潛油電泵機(jī)組振動(dòng)檢測(cè)與故障診斷

李 東

（大慶油田裝備制造集團(tuán)力神泵業(yè)股份有限公司，黑龍江大慶 163311）

0 引言

潛油電泵是我國(guó)油田生產(chǎn)中的主力抽油設(shè)備，與其他抽油設(shè)備相比，潛油電泵機(jī)組在排量以及生產(chǎn)成本上有巨大優(yōu)勢(shì)，在我國(guó)油田中有著廣泛應(yīng)用空間。潛油電泵機(jī)組受其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作環(huán)境惡劣的原因影響，故障率一直居高不下，既提高了采油成本，也不利于油田企業(yè)平穩(wěn)發(fā)展。潛油電泵故障種類較多，如電機(jī)燒毀、線纜損毀、管線卡死等。振動(dòng)頻率過高以及振動(dòng)幅度過大是導(dǎo)致故障頻繁的重要誘因，也是許多故障的根源之一，過高振動(dòng)幅度降低了電泵機(jī)組的工作穩(wěn)定性，也加速了電泵機(jī)組的磨損，使用壽命降低。因此油田企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)電泵機(jī)組振動(dòng)情況的監(jiān)測(cè)和分析技術(shù)，及時(shí)控制潛油電泵振動(dòng)頻率和幅度，降低電泵故障率，全面提高生產(chǎn)穩(wěn)定性。

1 潛油電泵的基本結(jié)構(gòu)

現(xiàn)階段我國(guó)多數(shù)油田采用提高油藏能量和原油流動(dòng)性，通過地下泵組配合地面采油設(shè)備的工藝實(shí)現(xiàn)原油開采，潛油電泵機(jī)組是應(yīng)用較為廣泛的地下泵組之一。與其他地下泵組相比，此類電泵機(jī)組在相同功率下有更高的揚(yáng)程范圍，同時(shí)其對(duì)地面工藝要求較低，適用范圍廣，建設(shè)成本低，且能保持低成本運(yùn)行。潛油電泵通過在油井井口下一定深度內(nèi)，下放潛油電泵主機(jī)，主機(jī)中電機(jī)帶動(dòng)離心泵體高速旋轉(zhuǎn)，井內(nèi)油流在沉沒壓力帶動(dòng)下經(jīng)過分離器，完成初步的氣相物質(zhì)和油相物質(zhì)的初步分離。隨后依靠離心泵形成的多級(jí)增壓動(dòng)力，經(jīng)舉升進(jìn)入到地面采油工藝管線中，實(shí)現(xiàn)原油開采。潛油電泵機(jī)組組成結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，相關(guān)設(shè)備元件數(shù)量眾多，但從工作位置以及功能角度主要分為潛油電泵主機(jī)、地面注采設(shè)備、連同設(shè)備以及連接線纜。通常說的潛油電泵機(jī)組多單指安裝于井下的潛油電泵主機(jī)。潛油電泵主機(jī)又稱為沉沒式潛油電動(dòng)離心泵，它是無抽油光桿類電泵機(jī)組的一種，由多級(jí)離心泵、過載保護(hù)機(jī)、動(dòng)力機(jī)組、油氣分離設(shè)備組成。

2 潛油電泵機(jī)組常見故障分析

潛油電泵結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，主機(jī)組部分常位于井下工作，面臨濕度較高、腐蝕性較強(qiáng)的工作環(huán)境，受到地下壓力、油層腐蝕、地質(zhì)環(huán)境變化等多方面影響，故障率較高。同時(shí)潛油泵機(jī)組工作中運(yùn)轉(zhuǎn)速度較高，振動(dòng)頻率以及振動(dòng)幅度均較大，加速了潛油電泵機(jī)組各部件磨損，使其穩(wěn)定性受到影響。

2.1 潛油電機(jī)和保護(hù)器損壞的原因分析

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，以及查閱相關(guān)資料，潛油電泵機(jī)組中電機(jī)燒毀多因保護(hù)器失效。潛油泵失效原因如下。

