油田采油機械設備狀態監測及故障診斷技術分析

張軍峰，張躍文，曹永

（長慶油田分公司第七采油廠，陜西 西安 710200）

隨著油田開采量的增加，采油機械設備的需求量也不斷加大，采油機械設備不僅要擁有先進的技術，還要使機器在運作過程中經受各種惡劣環境的考驗，比如高溫、高壓、易燃易爆等。一旦發現機械有故障問題要馬上進行處理，才能使采油機械設備的外在問題與隱藏問題得到預防與整治，節約大量在維修上的成本。

1 油田采油機械設備狀態監測技術

1.1 監測噪聲技術在采油機械設備中的應用

在采油機械設備中應用噪聲監測技術，主要是通過采油機械設備運轉時發出的聲音來監測設備運行狀態的一種方法，噪聲監測技術將設備工作時所產生的聲音匯總，然后進行個別分析，通過分析得到的數據情況來監測機械設備工作情況是否穩定、正常，噪聲監測技術通常被應用在了通井機以及注水泵站高壓電機等設備中，及時監測此類設備的運轉情況，但是因為油田分布位置不均，所在地周圍環境也不盡相同，噪聲監測技術在實際應用中就要根據油田位置、周邊環境作出相應調整，確保技術準確監測，例如，監測實驗室中的采油機械設備，則使用精度極高的噪聲監測設備，保證機械設備得到精準的監測，分析得出的數據結果誤差小、準度高。而在較為安靜，噪音較小，對監測設備影響基本沒有的環境下，使用普通的聲級器監測。現場環境惡劣、紊亂、極其不穩定的時候，監測設備采用升級版的積分聲級器，用來對抗糟糕環境，準確對各項噪音數據進行監測分析，確保監測的質量，掌握機械運轉狀態。因為油田通常分布在荒無人煙的環境中，分布范圍大、環境惡劣、聲音環境不穩定、因此對聲級器等監測設備的要求有所提高，升級器等監測設備要有多條處理數據信息的通道網絡，并且多條通道網絡處理裝置的配比安排要完美合理。

1.2 監測振動技術在采油機械設備中的應用

振動監測技術是一種順應時代發展所誕生的產物，是一種現代化技術，它的工作步驟是利用專業的監測設備對采油機器的振動頻率或者振動幅度的數據進行收集分析，最終得出采油機器運轉情況是否正常。振動監測技術是多數監測技術中，得到設備運轉情況最多的一個監測技術，比如監測采油機器中的鉆采機器，可以主要監測其鉆頭、鉆身、軸承的連接處，得到真實準確的設備運轉情況。能直觀顯示設備信息的一個振動監測技術因素就是振幅，在物理學上用三種物理量來定義振幅，分別為速度、位移以及加速度，這三個物理量轉變為實際情況就是機器振動產生變化的速率、機器振動產生變化的物理距離以及機器振動產生變化的快慢，而在機器不同振動頻率的情況下，監測這三種物理因素的側重點也要有所改變，比如當機器處于小于等于600r/min的運轉頻率時，工作人員可以判定此時的狀態為剛性破壞，要著重監測位移情況的變化，如果機器的運轉頻率大于600r/min小于120000r/min，工作人員可以判定此時為疲勞破壞程度，就要著重監測速度狀態，如果機器的運轉頻率已經大于120000r/min，判定為慣性力破壞，監測方向要側重于加速度的情況。

1.3 聲發射監測技術在采油機械設備中的應用

在現如今我國應用的監測技術中，聲發射技術應用廣泛，聲發射技術由于其技術特點，對于監測機器內部各處的壓力情況有著天然優勢，現如今相關研究部門和各大石油企業對購進大型聲發射儀器并進行壓力試驗的準備工作尤其重視，我國在聲發射技術上也取得了重大進步，因為企業和相關部門對于聲發射技術的大力開發，聲發射技術的監測成本隨之下降。而且在應用聲發射技術對機器進行壓力監測時所用的時間極短，對于機器運作的成本影響較小或基本沒有，減少機器因監測產生的成本損耗，聲發射技術被廣泛應用到石油系統中監測管道、容器的壓力情況等方面，聲發射技術的合理運用，對石油系統中壓力容器以及管道的爆炸事故進行有效預防和控制，保障壓力容器與管道的正常穩定運行，所以在采油機器的實際工作中運用聲發射技術，明顯減少壓力容器與管道發生事故的幾率，保障石油產業的經濟效益。

