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变频器至电泵的长距离输电运行状态

2021-04-27 130 上传者：管理员

摘要：文章针对潜油电泵在生产实践中常见及特殊故障等，从潜油电泵故障现象剖析可能存在的故障原因，再根据故障原因提出针对性验证方法及对应处理办法。针对海域长距离输电的技术难题，为解决低次斜波、峰值电压问题提出重点关注变频器至电泵的长距离输电运行状态及各项参数的细微变化，给出在操作中具体的解决建议。实践证明，该潜油电泵的故障分析与处理方法，为解决现场故障提供了有效举措。

关键词：
低次斜波
变频器状态
油电泵运输
潜油电泵
运行故障
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潜油电泵是在井口下工作的多级离心泵，同油管下入井内，地面电源通过潜油电泵专用电缆输入井下电机，使电机驱动多级离心泵旋转，将井下液体输送至地面。潜油电泵由三大部分组成，其中井下部分为：多级离心泵、电机、保护器、分离器，中间部分为电缆，地面部分包括控制屏、变压器、接线盒，详见图1。因此，熟悉潜油电泵井故障的一般分析方法，掌握常见故障分析及重点处理内容，理解故障原因验证方法的关键点，是现场管理人员必备的技能。

1、常见故障现象分析及处理

潜油电泵故障分析，首先从故障现象剖析可能产生的原因，再进行检查试验验证分析，确定了故障原因后可采取针对性措施，有效解决故障。

1.1 机组无法启动

机组不能启动故障通常为电气类故障，一般发生在钻完井后开井，或运行中突然停机，启动电泵时机组不能启动的情况下。如果是电源、变压器、控制线路故障或参数设置不正确，可通过检查电气故障及参数设置来验证故障原因，检修或更换故障元件即可解决故障。如果因电缆或电机绝缘破坏或短路，则可通过测量三相直阻和对地绝缘电阻来验证，更换电缆、电机即可解决故障。

1.2 运行电流偏高或过载

运行电流偏高一般是电机负载增大，严重时可能过载停机。在生产实践中，造成电机负载的原因较多。

(1）可能机组在弯曲井段，需要查阅钻完井档案资料，重点关注狗腿度，可通过修井，调整泵挂深度来降低电机负荷。

(2）可能井液粘度或密度过大，或井液中含有泥沙等杂质，可通过取样化验井液组分参数及含砂情况，或可尝试压井或反转，或可改用其它方式生产。

(3）如果死油过多，压井液未替喷干净或长时间停井、钻完井后开井时，也可能发生；可通过热洗或柴油替喷。

(4）井下单流阀漏失，油管中产生真空；可通过往油管灌液试压验证；修井维修单流阀，测试单流阀密封面的密封性满足要求即可。

1.3 运行电流偏低或欠载

运行电流偏低通常会出现产液量下降，严重时可能欠载停机。造成电机电流偏低的原因主要有以下三个方面。

(1）泵或分离器轴断：此时会发现产液量大幅下降，并且井口存在憋不起压的现象。这种情况只能修井或者换泵来解决。

(2）气体影响（脱气严重、动液面过低或分离器故障）：检查电流卡或历史曲线，是否存在气体影响。适当放套管气，或起出检查更换分离器、加深泵挂等。

(3）地层供液不足或堵塞：泵入口压力会呈下降趋势，可通过关小油嘴、间歇开采、换小排量泵、注水、或酸化压裂方式尝试解堵。

1.4 泵排量低

潜油电泵井故障最直观的表现就是产量下降，泵排量低甚至为零。如果泵负荷下降并呈现电流偏低的现象，主要有如下原因：

(1）泵的转向不正确，可重新测试正反转，调整相序使泵正转。

(2）如果井下管柱漏失或Y-TOOL堵头漏，泵入口压力上升，憋不起压。钢丝作业检查更换Y堵，或修井检查更换管串。

(3）如果泵叶轮腐蚀、磨损或泵吸入口堵塞，则泵出口和入口压差降低，只能修泵。

(4）如果地面管线或井下管柱堵塞，泵出口压力上升、回压上升，说明地面管线堵塞。回压降低说明井下管串堵，可通过检查阀门、活动油嘴、检查井下安全阀或热洗。

(5）活动叶轮磨损时，活动叶轮的潜油电泵能够减轻电机轴向受力，应用越来越多，此类泵如果没有在正常范围工作，会出现叶轮磨损，导致泵排量下降。

(6）井下单流阀漏失时，使用压井管线或临时管线向油管串灌液并加压，然后关闭压井阀，如果井口压力不较快上升或下降，说明单流阀漏失严重，需要修井。另外，泵或分离器轴断、供液不足、气体影响等参考电流偏低故障处理。

