殼體內部，造成殼體穿孔，對內部電纜造成沖擊，引發一系列的絕緣層失效故障，嚴重時，會導致電纜擊穿，損壞分離器，甚至燒毀整個電泵設備。

3 潛油電泵機組振動對電泵產生的危害

潛油電泵機組多數故障均為振動幅度過大或振頻過高導致。在機組發生異常振動時，首先，會對機組外殼以及連接部位帶來影響，固定外殼、密封位置以及連接螺栓在高頻振動下會發生不同程度的變形與松動，喪失原有功能，導致各類故障發生，也會加劇各個機械部件的磨損。其次，過大振幅對電泵機組的運行穩定性帶來影響，在高速旋轉過程中，葉輪磨損和積垢是誘發泵卡故障的主要原因。最終異常振動會直接影響電泵機組的運轉載荷，載荷過高會加劇零部件磨損，進一步加劇電泵振動異常，形成惡性循環，最終引發各類故障。

4 潛油電泵振動檢測與應對措施

4.1 提高油井狀況分析的準確性

對油井井況進行分析，確定潛油電泵的配置方案是降低潛油電泵振動異常的重要方法。因此，必須通過加強設計管理，從源頭上避免出現選泵偏差較大，機組選型不合理，造成機組振動。同時要加強潛油電泵井的管理，減少由于使用管理上的疏忽，造成機組損壞。

4.2 提高制造和安裝質量

電泵機組的制造和安裝質量對潛油電泵機組的實際工作狀態以及運行穩定性有著直接影響。潛油電泵機組自身的設計合理性以及工作質量對其工作狀態有較大影響，優質的電泵產品能避免各類故障。因此企業應加強產品制造和安裝技術管理，優化工藝，提高產品質量。在潛油電泵系統中，保護器尺寸較小，具有良好的剛性，能保持平穩的軸運轉，電機是一個封閉系統，內部零件不受井液侵蝕和沖擊，不會出現結垢現象，并且零件少、剛性好，制造過程中已經采取嚴格的平衡試驗，因此運轉也較平穩。

4.3 選擇優良的密封元件和絕緣材料

因振動以及其他問題導致潛油電泵機組密封以及絕緣失效，是多種電泵機組故障的主要誘發原因。在提高電泵機組振動控制的同時，也應從密封元件以及絕緣材料的選擇上入手，選擇具備更高抗振能力、耐腐蝕能力的生產材料，提高其使用壽命以及環境應對能力。進一步確保設備的運轉穩定性和運轉安全，同時應加強對密封以及絕緣位置的安裝標準，避免安裝時出現虛接、密封不嚴等失誤。