電潛泵故障診斷技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

關(guān)野 　王曉明 　步萬(wàn)榮 　劉俊剛 　魏永祥 　陳敏

摘要：電潛泵主要是應(yīng)用在油田的生產(chǎn)中，它具有排量大、自動(dòng)化程度高、效率高等特點(diǎn)，是油田生產(chǎn)過(guò)程中必不可少的設(shè)備部分，但是傳統(tǒng)的電潛泵故障診斷技術(shù)逐漸不能滿(mǎn)足現(xiàn)代化油田生產(chǎn)的需求，如此情況下，就需要對(duì)電潛泵故障診斷技術(shù)進(jìn)行深入性的研究，這樣才能保證電潛泵可以更好的進(jìn)行工作，為企業(yè)創(chuàng)造好的經(jīng)濟(jì)效益。本文就針對(duì)電潛泵故障診斷技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀以及未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行淺析。

Abstract： The electric submersible pump is mainly used in the production of oilfields. It has the characteristics of large displacement， high degree of automation and high efficiency. It is an indispensable part of the oilfield production process， but the traditional electric submersible pump fault diagnosis technology gradually fails to meet the needs of modern oilfield production. Under such circumstances， it is necessary to conduct in-depth research on the electric submersible pump fault diagnosis technology， so as to ensure that the electric submersible pump can work better and create good economic benefits for the enterprise. This paper analyzes the current status of the development of electric submersible pump fault diagnosis technology and the future development trend.

關(guān)鍵詞：電潛泵；故障診斷；現(xiàn)狀；發(fā)展

Key words： electric submersible pump；fault diagnosis；current situation；development

中圖分類(lèi)號(hào)：TE933 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）32-0201-02

0 引言

電潛泵作為一種重要的采油機(jī)械設(shè)備，它是由多種部件組合而成，有著結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)性強(qiáng)的特點(diǎn)，這種情況造就其結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點(diǎn)，直接導(dǎo)致電潛泵在工作的過(guò)程中故障產(chǎn)生率比較高。一般情況下，電潛泵一旦出現(xiàn)故障就需要花費(fèi)較高的維修費(fèi)，這樣會(huì)給油田企業(yè)帶來(lái)比較重的經(jīng)濟(jì)的負(fù)擔(dān)，而且也會(huì)影響正常的生產(chǎn)，因此對(duì)于電潛泵故障診斷研究是十分有必要的。

1 電潛泵采油系統(tǒng)基本原理

電潛泵在整個(gè)油田采油的過(guò)程中主要就是通過(guò)多級(jí)的離心泵相互協(xié)作來(lái)進(jìn)行工作的，它的工作對(duì)象就是油管。簡(jiǎn)單的說(shuō)，通過(guò)地面上的電壓器等相關(guān)的電流設(shè)備將電源電流傳遞到地層的電潛泵中，以此來(lái)帶動(dòng)電潛泵的電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，從而將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。就是這種電能轉(zhuǎn)化的過(guò)程來(lái)進(jìn)行地層的原油開(kāi)采與收集，最后在依靠壓力作用輸出地面。電潛泵的整體運(yùn)行中最為關(guān)鍵的就是如何對(duì)其進(jìn)行精確的控制，如此才能保證電潛泵的正常操作與生產(chǎn)。

2 電潛泵故障診斷技術(shù)研究現(xiàn)狀

2.1 傳統(tǒng)的電潛泵故障診斷方法

電潛泵傳統(tǒng)故障診斷方法主要有兩種，分別是電流卡片診斷和憋壓診斷。電流卡片診斷方法主要就是通過(guò)電流卡片來(lái)進(jìn)行故障的判斷，具體操作為：當(dāng)電潛泵在進(jìn)行運(yùn)行時(shí)，電流表上的指針就會(huì)在電流卡片上自動(dòng)繪制出一條曲線(xiàn)，通過(guò)對(duì)這條曲線(xiàn)的分析來(lái)判斷電潛泵是否存在有故障問(wèn)題。憋壓診斷方法比起電流卡片診斷法要稍微的復(fù)雜一點(diǎn)，判斷故障的準(zhǔn)確度也要高一點(diǎn)，具體操作為：當(dāng)電潛泵在進(jìn)行正常運(yùn)作時(shí)，將井口的生產(chǎn)閥關(guān)閉來(lái)進(jìn)行憋壓，整個(gè)憋壓的過(guò)程要時(shí)刻記錄井口的油壓變化，以此來(lái)繪制曲線(xiàn)圖，最后對(duì)所繪制的曲線(xiàn)圖特征進(jìn)行分析，從而判斷電潛泵是否存在故障隱患。

