依托工況診斷技術(shù)提高螺桿泵管理水平

王漢滿

摘要：由于螺桿泵井的復(fù)雜性和工作環(huán)境的惡劣性，影響螺桿泵井正常工作的因素是多種多樣的。因此，僅僅依靠單一的工作參數(shù)來(lái)判斷螺桿泵生產(chǎn)系統(tǒng)的工作狀態(tài)是不合理的。結(jié)合不同的參數(shù)可以從多方面綜合考慮油井可能出現(xiàn)的故障，從而確定出可能性最大的一種或者兩種工作狀態(tài)。隨著螺桿泵的廣泛應(yīng)用，對(duì)螺桿泵采油系統(tǒng)的生產(chǎn)管理要求也越來(lái)越高，優(yōu)化設(shè)計(jì)和工況診斷技術(shù)將更加的系統(tǒng)化、規(guī)范化。近年來(lái)，隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械故障診斷領(lǐng)域也越來(lái)越趨向智能化。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)等技術(shù)的發(fā)展，為機(jī)械故障診斷的研究提供了新方法、新模型。它們因其自身的特點(diǎn)在機(jī)械故障診斷研究方面展現(xiàn)出了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)?？梢試L試將各種方法應(yīng)用到螺桿泵采油系統(tǒng)的工況診斷中去，以提高診斷的全面性、準(zhǔn)確性以及實(shí)時(shí)性。相信各種智能方法的應(yīng)用，能大大推動(dòng)螺桿泵井生產(chǎn)系統(tǒng)的日常生產(chǎn)管理水平，促進(jìn)螺桿泵采油技術(shù)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：螺桿泵井；復(fù)雜性；工作環(huán)境；工況診斷；管理水平

引言

自20世紀(jì)80年代，螺桿泵作為石油工業(yè)中的人工舉升設(shè)備以來(lái)，它以其自身優(yōu)勢(shì)一設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、維護(hù)管理方便等受到人們青睞。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，螺桿泵制造工藝的不斷提升，螺桿泵采油已經(jīng)成為油田廣泛應(yīng)用的采油方式之。它不僅在高粘、高含砂、高氣油比原油開采中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，而且在普通油藏及水驅(qū)油藏后期開采階段也表現(xiàn)出很好的適應(yīng)性。但是，隨著油田的不斷開發(fā)，井深的不斷增加，且由于實(shí)際情況的限制，工作人員只是對(duì)設(shè)備進(jìn)行常規(guī)的定期檢查，無(wú)法直接了解井下螺桿泵的工作情況。很多時(shí)候設(shè)備的故障隱患不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，使得螺桿泵帶病運(yùn)行。這不僅加大了設(shè)備的磨損破壞，當(dāng)故障擴(kuò)大嚴(yán)重后，還會(huì)對(duì)生產(chǎn)產(chǎn)生影響，造成不必要的損失。

加強(qiáng)對(duì)螺桿泵生產(chǎn)系統(tǒng)工況診斷研究，對(duì)提高螺桿泵井科學(xué)管理水平有著關(guān)鍵的作用。它可以促進(jìn)油井生產(chǎn)管理者對(duì)油井系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，全面監(jiān)測(cè)螺桿泵井的井下工作狀態(tài)，及早發(fā)現(xiàn)故障，分析故障原因，并通過對(duì)螺桿泵井參數(shù)的調(diào)整避免事故的發(fā)生，使得螺桿泵安全、可靠、有效地工作。

1 常見診斷方法

在螺桿泵井的工作過程中，主要有抽油桿斷、油管斷、泵漏、油管漏、卡泵和結(jié)蠟等幾種故障形式。目前，現(xiàn)場(chǎng)上比較常用的幾種診斷方法有以下幾種。

（1）電流法診斷油井故障。在油井的生產(chǎn)過程中，電機(jī)的電流升高、降低或者波動(dòng)都可以反映出井的工作狀態(tài)。診斷時(shí)，只需測(cè)試驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的電流變化即可。但是，測(cè)量電流反應(yīng)了整個(gè)采油系統(tǒng)的受力變化，不容易判斷故障原因。

（2）液量變化法診斷油井故障。油井產(chǎn)液量是需要天天量取的，它是現(xiàn)場(chǎng)上較為直觀的資料，但僅僅根據(jù)產(chǎn)液隋況并不能判斷出具體的工況。結(jié)合電動(dòng)機(jī)的相關(guān)情況，可以大致估計(jì)出幾種可能出現(xiàn)的問題。

（3）憋壓法診斷油井故障。在螺桿泵井工作的情況下，將井口生產(chǎn)閥門關(guān)閉，對(duì)井進(jìn)行憋壓，通過測(cè)量井口油壓和套壓變化情況來(lái)診斷泵的工作狀況，從而診斷出各類故障。另外，還可以通過測(cè)試油井憋壓時(shí)的油壓與關(guān)井時(shí)間的關(guān)系曲線來(lái)定性診斷油井故障。

