潜油电泵机组振动检测与故障诊断

李 东

（大庆油田装备制造集团力神泵业股份有限公司，黑龙江大庆 163311）

0 引言

潜油电泵是我国油田生产中的主力抽油设备，与其他抽油设备相比，潜油电泵机组在排量以及生产成本上有巨大优势，在我国油田中有着广泛应用空间。潜油电泵机组受其结构复杂，工作环境恶劣的原因影响，故障率一直居高不下，既提高了采油成本，也不利于油田企业平稳发展。潜油电泵故障种类较多，如电机烧毁、线缆损毁、管线卡死等。振动频率过高以及振动幅度过大是导致故障频繁的重要诱因，也是许多故障的根源之一，过高振动幅度降低了电泵机组的工作稳定性，也加速了电泵机组的磨损，使用寿命降低。因此油田企业应加强对电泵机组振动情况的监测和分析技术，及时控制潜油电泵振动频率和幅度，降低电泵故障率，全面提高生产稳定性。

1 潜油电泵的基本结构

现阶段我国多数油田采用提高油藏能量和原油流动性，通过地下泵组配合地面采油设备的工艺实现原油开采，潜油电泵机组是应用较为广泛的地下泵组之一。与其他地下泵组相比，此类电泵机组在相同功率下有更高的扬程范围，同时其对地面工艺要求较低，适用范围广，建设成本低，且能保持低成本运行。潜油电泵通过在油井井口下一定深度内，下放潜油电泵主机，主机中电机带动离心泵体高速旋转，井内油流在沉没压力带动下经过分离器，完成初步的气相物质和油相物质的初步分离。随后依靠离心泵形成的多级增压动力，经举升进入到地面采油工艺管线中，实现原油开采。潜油电泵机组组成结构十分复杂，相关设备元件数量众多，但从工作位置以及功能角度主要分为潜油电泵主机、地面注采设备、连同设备以及连接线缆。通常说的潜油电泵机组多单指安装于井下的潜油电泵主机。潜油电泵主机又称为沉没式潜油电动离心泵，它是无抽油光杆类电泵机组的一种，由多级离心泵、过载保护机、动力机组、油气分离设备组成。

2 潜油电泵机组常见故障分析

潜油电泵结构十分复杂，主机组部分常位于井下工作，面临湿度较高、腐蚀性较强的工作环境，受到地下压力、油层腐蚀、地质环境变化等多方面影响，故障率较高。同时潜油泵机组工作中运转速度较高，振动频率以及振动幅度均较大，加速了潜油电泵机组各部件磨损，使其稳定性受到影响。

2.1 潜油电机和保护器损坏的原因分析

根据经验，以及查阅相关资料，潜油电泵机组中电机烧毁多因保护器失效。潜油泵失效原因如下。

（1）使用环境低温。低温环境会对电机散热系统造成影响，导致电机运转过程中密封系统以及缓冲设备老化加剧，电机振幅增加，最终导致电磁线绝缘性能降低，保护器失效。

（2）当油井受地层环境影响产液中含砂量较高时，会对电机密封装置造成一定磨损，在最后的密封过程中，可能出现砂体进入电机内部的情况，对永磁体、长定子线圈、叶轮等部件造成破坏，导致电机运转稳定性降低，振幅增加，最终导致保护器失效。

2.2 潜油电缆损坏的原因分析

潜油电泵使用电能作为主要动力能源，电缆是其必要的能量传导介质，电缆需要跟潜油电泵主机一起深埋地下，承受高压、高温、高腐蚀性的工作环境。为满足电缆设备的可塑性、绝缘性、可弯曲性，其绝缘层多为橡胶产品。在高温高腐蚀环境下不可避免产生老化速度加剧现象，容易出现绝缘性能下降，最终出现电缆烧毁击穿等。首先橡胶绝缘材料硬度较低，电缆下放过程中容易发生过深刮伤，丧失绝缘性能。其次，电缆工作的额定安全参数与实际工作参数不符，导致电缆运行中电流过大，温度较高，造成绝缘层烧毁。最后电缆在下放过程中出现过度弯曲现象，导致电缆损坏。

