潜油电泵工况智能综合诊断优化研究与应用

潜油电泵工况智能综合 诊断优化 研究与应用

商鹏 1 任彬远 2 杨小亮 3 李海兵 4 王佳佳 5 张军 6 郭峻李 7

胜利油田河口采油厂人力资源服务中心 山东东营 257200

胜利油田河口采油厂采油管理十区 山东东营 257200

胜利油田河口采油厂采油管理六区 山东东营 257200

胜利油田河口采油厂地质研究所 山东东营 257200

河口石油开发有限责任公司 山东东营 257200

【摘要】潜油电泵采油工艺是油田开发中重要的机械采油开发方式之一，具有排量大、扬程高等特点。为提高河口采油厂电泵井的工作效率，通过PCS平台采集运行电流、电压、产液量、井口温度、油压、套压等实时生产数据，结合电泵机组特征曲线，建立数据联动的工况诊断预警诊断模型，实现异常工况预警的超前介入，提高工况运行效率与运行时率，大幅提升电泵井生产管理水平。

【关键词】数据监测 诊断模型 工况分析

1. 电泵井数据采集应用现状

河口采油厂现有电泵井136口，日产液量3.1万方，日产油量562吨，占采油厂原油产量的十分之一。河口采油厂电泵井分布在埕东、飞雁滩、陈家庄、大王北、富台等8个区块，分布范围广。以往电泵井生产监控全靠人工定期巡检、采集数据、手动填报信息的方式，该方法不仅造成人力物力的浪费，采集数据的准确性和实时性也存在偏差与延误。

随着数字油田和新型管理区建设的推进，河口厂的电泵井已完成数字化建设。生产应用中存在以下三方面的问题：

1、加装设备线路杂。

电泵井远传硬件是后期加装在工频控制柜中，存在线路杂乱、配件发热绝缘等级下降，出现短路造成故障停井32井次。

2. 采集数据存误差。

电泵井采集的实时数据值存在偏差，需进行修正数据提高采集数据的准确性。

2. 预警及评价版型需建立及优化。

PCS生产指挥系统实现了电泵井生产参数的实时采集与故障停机后的报警功能，但在异常生产工况下的有效监控、预警与故障分析、诊断管理功能目前还是空白，PCS数据库中大量实时生产数据缺乏应用。因此，基于电泵实时工况参数之间动态关联的逻辑关系，进行数据验证和判断；有效利用动态生产参数，细化电泵工况生产模型，建立异常工况预警模型，验证与评价油井工况迫在眉睫。

2. 信息控制诊断系统提升方案设计

（一）新型信息化数据采集配电柜的研制

针对电泵井生产运行中出现四化硬件与工频控制柜不匹配的问题进行攻关，研制新型信息化采集配电柜。该采集柜采用与原电泵控制柜并行工作模式，配电柜设计强电与弱电上下隔离，强电在柜体下部，弱电在柜体上部；单独安装电流互感器实时监测电泵机组运行电流，保证数据采集精准度；内部电压互感器和电源变压器为采集设备提供用电及电压参数，避免共用采集硬件出现线路发热的绝缘下降的问题。

新型信息采集配电柜需要调试、维修时无需关停电泵井，只需断开内部断路器电路即可进行维修操作，确保现场检修人员施工安全，保证电泵井连续运行，避免频繁停机出现的电泵故障。

（二）PCS采集数据的修正

在对采集数据后续分析中发现，PCS采集的数据与实际故障现象存在一定的延时性，无法及时表现出故障现象。例如在电泵偏磨的过程中，电流应该是缓慢上升的过程，但是并没有发现明显的变化过程。可以通过其它参数的变化情况，例如油压、温度、日产液量等参数的变化情况来对电流数据进行修正，来保证所存储数据的准确性。

（三）电泵工况诊断预警模型的研究

针对采油厂电泵工况诊断的现状，开发一套电泵井实时数据采集与分析诊断模型，建立以电参数、产液量（压力）、温度、损耗指标等综合变化的阈值诊断模型。基于电泵井电流变化的网络故障识别系统，并将工艺技术人员的历史经验组合载入到该系统，给采油管理区信息化人员提供分析判别标准。