井口生產(chǎn)閥門(mén)在關(guān)閉之前油管內(nèi)主要是處于氣液混合流動(dòng)的狀態(tài)，一旦生產(chǎn)閥門(mén)關(guān)閉了，氣體就會(huì)流動(dòng)到油管的上部，而液體則會(huì)沉降下去，此時(shí)管內(nèi)的壓力就會(huì)上升。憋壓處理的最初，井口的壓力并不是一成不變的，是會(huì)隨著時(shí)間的變化而變化，當(dāng)壓力達(dá)到一定的程度以后，整個(gè)油管內(nèi)的氣體體積就會(huì)變小，如此情況下壓力與時(shí)間所產(chǎn)生的壓縮系數(shù)就會(huì)呈現(xiàn)出線(xiàn)性關(guān)系。

2.2 現(xiàn)代電潛泵故障診斷方法

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，電潛泵故障診斷方法也發(fā)生了變化，現(xiàn)代最常用的診斷方法主要有三種，分別是：故障樹(shù)分析法、模糊數(shù)學(xué)分析法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析法。故障樹(shù)分析法主要就是利用樹(shù)形結(jié)果來(lái)分析電潛泵存在的故障原因，此種診斷方法主要是分析電潛泵的工作原理，根據(jù)其工作原理結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的工作數(shù)據(jù)，對(duì)于電潛泵的每個(gè)部件可能發(fā)生故障的概率用樹(shù)形圖的形式進(jìn)行定量的分析，最后進(jìn)行綜合的計(jì)算以此來(lái)判斷電潛泵發(fā)生故障的概率。模糊數(shù)學(xué)分析法就是對(duì)電潛泵產(chǎn)生的故障概率進(jìn)行模糊診斷，以此來(lái)建立相關(guān)的故障與癥狀的模糊矩陣，并計(jì)算出故障的集合，從而來(lái)進(jìn)行判斷。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析法在診斷電潛泵故障時(shí)采用的就是BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，這種方法采用的網(wǎng)絡(luò)模型屬于單向傳播方式，它會(huì)將電潛泵故障特征值采用輸入值的方式表示，而產(chǎn)生的故障類(lèi)型則是用輸出值表示。

3 電潛泵故障診斷技術(shù)中存在的問(wèn)題

3.1 傳統(tǒng)電潛泵故障診斷方法中存在的問(wèn)題

3.1.1 電流卡片診斷方法中存在的問(wèn)題

電流卡片診斷方法使用的范圍局限性比較大，只能針對(duì)一些特定的故障進(jìn)行解釋?zhuān)⒉荒軐?duì)整個(gè)系統(tǒng)故障進(jìn)行準(zhǔn)確全面的分析，對(duì)于故障產(chǎn)生的真實(shí)原因就不能做出明確的解釋。比如說(shuō)當(dāng)電潛泵由于原因需要再次的開(kāi)機(jī)時(shí)，就很容易將原有的故障擴(kuò)大化，不能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的維修人員進(jìn)行準(zhǔn)確的故障指導(dǎo)，也就很難采取有效的解決措施了。

3.1.2 憋壓診斷方法中存在的問(wèn)題

憋壓診斷方法主要就是在井口生產(chǎn)閥進(jìn)行關(guān)閉后對(duì)其機(jī)組產(chǎn)生的壓力進(jìn)行測(cè)試來(lái)判斷電潛泵是否存在故障問(wèn)題，但是這樣做時(shí)間一旦過(guò)長(zhǎng)就會(huì)使得油井周邊的地層壓力產(chǎn)生波動(dòng)，當(dāng)再次啟動(dòng)機(jī)器時(shí)還需要比較長(zhǎng)的一段時(shí)間才能使地層壓力恢復(fù)正常，這樣的情況是不利于油井進(jìn)行有效的開(kāi)采的。而且這種方法也不能對(duì)整個(gè)電潛泵機(jī)組進(jìn)行直接性的監(jiān)測(cè)，只是單純的依靠井口壓力與時(shí)間之間產(chǎn)生的曲線(xiàn)來(lái)進(jìn)行推測(cè)的，也就是說(shuō)這種方法所推測(cè)出的故障分析缺乏一定的直觀(guān)性與準(zhǔn)確性，每次測(cè)試的時(shí)間也比較長(zhǎng)。