2.3 潜油泵离心泵损坏的原因分析

潜油离心泵是潜油电泵机组的核心组成部分，在油气分离以及动力供给方面有着十分重要的作用。离心泵叶轮和导壳之间，泵轴与轴孔磨损现象较为严重，主要原因如下。

（1）潜油电泵机组结构设计存在弊端，导致旋转部位间隙过大，运转过程中振幅高，磨损严重。

（2）油井产液含砂较高，造成离心泵卡泵现象，导致旋转部位失去平衡，产生较大运转振幅。

（3）泵体对接不当，导致泵轴体下放位置不当，造成轴卡环脱落，发生窜轴现象。

2.4 潜油电泵套管损坏原因分析

套管损坏也是潜油电泵机组故障的高发原因之一，套管损坏会对原油举升以及运输功能造成影响，套管故障主要有两方面原因。

（1）套管在下放过程中阻力较高，或遇到外力造成套管形变，出现套管破损变形等故障。

（2）套管变形会导致潜油电泵机组内电流升高，超过线路的最高负荷承载范围，造成电机引线烧毁。

2.5 分离器损坏原因分析

潜油电泵机组中分离器起到分离气相水相的重要作用，是保障潜油电泵稳定工作的重要设备。分离器结构复杂，故障原因较多，主要有以下2 点。

（1）分离器轴体固定卡簧出现故障，丧失原有的位置控制能力，导致轴体异常位移，引发电泵机组故障。

（2）密封系统故障后，大量油砂进入分离器壳体内部，造成壳体穿孔，对内部电缆造成冲击，引发一系列的绝缘层失效故障，严重时，会导致电缆击穿，损坏分离器，甚至烧毁整个电泵设备。

3 潜油电泵机组振动对电泵产生的危害

潜油电泵机组多数故障均为振动幅度过大或振频过高导致。在机组发生异常振动时，首先，会对机组外壳以及连接部位带来影响，固定外壳、密封位置以及连接螺栓在高频振动下会发生不同程度的变形与松动，丧失原有功能，导致各类故障发生，也会加剧各个机械部件的磨损。其次，过大振幅对电泵机组的运行稳定性带来影响，在高速旋转过程中，叶轮磨损和积垢是诱发泵卡故障的主要原因。最终异常振动会直接影响电泵机组的运转载荷，载荷过高会加剧零部件磨损，进一步加剧电泵振动异常，形成恶性循环，最终引发各类故障。

4 潜油电泵振动检测与应对措施

4.1 提高油井状况分析的准确性

对油井井况进行分析，确定潜油电泵的配置方案是降低潜油电泵振动异常的重要方法。因此，必须通过加强设计管理，从源头上避免出现选泵偏差较大，机组选型不合理，造成机组振动。同时要加强潜油电泵井的管理，减少由于使用管理上的疏忽，造成机组损坏。

4.2 提高制造和安装质量

电泵机组的制造和安装质量对潜油电泵机组的实际工作状态以及运行稳定性有着直接影响。潜油电泵机组自身的设计合理性以及工作质量对其工作状态有较大影响，优质的电泵产品能避免各类故障。因此企业应加强产品制造和安装技术管理，优化工艺，提高产品质量。在潜油电泵系统中，保护器尺寸较小，具有良好的刚性，能保持平稳的轴运转，电机是一个封闭系统，内部零件不受井液侵蚀和冲击，不会出现结垢现象，并且零件少、刚性好，制造过程中已经采取严格的平衡试验，因此运转也较平稳。

4.3 选择优良的密封元件和绝缘材料

因振动以及其他问题导致潜油电泵机组密封以及绝缘失效，是多种电泵机组故障的主要诱发原因。在提高电泵机组振动控制的同时，也应从密封元件以及绝缘材料的选择上入手，选择具备更高抗振能力、耐腐蚀能力的生产材料，提高其使用寿命以及环境应对能力。进一步确保设备的运转稳定性和运转安全，同时应加强对密封以及绝缘位置的安装标准，避免安装时出现虚接、密封不严等失误。