（1）使用環(huán)境低溫。低溫環(huán)境會(huì)對(duì)電機(jī)散熱系統(tǒng)造成影響，導(dǎo)致電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中密封系統(tǒng)以及緩沖設(shè)備老化加劇，電機(jī)振幅增加，最終導(dǎo)致電磁線絕緣性能降低，保護(hù)器失效。

（2）當(dāng)油井受地層環(huán)境影響產(chǎn)液中含砂量較高時(shí)，會(huì)對(duì)電機(jī)密封裝置造成一定磨損，在最后的密封過程中，可能出現(xiàn)砂體進(jìn)入電機(jī)內(nèi)部的情況，對(duì)永磁體、長(zhǎng)定子線圈、葉輪等部件造成破壞，導(dǎo)致電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性降低，振幅增加，最終導(dǎo)致保護(hù)器失效。

2.2 潛油電纜損壞的原因分析

潛油電泵使用電能作為主要?jiǎng)恿δ茉?，電纜是其必要的能量傳導(dǎo)介質(zhì)，電纜需要跟潛油電泵主機(jī)一起深埋地下，承受高壓、高溫、高腐蝕性的工作環(huán)境。為滿足電纜設(shè)備的可塑性、絕緣性、可彎曲性，其絕緣層多為橡膠產(chǎn)品。在高溫高腐蝕環(huán)境下不可避免產(chǎn)生老化速度加劇現(xiàn)象，容易出現(xiàn)絕緣性能下降，最終出現(xiàn)電纜燒毀擊穿等。首先橡膠絕緣材料硬度較低，電纜下放過程中容易發(fā)生過深刮傷，喪失絕緣性能。其次，電纜工作的額定安全參數(shù)與實(shí)際工作參數(shù)不符，導(dǎo)致電纜運(yùn)行中電流過大，溫度較高，造成絕緣層燒毀。最后電纜在下放過程中出現(xiàn)過度彎曲現(xiàn)象，導(dǎo)致電纜損壞。

2.3 潛油泵離心泵損壞的原因分析

潛油離心泵是潛油電泵機(jī)組的核心組成部分，在油氣分離以及動(dòng)力供給方面有著十分重要的作用。離心泵葉輪和導(dǎo)殼之間，泵軸與軸孔磨損現(xiàn)象較為嚴(yán)重，主要原因如下。

（1）潛油電泵機(jī)組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在弊端，導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)部位間隙過大，運(yùn)轉(zhuǎn)過程中振幅高，磨損嚴(yán)重。

（2）油井產(chǎn)液含砂較高，造成離心泵卡泵現(xiàn)象，導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)部位失去平衡，產(chǎn)生較大運(yùn)轉(zhuǎn)振幅。

（3）泵體對(duì)接不當(dāng)，導(dǎo)致泵軸體下放位置不當(dāng)，造成軸卡環(huán)脫落，發(fā)生竄軸現(xiàn)象。

2.4 潛油電泵套管損壞原因分析

套管損壞也是潛油電泵機(jī)組故障的高發(fā)原因之一，套管損壞會(huì)對(duì)原油舉升以及運(yùn)輸功能造成影響，套管故障主要有兩方面原因。

（1）套管在下放過程中阻力較高，或遇到外力造成套管形變，出現(xiàn)套管破損變形等故障。

（2）套管變形會(huì)導(dǎo)致潛油電泵機(jī)組內(nèi)電流升高，超過線路的最高負(fù)荷承載范圍，造成電機(jī)引線燒毀。

2.5 分離器損壞原因分析

潛油電泵機(jī)組中分離器起到分離氣相水相的重要作用，是保障潛油電泵穩(wěn)定工作的重要設(shè)備。分離器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障原因較多，主要有以下2 點(diǎn)。

（1）分離器軸體固定卡簧出現(xiàn)故障，喪失原有的位置控制能力，導(dǎo)致軸體異常位移，引發(fā)電泵機(jī)組故障。

（2）密封系統(tǒng)故障后，大量油砂進(jìn)入分離器殼體內(nèi)部，造成殼體穿孔，對(duì)內(nèi)部電纜造成沖擊，引發(fā)一系列的絕緣層失效故障，嚴(yán)重時(shí)，會(huì)導(dǎo)致電纜擊穿，損壞分離器，甚至燒毀整個(gè)電泵設(shè)備。