1.4 利用超聲波監測技術在采油機械設備中的應用

超聲波技術在工業發展過程中被應用到各個領域，其能彌補普通或者宏觀的技術所涉及不到的領域的監測或治療，在石油企業中，超聲波技術被應用于測量油田內所有設備的長、寬、高和厚度等以及石油流量的檢測。比如利用超聲波技術測量油田內一個油罐液面的高度以及油田內井架的厚度或者油罐壁的厚度等。而且超聲波技術具有快測速、占地體積小、高準度、輕便小巧的特征，利用超聲波技術測量罐壁和井架等設備的厚度不會因為罐內積水或者油液結垢的改變而改變，而且利用超聲波測量液位的技術相較于別的測量液位技術有更多優勢，它不受機器客觀因素的影響，能實現定位以及連續測量的要求，還可以進行遠程遙控測量或者通過遠程遙控提供所需的信息，在一些溫度高、壓力大、有爆炸隱患的環境下，超聲波技術的優勢就凸現出來，在這種特殊環境下，超聲波技術能夠游刃有余地開展工作，而且物理介質對超聲波技術的影響甚微，適應性較強。

1.5 監測溫度技術在采油機械設備中的應用

溫度監測技術也是在采油機械設備中應用廣泛的一種技術，溫度監測技術的原理是指利用專業儀器設備去接觸采油設備，觸碰得到的溫度通過導線傳回計算機，計算機將這一溫度信息運算為具體的數據信息，通過這些數據信息來分析機械設備的工作情況，這種方法雖然直觀卻也弊端明顯，具體體現在如果監測大型的機械設備時，勢必計算機的位置與設備的位置距離過遠，溫度信號在傳遞過程中會因為距離過遠而產生逐級遞減的效果，傳遞到計算機的溫度信號會與儀器最開始檢測的信息差距較大，檢測結果誤差明顯。溫度檢測技術還有一個明顯缺點就是無法在封閉的環境下進行監測。拿石油鉆采機舉例，石油鉆采機是一種占地面積巨大，需要特殊施工環境的機械，傳統的溫度監測技術并不適合類似于石油鉆采機的龐大設備，對其進行監測時應該摒棄傳統的有線監測儀器，改用無線監測儀，由于無線監測儀并不利用導線來傳遞信息，所以能夠在根本上解決因距離過遠，信息誤差傳遞的情況，但是在精準度上與傳統監測技術在監測同等距離下的溫度情況相比還是有一定差距，所以在測量時工作人員要進行反復測量，取平均值以減小誤差。

2 采油機械設備故障診斷技術的發展情況

社會計算機信息技術不斷創新發展，各種采油的機械設備也更加精確與復雜，工作人員監測油田的困難程度直線上升，為了全面準確檢測采油機械設備，我國應該開發挖掘各種采油機械故障診斷技術，實現快速、準確診斷機器在運行過程中發生的各種故障。智能系統以及人工神經網絡模式都是故障診斷技術的基礎核心，將智能系統應用到采油的機器中，達到高效機械運行的目的，智能系統的實質就是利用計算機程序技術與傳感器的相互配合，來達到檢測機器設備的目的，并對檢測結果做出分析，通過大量經驗確定設備是否出現故障。人工神經網絡模式由眾多非線性的信息處理系統以及數據處理系統共同組成，通過模擬人體內神經元組合、工作的模式，對傳遞來的信息做整合處理，屬于一種仿生技術，實現了將機械設備宏觀的故障問題轉變為微觀的數據，智能化了檢測過程。

3 采油機械設備故障診斷技術

3.1 油液分析技術在采油機械設備中的應用

油液分析技術又稱油液分離技術，它并不是具體的某一種技術，而是一系列技術的綜合，此類技術能對采油機械進行檢測的同時對機器的保養修護也大有作用，以石油采鉆機為例，油液分離技術對采鉆機的變速設備、鉆頭、軸承以及齒輪等部分的檢測效果明顯。現有油液分離技術的核心熱點分別為在線油液分析技術、油液監測智能診斷系統以及磨粒自動識別技術。在線油液分離技術是一種多功能檢測技術，機械在不同狀態下它呈現的功能也不同，在機械正常運轉時就進行日常的數據信息統計，當機械發生故障時會自動調出以前統計過的數據信進行分析計算，分析機器故障的原因。而磨粒自動識別技術是在油液分析技術之上進行了創新和完善之后得到的技術產物，其工作原理是根據磨粒本身具備的獨特特征來分類統計，對磨粒的特征進行計算分析，將運算結果進行匯總分析，構建完整復雜的數據庫，最后通過比對數據庫中傳統與新型的數據對發生的故障做診斷，智能診斷系統是傳統診斷系統和計算機信息技術融合的新型診斷系統，傳統診斷系統無法處理油液分析技術的龐大數據信息，但是融合了計算機信息技術的智能診斷技術就能迅速、準確分析數據，從而做到快速判別故障并解決。

