往复式潜油电泵的故障诊断

钱坤(大庆油田有限责任公司第三采油厂,黑龙江 大庆 163000)

往复式潜油电泵的故障诊断

钱坤(大庆油田有限责任公司第三采油厂,黑龙江 大庆 163000)

往复式潜油电泵是重要的新型无杆采油工艺，适用于油田开采中后期的低产低渗油井，故障诊断水平直接影响其规模应用。为了实现对机组在线监测和故障诊断，提出以具有实时性和连续性的功率信号作为故障信息，并设计了机组工作状态的在线监测系统。采用小波去噪算法对功率信号降噪，提取反应机组非正常工况的功率波形特征，实现了机组故障预警及早期诊断，延长了检泵周期。现场测试结果表明了该方法的准确性和可行性。

往复式潜油电泵；故障诊断；功率信号；小波去噪

往复式潜油电泵是重要的新型采油工艺，适用于油田开采中后期的低产低渗油井[1,2]。该工艺主要由潜油直线电机、往复式抽油泵和变频控制柜组成，由于深井中运行环境复杂，机组容易带故障运行，缩短了检泵周期，且不便于对直线电机动子位移和举升力实时监测。因此寻求一种适合现场测试，在机组发生严重故障前能够进行在线监测及故障预警的方法[3]，摸索出一套合理的管理流程，对油田生产具有实际意义。

1 故障诊断方法

往复式潜油电泵属于无杆举升系统，设备的地下驱动力来源于直线电机，无需中间传动机械构造，驱动力直接作用于柱塞式抽油泵，同时有效的实现原油的往复举升[4]，在运行过程中容易发生卡泵和油管结蜡故障。

基于此，利用labview软件的DAQ助手，对井下电机运行时的电参数据进行采样，采样频率为500hz，得到实时的运行功率，以其作为故障信号，应用小波去噪算法对功率信号进行处理，得到清晰的功率波形，其中横坐标为采样点数，每1/500s采集一个点，纵坐标为功率，单位是KW；分析动子每个冲次下的功率波形，在大量实验基础上，提取机组不同工况下波形特征，实现机组的故障诊断。

举升过程中，采集的真实信号通常是低频或较平稳的，噪声信息为高频的。降噪的主要过程是：首先小波分解实测信息，针对工艺特点选择适合该工艺的小波函数并设定相应的分解层数，高频系数中通常存在需降噪的信息；然后用门限阈值方法量化处理得到的高频系数；然后小波重构，最终实现去噪，在实际信息中提取真实信号。

2 在线监测设备

在线监测设备是以虚拟仪器为依托设计的，设备由硬件和软件组成。硬件部分是下位机，主要由电压、电流互感器、USB-6008数据采集卡与计算机构成，计算机是其控制中心，工作核心为电参信息以各自通道信号调理、采集、采样参数配置，然后为上位机的数据库提供信息。软件平台的研制是整个故障诊断系统的核心，采取模块化的编程思想，应用虚拟仪器直观的图形化人机界面实现功率信息的采集，并使用matlab script节点技术，调用matlab中小波降噪函数，降噪处理含噪信息，此种混合编程的思想使二者优势互补。

3 现场测试

针对其在油田生产中常出现的卡泵和油管结蜡故障，在某油田对6口油井的运行状态实时监测，每口油井采集500个冲次的功率数据，结合油井变频控制柜控制情况和井况进行系统分析，得到机组正常运行、卡泵运行和油管结蜡运行的功率波形，故障特征明显。具体油井井况和监测结果如表1所示。

表1 井况及监测结果

正常运行时，井下电机动子在每一往复行程开始时会表现出较大的启动电流，功率波形在这两个位置会瞬间变大，这是控制系统开环控制的正常情况。启动后动子运行稳定，无非正常工况显现，每一往复行程的功率大小也符合工艺在控制系统上的参数设定，动子每一行程运行1.23米，根据横坐标时间可以计算动子运行速度。

设备卡泵运行时，井下电机的电流会在卡泵部位突然变大，电机运行不平稳，其功率信息曲线也出现显著特征，上行程在第281个采样点附近卡泵明显，曲线突变；下行程在同一部位出现卡泵，功率曲线变化更加显著。设备发生油管结蜡故障时，井下电机在往复运行过程中，原油中析出和堆积的蜡会缩小液流路径，增大液流阻力，使电机载荷在往复过程中超过了最大理论值，测试结果体现出曲线显著的“肥胖”特征，同时下行程的振动载荷随之增加。

4 结语

通过现场对本文诊断设备的应用，并分析测试结果，表明利用直线电机功率信号作为故障信息，对往复式潜油电泵工况进行故障诊断是可行的，该方法对机组卡泵和油管结蜡诊断准确率较高。由于机组井下工作环境恶劣，噪声源较多，采用小波去噪算法对实际数据进行去噪处理，得到清晰的功率波形，保证了准确的提取故障特征。

[1]王顺华,赵洪涛,尚庆军,等.直线潜油电泵举升工艺技术及应用[J].石油钻探技术,2010,38(3):95-97.