3.2 現(xiàn)代電潛泵故障診斷技術(shù)存在的問(wèn)題

3.2.1 故障樹(shù)診斷方法中存在的問(wèn)題

故障樹(shù)診斷方法主要依靠的就是計(jì)算機(jī)的分析技術(shù)，數(shù)據(jù)來(lái)源主要就是故障機(jī)組所產(chǎn)生的。故障樹(shù)診斷方法對(duì)整體電潛泵機(jī)組來(lái)說(shuō)是有利的，能夠準(zhǔn)確的分析出正常與故障的情況，但是對(duì)于局部故障情況卻不能做出正確的分析，這種情況下建立的數(shù)學(xué)模型就會(huì)存在很大的差異性。使用故障樹(shù)診斷方法最好是電潛泵各個(gè)部件相互之間不影響的狀態(tài)下，可是實(shí)際的狀況恰恰相反，電潛泵的部件之間聯(lián)系是十分緊密的。電潛泵故障樹(shù)采用的是定量計(jì)算的方式，這就需要收集大量的數(shù)據(jù)，這樣才能準(zhǔn)確的計(jì)算出部件產(chǎn)生故障的概率，但是它的弊端就是，一旦電潛泵的工作環(huán)境發(fā)生了變化，那么之前所收集到的數(shù)據(jù)就不能再使用的，需要進(jìn)行重新的收集與計(jì)算，這樣就比較浪費(fèi)時(shí)間。

3.2.2 模糊數(shù)學(xué)法診斷中存在的問(wèn)題

模糊數(shù)學(xué)法靈活性不強(qiáng)，也就是說(shuō)在診斷的過(guò)程中容易產(chǎn)生疏漏，主要就是針對(duì)新故障的發(fā)生，一旦有了新的故障產(chǎn)生這種診斷方法就不適用了，畢竟建立關(guān)系矩陣是需要進(jìn)行相關(guān)的統(tǒng)計(jì)與經(jīng)驗(yàn)才能建立起有效的系數(shù)，若是不能獲得新的系數(shù)，那么其局限性與不確定性就十分的明顯。

4 電潛泵故障診斷技術(shù)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

現(xiàn)階段，我國(guó)很多的油田都已經(jīng)走向了開(kāi)發(fā)的中后期，所面臨的開(kāi)采環(huán)境也更加的復(fù)雜，電潛泵在使用的過(guò)程中也出現(xiàn)了許多新的故障問(wèn)題，而現(xiàn)階段掌握的電潛泵故障診斷技術(shù)已經(jīng)不能滿(mǎn)足實(shí)際的需求，這就需要對(duì)其故障診斷技術(shù)進(jìn)行深入性研究，并提高其診斷效果。

4.1 建立在線(xiàn)監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)

建立電潛泵在線(xiàn)監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)對(duì)于電潛泵故障診斷來(lái)說(shuō)是有必要的，這樣的系統(tǒng)可以對(duì)機(jī)組和與之相關(guān)的地層部分進(jìn)行精準(zhǔn)的監(jiān)測(cè)，同時(shí)不局限于地面與地下，能夠?qū)φ麄€(gè)電潛泵機(jī)組的運(yùn)作進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，以此來(lái)獲取準(zhǔn)確的工作數(shù)據(jù)。通常情況下，電潛泵若是出現(xiàn)故障并不是突發(fā)性的，都是在正常工作一段時(shí)間以后才會(huì)表現(xiàn)出來(lái)，這時(shí)這種存在異常的數(shù)據(jù)就能被準(zhǔn)確的記錄下來(lái)，與正常數(shù)據(jù)做對(duì)比就能夠及時(shí)的發(fā)現(xiàn)故障產(chǎn)生的部件，然后根據(jù)所得的數(shù)據(jù)來(lái)判斷故障產(chǎn)生的原因，從而對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確的分析，最終來(lái)確定故障的類(lèi)型。

