依托工况诊断技术提高螺杆泵管理水平

王汉满

摘要：由于螺杆泵井的复杂性和工作环境的恶劣性，影响螺杆泵井正常工作的因素是多种多样的。因此，仅仅依靠单一的工作参数来判断螺杆泵生产系统的工作状态是不合理的。结合不同的参数可以从多方面综合考虑油井可能出现的故障，从而确定出可能性最大的一种或者两种工作状态。随着螺杆泵的广泛应用，对螺杆泵采油系统的生产管理要求也越来越高，优化设计和工况诊断技术将更加的系统化、规范化。近年来，随着人工智能技术的发展，机械故障诊断领域也越来越趋向智能化。人工神经网络、支持向量机等技术的发展，为机械故障诊断的研究提供了新方法、新模型。它们因其自身的特点在机械故障诊断研究方面展现出了独特的优势。可以尝试将各种方法应用到螺杆泵采油系统的工况诊断中去，以提高诊断的全面性、准确性以及实时性。相信各种智能方法的应用，能大大推动螺杆泵井生产系统的日常生产管理水平，促进螺杆泵采油技术的发展。

关键词：螺杆泵井；复杂性；工作环境；工况诊断；管理水平

引言

自20世纪80年代，螺杆泵作为石油工业中的人工举升设备以来，它以其自身优势一设备结构简单、操作方便、维护管理方便等受到人们青睐。随着科学技术的不断发展，螺杆泵制造工艺的不断提升，螺杆泵采油已经成为油田广泛应用的采油方式之。它不仅在高粘、高含砂、高气油比原油开采中具有独特的优势，而且在普通油藏及水驱油藏后期开采阶段也表现出很好的适应性。但是，随着油田的不断开发，井深的不断增加，且由于实际情况的限制，工作人员只是对设备进行常规的定期检查，无法直接了解井下螺杆泵的工作情况。很多时候设备的故障隐患不能及时发现，使得螺杆泵带病运行。这不仅加大了设备的磨损破坏，当故障扩大严重后，还会对生产产生影响，造成不必要的损失。

加强对螺杆泵生产系统工况诊断研究，对提高螺杆泵井科学管理水平有着关键的作用。它可以促进油井生产管理者对油井系统的认识，全面监测螺杆泵井的井下工作状态，及早发现故障，分析故障原因，并通过对螺杆泵井参数的调整避免事故的发生，使得螺杆泵安全、可靠、有效地工作。

1 常见诊断方法

在螺杆泵井的工作过程中，主要有抽油杆断、油管断、泵漏、油管漏、卡泵和结蜡等几种故障形式。目前，现场上比较常用的几种诊断方法有以下几种。

（1）电流法诊断油井故障。在油井的生产过程中，电机的电流升高、降低或者波动都可以反映出井的工作状态。诊断时，只需测试驱动电动机的电流变化即可。但是，测量电流反应了整个采油系统的受力变化，不容易判断故障原因。

（2）液量变化法诊断油井故障。油井产液量是需要天天量取的，它是现场上较为直观的资料，但仅仅根据产液隋况并不能判断出具体的工况。结合电动机的相关情况，可以大致估计出几种可能出现的问题。

（3）憋压法诊断油井故障。在螺杆泵井工作的情况下，将井口生产阀门关闭，对井进行憋压，通过测量井口油压和套压变化情况来诊断泵的工作状况，从而诊断出各类故障。另外，还可以通过测试油井憋压时的油压与关井时间的关系曲线来定性诊断油井故障。

（4）扭矩法或载荷法诊断油井故障。扭矩法或载荷法的方法是大致相同的，都是利用传感器直接对光杆的扭矩或者载荷进行测量，通过光杆扭矩或工作载荷的变化情况来诊断螺杆泵井的工况。

（5）电参数法诊断油井故障。电参数诊断方法是参考测试电机从启动到正常运转的电流曲线图，用测量的电流、电压、功率因数等电机的工作参数，考虑电机的内部损耗，通过公式计算得出螺杆泵井的光杆扭矩，并绘出光杆扭矩随时间的变化图，根据其变化规律对螺杆泵井进行工况诊断。

2 工况诊断研究现状

对油井工况类型及表现特征的了解是进行油井工况诊断的前提。2002年，中国地质大学的赵明结合大庆油田实际情况，对聚驱螺杆泵生产系统优选理论进行了论述，并在螺杆泵采油系统优化设计的基础上，根据油井生产中出现的特征变化情况来判断油井故障，列出了螺杆泵井常见诊断方法。2016年华北石油局的马永峰通过详细描述了螺杆泵井各种故障时的表现，总结了8中常见的故障形式，包括管脱、杆脱、杆断、管柱漏失、定子失胶、蜡堵、输油管线堵及供液不足，并提出了相应的诊断方法和预防措施。螺杆泵井工况类型的基本表现特征了解后，为了解更多参数的变化，就对测试方法及精度提出了要求。1999年，华北局的崔金榜等人在了解螺杆泵井工况测试方法的基础上，研究设计了以工况测试和回放诊断为主的螺杆泵井工况测试工艺，并开发了相应的测试仪器和新型的螺杆泵抽油光杆卡。2013年，石油大学的王海文等人通过对螺杆泵采油系统光杆受力的分析，提出了一种光杆受力法工况诊断技术，并且研制了光杆受力测试系统，并在研究受力测试书记与螺杆泵井工况关系的基础上，对典型的一些工况诊断方法进行了分析，编制了相应的工况诊断软件。2014年，西南石油学院的刘文波研制了螺杆泵井的测试系统，并确定了一种对旋转光杆测力的辅助工艺，制定了对光杆受力进行测试的做法 ”。胜利油田的官俊峰针对螺杆泵井测试诊断手段缺乏的现状，开发了包括螺杆泵井工况诊断和优化设计两个模块的工况测试系统，采用电流法、产液法、载荷法和扭矩法等多种方法对油井进行诊断。

通过对上述各种诊断方法的研究可以发现，螺杆泵采油系统故障的反应是多方面的，仅仅依靠某一个参数是不能判断的，因此要考虑多种因素，综合判断来进行油井工况的诊断。石油大学的吴晓东等人在分析了油井生产状态后，选取了产量、动液面、工作電流等5个油井生产状态的表征参数，结合阈值诊断和逻辑诊断两个判断理论，制定了由状态变量推导油井工作状态的规则，研究了一种新的螺杆泵井工况诊断方法。

3 结论

随着油田开采技术的发展.螺杆泵采油在油井举升中得到广泛应用，取得巨大的经济价值。从开始应用螺杆泵，目前大规模运转使用，螺杆泵技术日趋成熟。国内螺杆泵机采井自动测控程度低.致使一些螺杆泵井工况不合理、调整不及时而导致系统效率偏低.管理不及时导致故障率偏高的主要原因之一。因此.采油工况诊断技术提高螺杆泵管理水平，实施油田智能化控制，实现了油井稳定高产。通过采用螺轩泵采油工况诊断技术，提高螺杆泵采油技术管理水平。

参考文献：

[1]刘玉章，郑俊德采油工程技术进展[M].北京：石油工业出版社，2016：73—99

[2]李永东，张男，韩修延双憋压曲线在螺杆泵井工况诊断中的应用]J].大庆石油地质与开发，2015，I9（3）：36-37.

[3]董贤勇，龚俊，等.憋压曲线在螺杆泵工况诊断中的应用[J].钻采工艺.2014，27（4）：79-84.