目前PCS采集系统传输稳定，采集后的数据都存储在对应数据库中，可以随时为潜油电泵故障预警提供数据支持。首先在数据库中读取相应参数数据，通过判断同一大线上的通信状态和运行状态，来判断是否是大线跳停，给予现场人员明确的信息。同时结合其它参数数据来判断电流数据是否正常，在正常的情况下，针对每口电泵井的特殊工况，设置所对应的参数阈值，进行故障预警，推送到平台相应的预警信息，通过现场人员进行预警信息的验证以及故障原因的查验。结合现场工作人员的反馈，对预警模型进行相应的动态调参，提高预警模型的准确性。

以出砂造成过载停机为例。因为出砂造成电泵负载缓慢增大，对潜油电泵机组绝缘性造成较大的考验，该状态持续一段时间后最终因为电缆击穿造成过载停机。如果提前识别到该类故障，可以采取相应的措施，避免造成电缆击穿和停井，提高电泵井生产效率。

通过结合多参数的变化情况，可以更加准确的给出相应的预警信息，减少误报率造成的人力资源浪费，能够根据故障的相关特征提前进行预判，在很大程度上减少潜油电泵机组的损坏率和维修率。

（四）故障要因模型分析

总结生产电泵井管理经验，整理出影响电泵停机的14项因素，加入到预警模型中，及时掌握电泵井实时数据与井况变化之间的关系变化，建立电泵井多参数预警机制，形成专家诊断库，通过多参数综合判断，确定故障类型及原因，提前人为干预避免频繁停机，提高生产效率。依据检测泵效进行维护，能够提高后续维修和维护效率，降低成本。同时给予现场非专业维护人员相关提示信息，避免进行误操作。以下举例说明不同故障类型所对应的参数变化情况。

1、出砂

油井出砂情况下，油压和电流出现波动，严重时造成卡泵现象，其它参数无明显变化，对产液量影响一般比较小。可以通过反洗井或者通过化验含砂等措施进行改善和验证。

2、气锁

含气运行时，各项参数出现高频大幅度波动，尤其是电流，是因为电泵运行过程中吸入游离气所造成的。如果不能及时排除井下过多的游离气，将大大影响电泵的产液量。可以通过打开套管阀门将气体排除。

3、卡泵

电泵卡阻的情况下，井底异物如果不能及时排除，会造成电流增大，最终过载停机，甚至对损坏电泵机组。可以通过反转开井或者关井后大排量洗井，如果还不能排除异物，只能进行检泵作业。

但是针对电泵井，会有多种故障类型及其故障原因，根据管理经验进行了统计及分析，如下表1所示，可以根据不同参数的变化情况来判断故障类型及故障原因，进行有针对性的维护和保养。

系统能对采集到的数据参数进行及时存储，就像为每口电泵井建立了自己的健康档案，可以随时为技术人员提供数据资料和技术支持。电泵井出现故障，技术人员根据这些参数初步判断出故障原因，迅速制定出处置预案，第一时间保障生产提高效率，延长了潜油电泵井的开井时率，增加了可采经济效益，促进了信息智能化管理与电泵井生产的有效融合。

3. 应用效果

基于PCS平台电泵井工况诊断技术的研究，实现远程监控全厂电泵井的生产情况，可实施远程起停井操作，定点采集生产参数，并结合现场工况对电泵井进行综合分析，及时掌握电泵井实时数据与井况变化之间的关系变化，建立电泵井多参数预警机制，提高电泵井异常工况介入的及时率，以及故障判断的准确率。

新型信息化采集配电柜现已在河口厂使用73台，截止目前运行稳定240余天，没有出现配件损坏停井造成经济损失，对比同期避免电泵故障停机32井次，减少经济损失8.5万元（原油损失4.2万元+维护费用3.85万元）。

PCS平台实现远程启停功能，遇到大线闪停2次，3-5分钟内远程启动电泵井26井次，大大缩短了开井周期；工况诊断技术的超前介入减少电泵异常工况停井12井次，准确率97%，系统效率达到29.1%。

4. 结论及认识

通过PCS平台的完善与深化应用，以提高电泵井产量与系统效率水平为目标，实现了电泵井数据采集、无线传输、数据管理、动态监测、在线计量、电泵故障诊断、报警预警、保护控制等功能，提高了油井的工况效率与运行时率。该平台真正服务于电泵井生产决策，提升油井的实时分析与管理水平。

参考文献：

1郝鹏鹏.电泵井振动监测及传输系统设计.微型机与应用.2014年，21期（56-58）

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