煤层气排采设备常见故障的诊断方法

2011-09-16綦耀光

中国设备工程 2011年5期

关键词：示功图抽油泵曲柄

李进，綦耀光

（中国石油大学（华东）机电工程学院，山东东营 257061）

一、抽油机常见故障及其诊断

1.故障统计

查找相关文献得到胜利采油厂一采油队在2008年3～6月发生的故障及故障隐患统计，该队有抽油机设备36台，正常使用27台，其中游梁式抽油机22台。其故障统计见表1。

表1

2.抽油机的常见故障

（1）电动机故障。常见电动机的故障模式是电动机烧坏，其主要原因有：①电机因暴露、雨淋等原因造成线圈潮湿而烧坏；②抽油机不平衡。

针对电动机故障的模式选择对其电流进行适时检测：①通过电流值的变化来判断电动机的工作状态；②通过上、下冲程电流峰值比来判断抽油机的平衡问题；③辅助判断抽油泵工作状况。

（2）减速箱故障。在减速箱的故障中，漏油和输入轴串动最为常见。漏油的原因主要是密封不严及装配误差，漏油会间接造成齿轮磨损等故障。输入轴的串动主要因为抽油机不平衡或齿轮啮合不良造成轴失去约束。

针对减速箱漏液这种状况，选择在放油口安装压力传感器，检测其位置处产生的油液压力，油液压力与油液面高度有关，通过检测压力间接得到其减速箱内油液量。输入轴串动检测选用电涡流式位移传感器，通过输入轴与传感器之间的距离变化判断输入轴是否发生串动。

（3）曲柄连杆组合故障。曲柄连杆组合的常见故障模式主要是曲柄销的断裂。曲柄销的断裂不仅影响抽油机的正常工作，严重的会造成机毁人亡的事故。而分析曲柄销的故障原因主要是因为曲柄销的螺母松动造成曲柄销和锥套的松动，加上不断的冲击造成曲柄销的断裂。

针对这一故障原因可以检测曲柄销的预紧力，可选择垫圈式压力传感器。检测预紧力的变化来判断曲柄销的松动。

（4）尾轴承及中间轴承的故障。其故障形式主要是轴承滚珠、内外圈的破裂。轴承为易损件，承载载荷较大，加之润滑不良或磨损，容易造成损坏。

由于轴承为易损件，轴承诊断有四种方法：①噪声识别。需要人为判别；②振动检测。需要传感器较多，且信号处理相对复杂；③温度检测。检测简单，只能判断其是否出现异常；④润滑剂状态识别。煤层气排采的理念是降低成本，加之轴承是易损件而且没必要详细判断其发生的故障形式，只要轴承发生故障即更换新的轴承。综合以上方法和原因，选择使用温度传感器测其温度，设置温度限值，如果测的温度超过这一限值说明轴承出现异常。

抽油机还有其他故障，比如传动带故障，其故障形式主要为皮带打滑。但这种故障一般发生在老式抽油机上。除此之外还有机架的损坏、驴头损坏等，这些都是加工误差或工艺等原因造成。虽然这些故障也会影响抽油机的正常运转，但不能归属于抽油机工作中常见的故障。因此不再分析其故障形式和诊断方式。

二、抽油杆和有杆泵的常见故障及其诊断方法

1.煤层气排采与石油排采的不同

首先介绍煤层气排采与石油开采的区别，这些不同点决定了煤层气排采抽油杆泵的故障及其诊断方法的特殊性。

（1）煤层气采用“排水抽气”的方式排采，油管排水，油管与套管之间的唤醒空间排气。具有“水携气”的特点。采水量与采气量有一定的关系。煤层气井稳定生产阶段，产气量随排水量的增大而增大。排水量是一个逐渐减少的过程，直至最后无水可排，而采气量是一个先增大后减小的过程。

（2）煤层气抽油机都是低冲程兼有中等冲程，泵深较浅。

（3）煤层气井有较高的气液比，抽油泵更容易受到气的影响，严重者造成气锁。

（4）由于抽油泵排采的对象是水，因此其静载荷相对较小。悬点载荷相对集中，随着煤层气的排采，静载荷的比重逐渐增大。

（5）由于煤层气储存层的特殊结构，容易产生煤粉，对抽油泵产生影响，造成砂堵或卡泵。

2.故障分析及其检测

分析以上煤层气排采的不同点，以及结合常见石油排采抽油泵的故障得知要检测有杆泵的状况有：抽油杆脱断、卡泵、供液不足、吸入阀漏失、气影响、排出阀漏失、砂影响、泵部分脱出工作筒等。其中煤层气排采过程中，排水量如一直下降，这就要分析供液不足与正常无水可排的区别。由于煤层气具有水携气的特点，因此抽油泵遇到气影响时可能属于“正常”现象。

泵检测有许多方法，其中包括示功图法、扭矩法、电流法等。其中示功图法是一种较为普遍的诊断方法，采用光杆示功图法，用压力传感器测悬点的载荷，用拉绳式位移传感器测悬点的位移，得出光杆示功图。示功图诊断方法特别适合浅井和部分低冲数的中深井。这种诊断方法也有缺陷，只靠光杆的示功图来判断井下抽油泵的工作状况是不可靠的。当有杆泵产生故障时也会引起其他参数的变化，比如抽油杆脱断电流值会突变小，接近空载。因此在有杆泵的诊断方法上采用以光杆示功图法诊断为主、电流诊断为辅的方式。