（4）扭矩法或載荷法診斷油井故障。扭矩法或載荷法的方法是大致相同的，都是利用傳感器直接對(duì)光桿的扭矩或者載荷進(jìn)行測(cè)量，通過光桿扭矩或工作載荷的變化情況來(lái)診斷螺桿泵井的工況。

（5）電參數(shù)法診斷油井故障。電參數(shù)診斷方法是參考測(cè)試電機(jī)從啟動(dòng)到正常運(yùn)轉(zhuǎn)的電流曲線圖，用測(cè)量的電流、電壓、功率因數(shù)等電機(jī)的工作參數(shù)，考慮電機(jī)的內(nèi)部損耗，通過公式計(jì)算得出螺桿泵井的光桿扭矩，并繪出光桿扭矩隨時(shí)間的變化圖，根據(jù)其變化規(guī)律對(duì)螺桿泵井進(jìn)行工況診斷。

2 工況診斷研究現(xiàn)狀

對(duì)油井工況類型及表現(xiàn)特征的了解是進(jìn)行油井工況診斷的前提。2002年，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)的趙明結(jié)合大慶油田實(shí)際情況，對(duì)聚驅(qū)螺桿泵生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)選理論進(jìn)行了論述，并在螺桿泵采油系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，根據(jù)油井生產(chǎn)中出現(xiàn)的特征變化情況來(lái)判斷油井故障，列出了螺桿泵井常見診斷方法。2016年華北石油局的馬永峰通過詳細(xì)描述了螺桿泵井各種故障時(shí)的表現(xiàn)，總結(jié)了8中常見的故障形式，包括管脫、桿脫、桿斷、管柱漏失、定子失膠、蠟堵、輸油管線堵及供液不足，并提出了相應(yīng)的診斷方法和預(yù)防措施。螺桿泵井工況類型的基本表現(xiàn)特征了解后，為了解更多參數(shù)的變化，就對(duì)測(cè)試方法及精度提出了要求。1999年，華北局的崔金榜等人在了解螺桿泵井工況測(cè)試方法的基礎(chǔ)上，研究設(shè)計(jì)了以工況測(cè)試和回放診斷為主的螺桿泵井工況測(cè)試工藝，并開發(fā)了相應(yīng)的測(cè)試儀器和新型的螺桿泵抽油光桿卡。2013年，石油大學(xué)的王海文等人通過對(duì)螺桿泵采油系統(tǒng)光桿受力的分析，提出了一種光桿受力法工況診斷技術(shù)，并且研制了光桿受力測(cè)試系統(tǒng)，并在研究受力測(cè)試書記與螺桿泵井工況關(guān)系的基礎(chǔ)上，對(duì)典型的一些工況診斷方法進(jìn)行了分析，編制了相應(yīng)的工況診斷軟件。2014年，西南石油學(xué)院的劉文波研制了螺桿泵井的測(cè)試系統(tǒng)，并確定了一種對(duì)旋轉(zhuǎn)光桿測(cè)力的輔助工藝，制定了對(duì)光桿受力進(jìn)行測(cè)試的做法 ”。勝利油田的官俊峰針對(duì)螺桿泵井測(cè)試診斷手段缺乏的現(xiàn)狀，開發(fā)了包括螺桿泵井工況診斷和優(yōu)化設(shè)計(jì)兩個(gè)模塊的工況測(cè)試系統(tǒng)，采用電流法、產(chǎn)液法、載荷法和扭矩法等多種方法對(duì)油井進(jìn)行診斷。

通過對(duì)上述各種診斷方法的研究可以發(fā)現(xiàn)，螺桿泵采油系統(tǒng)故障的反應(yīng)是多方面的，僅僅依靠某一個(gè)參數(shù)是不能判斷的，因此要考慮多種因素，綜合判斷來(lái)進(jìn)行油井工況的診斷。石油大學(xué)的吳曉東等人在分析了油井生產(chǎn)狀態(tài)后，選取了產(chǎn)量、動(dòng)液面、工作電流等5個(gè)油井生產(chǎn)狀態(tài)的表征參數(shù)，結(jié)合閾值診斷和邏輯診斷兩個(gè)判斷理論，制定了由狀態(tài)變量推導(dǎo)油井工作狀態(tài)的規(guī)則，研究了一種新的螺桿泵井工況診斷方法。

3 結(jié)論

隨著油田開采技術(shù)的發(fā)展.螺桿泵采油在油井舉升中得到廣泛應(yīng)用，取得巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。從開始應(yīng)用螺桿泵，目前大規(guī)模運(yùn)轉(zhuǎn)使用，螺桿泵技術(shù)日趨成熟。國(guó)內(nèi)螺桿泵機(jī)采井自動(dòng)測(cè)控程度低.致使一些螺桿泵井工況不合理、調(diào)整不及時(shí)而導(dǎo)致系統(tǒng)效率偏低.管理不及時(shí)導(dǎo)致故障率偏高的主要原因之一。因此.采油工況診斷技術(shù)提高螺桿泵管理水平，實(shí)施油田智能化控制，實(shí)現(xiàn)了油井穩(wěn)定高產(chǎn)。通過采用螺軒泵采油工況診斷技術(shù)，提高螺桿泵采油技術(shù)管理水平。

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