3 潛油電泵機(jī)組振動(dòng)對(duì)電泵產(chǎn)生的危害

潛油電泵機(jī)組多數(shù)故障均為振動(dòng)幅度過大或振頻過高導(dǎo)致。在機(jī)組發(fā)生異常振動(dòng)時(shí)，首先，會(huì)對(duì)機(jī)組外殼以及連接部位帶來影響，固定外殼、密封位置以及連接螺栓在高頻振動(dòng)下會(huì)發(fā)生不同程度的變形與松動(dòng)，喪失原有功能，導(dǎo)致各類故障發(fā)生，也會(huì)加劇各個(gè)機(jī)械部件的磨損。其次，過大振幅對(duì)電泵機(jī)組的運(yùn)行穩(wěn)定性帶來影響，在高速旋轉(zhuǎn)過程中，葉輪磨損和積垢是誘發(fā)泵卡故障的主要原因。最終異常振動(dòng)會(huì)直接影響電泵機(jī)組的運(yùn)轉(zhuǎn)載荷，載荷過高會(huì)加劇零部件磨損，進(jìn)一步加劇電泵振動(dòng)異常，形成惡性循環(huán)，最終引發(fā)各類故障。

4 潛油電泵振動(dòng)檢測(cè)與應(yīng)對(duì)措施

4.1 提高油井狀況分析的準(zhǔn)確性

對(duì)油井井況進(jìn)行分析，確定潛油電泵的配置方案是降低潛油電泵振動(dòng)異常的重要方法。因此，必須通過加強(qiáng)設(shè)計(jì)管理，從源頭上避免出現(xiàn)選泵偏差較大，機(jī)組選型不合理，造成機(jī)組振動(dòng)。同時(shí)要加強(qiáng)潛油電泵井的管理，減少由于使用管理上的疏忽，造成機(jī)組損壞。

4.2 提高制造和安裝質(zhì)量

電泵機(jī)組的制造和安裝質(zhì)量對(duì)潛油電泵機(jī)組的實(shí)際工作狀態(tài)以及運(yùn)行穩(wěn)定性有著直接影響。潛油電泵機(jī)組自身的設(shè)計(jì)合理性以及工作質(zhì)量對(duì)其工作狀態(tài)有較大影響，優(yōu)質(zhì)的電泵產(chǎn)品能避免各類故障。因此企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)產(chǎn)品制造和安裝技術(shù)管理，優(yōu)化工藝，提高產(chǎn)品質(zhì)量。在潛油電泵系統(tǒng)中，保護(hù)器尺寸較小，具有良好的剛性，能保持平穩(wěn)的軸運(yùn)轉(zhuǎn)，電機(jī)是一個(gè)封閉系統(tǒng)，內(nèi)部零件不受井液侵蝕和沖擊，不會(huì)出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象，并且零件少、剛性好，制造過程中已經(jīng)采取嚴(yán)格的平衡試驗(yàn)，因此運(yùn)轉(zhuǎn)也較平穩(wěn)。

4.3 選擇優(yōu)良的密封元件和絕緣材料

因振動(dòng)以及其他問題導(dǎo)致潛油電泵機(jī)組密封以及絕緣失效，是多種電泵機(jī)組故障的主要誘發(fā)原因。在提高電泵機(jī)組振動(dòng)控制的同時(shí)，也應(yīng)從密封元件以及絕緣材料的選擇上入手，選擇具備更高抗振能力、耐腐蝕能力的生產(chǎn)材料，提高其使用壽命以及環(huán)境應(yīng)對(duì)能力。進(jìn)一步確保設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性和運(yùn)轉(zhuǎn)安全，同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)密封以及絕緣位置的安裝標(biāo)準(zhǔn)，避免安裝時(shí)出現(xiàn)虛接、密封不嚴(yán)等失誤。