2、特殊故障排除法

上述常见故障现象是生产实践中较容易辨别判断的几种类型，当然也有一些特殊的故障。具体故障如长距离输电出现低次斜波电压、峰值电压、单流阀漏失、Y-TOOL管柱堵头漏失、活动叶轮磨损等。

2.1 长距离输电出现低次斜波、峰值电压

长距离输电在国际海域上也有很高的技术难点，本身就对变频器及电泵性能要求更高，产生谐振谐波的风险会导致电泵发热、线路过热损坏并增加额外损耗，峰值电压会导致电泵过电压、绝缘受损，两者都直接影响电泵平稳运行及大大降低使用寿命，因此就需要我们更重点关注变频器至电泵的长距离输电运行状态及各项参数的细微变化，始终使其运行在最佳工况状态下。

长距离输电重点关注及操作有如下几点：

(1）实时关注电泵数据变化：进出口压力、马达温度、震动、频率、电压、电流曲线值变化情况，并根据参数变化调整运行频率。

(2）定期巡检检查变频器进线侧电抗器、输出滤波电容器运行状态，声音、温度是否异常变化。

(3）定期巡检检查变频器整流器侧、逆变侧功率器件运行状态，声音、温度是否异常变化。

(4）定期巡检检查变频器进线隔离变压器运行状态，声音、温度是否异常变化。

(5）井下关键参数数据需要定期远程控制屏参数与变频器本地参数进行核对校准，确定通信状态良好。

(6）投产运行前需要重点关注变频器额定参数的正确输入及长距离电缆线损的压降准确计算，并根据电泵额定值进行自整定。

(7）远距离起动时泵的静摩擦转矩20%～30%需要考虑起动分析与仿真，因此变频器应选用先进合理的、针对长距离电缆供电的特殊控制逻辑，且变频器应具备电压补偿功能，以增强启动时转矩输出，变频器输出侧均需要考虑配置合适的滤波器进行滤波，确保电机端电压/电流谐波含量在可接受范围内，并抑制反射波和减小电压变化率dv/dt。电压源型变频器运行频率应尽可能运行在高位。

(8）长距离输电会导致工频过电压，系统发生单相接地、两相短路时，在短路故障切除前系统会发生过电压或较大短路电流，因此要求变频器具有快速切除故障的保护功能，包括单相接地短路保护、两相短路保护、三相短路保护、过流保护、缺相、三相不平衡等。

(9）变频器通过配置滤波装置之后，系统反射波、dv/dt等将会得到有效抑制。滤波装置中电容应根据相应特性进行特殊要求设计，变频器应对电容寿命及功能进行有效监测。

2.2 测量绝缘或相间直阻测量

测量绝缘或相间直阻前需要断电，并将电缆从接线盒处脱开。

(1）对地绝缘阻值测量，如果兆欧表显示对地绝缘阻值接近零，说明电缆被击穿或电机已烧毁。

(2）相间直阻测量，分别测量A-B、B-C、C-A相间直阻，若三相间直阻值不平衡度>2%，说明电机已烧毁，禁止尝试启泵。

2.3电流曲线特征分析

电流卡片的曲线特征能够很直观的反映电潜泵出砂、气体影响及供液不足等情况，随着油田开发数字化，可通过查看电流历史曲线或虚拟电流卡进行分析。供液不足时，电流逐渐下降，直到欠载停泵。

3、结束语

面对复杂的井下电泵故障，从现象到原因剖析各种可能的故障原因，可以解决绝大多数生产问题。面对复杂特殊故障时，可采用团队力量收集各种可能的原因，并将看似无序的原因整理归纳，找出各原因间的关联性，再通过检查钻完井检测数据、试压数据，并结合现场试验进行分析验证，也是一种有效的故障排除法。特别是长距离输电出现低次斜波、峰值电压，属于海域输电领域的技术难题，更要重点关注变频器至电泵的长距离输电运行状态及各项参数的细微变化，并适时调整，始终使其运行在最佳工况状态下。

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