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低滲油井，故障診斷水平直接影響其規模應用。為了實現對機組在線監測和故障診斷，提出以具有實時性和連續性的功率信號作為故障信息，并設計了機組工作狀態的在線監測系統。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，實現了機組故障預警及早期診斷，延長了檢泵周期。現場測試結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測。因此尋求一種適合現場測試，在機組發生嚴重故障前能夠進行在線監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，設備的地下驅動力來源于直線電機，無需中間傳動機械構造，驅動力直接作用于柱塞式抽油泵，同時有效的實現原油的往復舉升[4]，在運行過程中容易發生卡泵和油管結蠟故障。

基于此，利用labview軟件的DAQ助手，對井下電機運行時的電參數據進行采樣，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，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并設定相應的分解層數，高頻系數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；然后小波重構，最終實現去噪，在實際信息中提取真實信號。

2 在線監測設備

在線監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數據采集卡與計算機構成，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理、采集、采樣參數配置，然后為上位機的數據庫提供信息。軟件平臺的研制是整個故障診斷系統的核心，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功率信息的采集，并使用matlab script節點技術，調用matlab中小波降噪函數，降噪處理含噪信息，此種混合編程的思想使二者優勢互補。

3 現場測試

針對其在油田生產中常出現的卡泵和油管結蠟故障，在某油田對6口油井的運行狀態實時監測，每口油井采集500個沖次的功率數據，結合油井變頻控制柜控制情況和井況進行系統分析，得到機組正常運行、卡泵運行和油管結蠟運行的功率波形，故障特征明顯。具體油井井況和監測結果如表1所示。

表1 井況及監測結果

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，這是控制系統開環控制的正常情況。啟動后動子運行穩定，無非正常工況顯現，每一往復行程的功率大小也符合工藝在控制系統上的參數設定，動子每一行程運行1.23米，根據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，其功率信息曲線也出現顯著特征，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卡泵，功率曲線變化更加顯著。設備發生油管結蠟故障時，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，測試結果體現出曲線顯著的“肥胖”特征，同時下行程的振動載荷隨之增加。

4 結語

通過現場對本文診斷設備的應用，并分析測試結果，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蠟診斷準確率較高。由于機組井下工作環境惡劣，噪聲源較多，采用小波去噪算法對實際數據進行去噪處理，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.