4.2 通過(guò)振動(dòng)信號(hào)來(lái)對(duì)電潛泵故障進(jìn)行診斷

電潛泵機(jī)組其實(shí)就是靠機(jī)械旋轉(zhuǎn)來(lái)進(jìn)行運(yùn)作的，它的主要功能部件基本都是靠旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。若是主要部件出現(xiàn)故障問(wèn)題，那么就會(huì)使得機(jī)器在正常運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中產(chǎn)生不正常的振動(dòng)現(xiàn)象，振動(dòng)越大代表著機(jī)器損壞與故障發(fā)生的可能越高，可以說(shuō)振動(dòng)其實(shí)就是機(jī)器自身的一種最真實(shí)的反應(yīng)。振動(dòng)參數(shù)比起其他的參數(shù)來(lái)說(shuō)更能準(zhǔn)確的反應(yīng)出機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)。將機(jī)器產(chǎn)生的振動(dòng)參數(shù)進(jìn)行收集整理，更容易從中發(fā)現(xiàn)電潛泵故障產(chǎn)生的原因，并且電潛泵一般情況下都是安裝在井下，從測(cè)試的角度考慮，通過(guò)振動(dòng)信號(hào)來(lái)判斷電潛泵是否存在故障也是十分方便有效的診斷技術(shù)。

4.3 多種診斷方法相結(jié)合

不同的故障診斷方法都有自身的優(yōu)缺點(diǎn)，沒(méi)有哪個(gè)是完美的，若是只依靠某一種或者某兩種的診斷方法來(lái)進(jìn)行電潛泵故障診斷的話(huà)未免太狹隘，也不夠全面，在診斷中也容易產(chǎn)生疏漏。最合理也是最科學(xué)的診斷方法就是將傳統(tǒng)電潛泵診斷技術(shù)與現(xiàn)代電潛泵診斷技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，將各自的長(zhǎng)處融合到一起，以此為基礎(chǔ)創(chuàng)造新的故障診斷方法，這樣也可以很大程度上的提高電潛泵故障診斷的全面性與準(zhǔn)確性。

傳統(tǒng)的電潛泵診斷技術(shù)缺乏一定的智能化，比如電流卡片診斷方法就沒(méi)有自主學(xué)習(xí)的功能，還需要人工對(duì)其進(jìn)行識(shí)別與改進(jìn)，也就是說(shuō)需要對(duì)其進(jìn)行重新的輸出與設(shè)置，這種狀態(tài)下融入一定的人工網(wǎng)絡(luò)智能信息，就可以將故障的識(shí)別提高，同時(shí)也可以對(duì)各種采集到的信息進(jìn)行有效的處理與儲(chǔ)存，這樣更利于故障的識(shí)別與分析。故障樹(shù)分析法主要依賴(lài)的是統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)與經(jīng)驗(yàn)，但是很多的數(shù)據(jù)都存在著不確定性與模糊性，這種情況下若是將模糊數(shù)學(xué)法融入進(jìn)去就能很好的解決數(shù)據(jù)模糊的問(wèn)題，并且還能在一定的程度上將統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中存在的誤差適當(dāng)?shù)臏p少，這樣也就能將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際中的數(shù)據(jù)融入其中，綜合分析下得到的故障判斷結(jié)果也就更加的準(zhǔn)確。

可以說(shuō)用多種診斷方法相結(jié)合來(lái)進(jìn)行電潛泵故障診斷所得到的結(jié)果更加的準(zhǔn)確真實(shí)，同時(shí)也能有效的避免各種故障診斷技術(shù)中的不足之處，是十分可取的方式。

5 總結(jié)

綜上所述，隨著科技的不斷進(jìn)步，電潛泵的結(jié)構(gòu)也會(huì)越發(fā)的復(fù)雜，那么相對(duì)應(yīng)的出故障率也會(huì)比較高，故障的類(lèi)型也不可能單一，這樣的情況下僅僅依靠現(xiàn)有的故障診斷技術(shù)還是會(huì)有些吃力的，這就需要對(duì)電潛泵故障診斷技術(shù)進(jìn)行深入性的研究分析，將各種先進(jìn)技術(shù)融入到電潛泵故障診斷技術(shù)中，提高技術(shù)的可靠性，同時(shí)也適應(yīng)的降低相關(guān)的維修成本，如此才能有效的增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

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