3.2 磁粉技術在采油機械設備中的應用

在采油機械的材料構成中，鋼材是被應用最廣泛的一種金屬材料，所以要專門研究出一種檢測鋼材狀態的技術，規避風險的發生。磁粉檢測技術可以檢測出鋼材表面肉眼無法看見的損傷，避免由于材料缺陷導致的設備故障，磁粉檢測技術的原理主要是通過磁場以及磁粉的體積優勢，利用磁粉的磁性使其平鋪在鋼材表面，鋼材表面若存在細小的瑕疵，磁粉就不能平穩的覆蓋在鋼材表面，從而分析計算出鋼材表面的損傷情況，這種檢測技術不僅對鋼材表面狀況準確檢測，還不會破壞鋼材表面結構。

3.3 渦流技術在采油機械設備中的應用

采油機械設備的組成包含各種各樣的零件設備，零件設備狀態正常對采油機器的正常運轉至關重要，渦流檢測技術就是針對機械表面的部件發明出的故障診斷技術，其利用電磁感應對部件進行檢測，它通過對采油機械設備的導電部件產生的渦電流，分析渦電流的變化情況來診斷出采油機械發生的故障。這種診斷技術非常新穎，由于利用了一定的電磁原理，所以其適用的范圍有局限性，只適用于金屬材料的診斷檢測。相較于傳統的金屬故障診斷技術，渦流技術診斷范圍廣，隱蔽的金屬結構損傷通過所產生渦流狀態的不同都輕而易舉檢測出來。

3.4 滲透技術在采油機械設備中的應用

與渦流技術相反，滲透診斷技術則專門為非金屬材料表面或內部結構的細小瑕疵產生，滲透技術顧名思義，對采油機械的非金屬結構部分利用滲透能力極強的液體進行滲透操作，其具體的操作步驟為：在非金屬表面涂滿滲透能力強的液體，使液體由于慣性流入機械設備表面的縫隙中，流入之后將非金屬表面的剩余的液體清除，根據生物毛細管的原理，徹底吸出殘留在縫隙中剩余的液體，通過檢測儀器分析滲透數據找出機械設備非金屬部分的故障所在。滲透診斷技術從根本上解決了非金屬結構損傷的問題。

3.5 超聲診斷技術在采油機械設備中的應用

由于采油機械設備的結構具有復雜的力學原理，對機械結構的受力情況檢測就要更加細致、準確。傳統的檢測方法根本不具備深層檢測受力結構的能力，還會因為檢測方法應用不正確造成機器損壞，得不償失。而超聲診斷技術的原理是利用超聲波打入機器設備的內部，通過觀察超聲波進入內部后所反射回來的頻率來對機械設備內部受力情況做診斷，利用超聲波技術能夠迅速對機器內部的受力結構進行診斷，并且能避免外力檢測對機器造成的損傷。

3.6 射線診斷技術在采油機械設備中的應用

射線診斷技術在診斷部位上相當于超聲診斷技術與渦流診斷技術的綜合體，它既可以應用于金屬部件也可以應用于非金屬部件，其在金屬部件的診斷檢測中應用更為廣泛，金屬部件在生產的過程中，由于工人失誤操作或者金屬材料選擇不正確，使金屬部件鍛造不均勻或者表面產生小氣泡，這種質量較差的金屬部件在高溫高壓的環境下受到的力不均勻會使金屬部件結構發生變化，容易造成機器事故的發生，因為受力導致的機器故障基本都發生在機器設備的內部，傳統的診斷方法無法到達，所以開發出了射線檢測這一新興技術，其因為具有超強穿透能力能夠深入到機器內部檢測其狀態的明顯優勢而嶄露頭角。

4 結語

綜合全文來看，文章闡述了對采油機械設備狀態監測以及故障診斷技術，為了降低采油機械設備在工作時發生故障的幾率，我們必須要提高診斷采油機械設備故障的檢測技術，這樣才能實時處理機器產生的問題，將風險事故扼殺在搖籃里，提高采油機械設備運作的效率，促進我國石油事業的發展。