潜油电泵概述及诊断分析 目 录 一、潜油电泵概述 二、潜油电泵井的诊断分析 一、潜油电泵概述 潜油电泵是在井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，使电机带 动多级离心泵旋转，将井液举升到地面。 潜油电泵由三大部分组成.如图7-1所示： 1.井下部分：包括多级离心泵、电机、保护器、分离器 ； 2.中间部分：电缆； 3.地面部分：包括控制屏、变压器、接线盒。 潜油电泵供电流程： 地面电网变压器控制屏接线盒电缆潜油电机 潜油电泵抽油工作流程： 分离器多级离心泵单流阀测压阀（泄油阀）井 口输油干线。 1.潜油电机 潜油电机是机组的原动机，位于井内机组的最下端。它是三相鼠笼式 异步感应电动机，和其它异步电动机一样。与普通电机的区别是： 机身长。由于潜油电机受到油井套管内径尺寸的限制，又要满足负 载能力的需要，因此向细长方向发展，犹如一个细长杆，电机长度随功率 的不同长短不一，最短几米，最长达十几米。 转轴为空心，壳体为钢件，定子铁芯有黄铜夹段，定子、转子同时 分段，而且长轴、长筒加工困难。 启动转矩大。在15转（即0.3秒）可以达到满载全速。 转动惯量小。当电机正常运转时，突然中段电源，电机靠惯性继续运 转，但潜油电机比普通电机滑行时间短。 潜油电机内腔充满具有一定粘度的润滑油，因此机械磨阻有所增加 。 潜油电机有附带的密封装置保护器。它可以保证电机在油、气、水、 高温、高压的条件下工作。绝缘等级高。 潜油电机的定子绕组是由单根的铜导线绕制而成，绕组线必须具有 耐油、气、水和耐高温、高压的综合作用，所以要具备良好的绝缘性能。 油浴冷却。潜油电机在环境温度较高的井下长期运转，因此其各个部 件都需要润滑和冷却，潜油电机是靠电机内的打油叶轮进行强制润滑和冷 却。 2.保护器 保护器安装在潜油电机上部，是用来保护潜油电机 的，潜油电机虽然结构上和地面电机基本相同，但它 所处的工作环境比较恶劣，要求电机绕组能够耐油、 气、水、压力、温度的综合作用。如果井液一旦进入 电机，电机引线将有可能短路烧毁，轴承润滑条件变 差使磨损加快，同时对定转子铁芯有腐蚀作用。因此 井液一定不能进入电机。保护器的作用就是防止井液 进入电机，补偿电机中润滑油的损失，平衡电机内外 腔的压力。目前国内外使用的保护器种类很多，但使 用最普遍的主要有连通式、沉淀式和胶囊式三种。 3.多级离心泵 多级离心泵按其结构基本上分为两个部分，即转动部分 和固定部分。转动部分主要有轴、键、叶轮、摩擦垫、轴 两端的青铜轴套和限位卡簧；固定部分主要有导壳、泵壳 、上轴承外套及下轴承外套等。 潜油多级离心泵是一种现代化深井抽油设备，与普通离 心泵相比，在结构上有以下特点： 直径小、长度大、级数多。由于受套管的内径限制， 泵的外径小；但要求的压头高达几千米，因此级数多、长 度大；由于工艺制造因素，一般分成数节，例如雷达 550m3/d泵，扬程1000m的多级离心泵有五节394级，总长度 为18.63m。 轴向卸载、径向扶正。为了消除轴向力而引起的泵轴 弯曲偏摆、叶轮震动，采用轴向卸载、径向扶正机构。 泵吸入口有脱气装置。为了防止井液中的气体进入多 级离心泵，在吸入口处装有油气分离器，以提高泵效。 4.分离器 潜油电泵是一种多级离心泵，在运行过程中，如果井液 中含有大量气体，将使泵的压头、排量、排量效率都显著 下降。随着泵内液体含气量的不同，对泵的性能影响也不 同，当进入泵内的气体占进液量的15%时，泵的吸入过程将 中断。从而无法抽吸液体。出现这种现象的主要原因是： 多级离心泵在抽吸过程中，吸入口压力较低，地层液中含 的气体大量分离出来，占据了吸入口及泵的内部空间，使 液体难以进泵。 为了减少气体对多级离心泵特性的影响，在设计叶轮时 ，可以采取各种防气措施，但靠叶轮本身的结构设计往往 解决不了大量气体的影响，因此必须采取措施，使气体在 进泵之前就分离出来，使泵不受或少受气体的影响。为此 在潜油多级离心泵吸入口安装油气分离器，让地层液经过 油气分离器分离后再进入泵内。目前所使用的油气分离器 按其使用原理可分为沉降式和旋转式两类。 5.控制屏 控制屏是潜油电泵机组的专用控制设备。潜油电泵 机组的启动、运转和停机都是依靠控制屏来完成的。 它由主回路、控制回路、测量回路三部分组成。具有 以下功能：能连接和切断供电电源与负载之间的电路 ；通过电流记录仪，能把机组在井下的运转状态反映 出来；通过电压表检测机组的运行电压和控制电压； 有识别负载短路和超负荷功能；借助中心控制器，能 完成机组的欠载保护停机；当机组出现欠载停机时能 按预定的程序自动恢复后再启动；通过选择开关，可 以完成机组的手动、自动两种启动方式；通过指示灯 亮，可以显示机组的运行、欠载、过载三种运行状态 。 主回路是由直接与电源相连接的元器件组成的电 路。电泵专用控制屏的主回路是由电源开关、真空交 流接触器及控制电源变压器等组成。 控制回路里的所有元器件不直接与电路连接，所 以也叫二次回路，由下列元器件组成：控制电压调整 开关、控制电源自动开关、控制方式选择开关、中间 继电器、压敏电阻及整流电路等。 测量回路的主要任务是：通过仪表监视机组在井 下的运行状态，检测机组的运转电压和二次回路所需 的控制电压，它由电流互感器、电流记录仪、电压互 感器及电压表等组成。 6.变压器 由于潜油电泵可以在不同深度的油井中使用，因 此在供给电机动力的电缆上压降不同。为了保障供给 电机不同的额定电压，以及补偿井下电缆的压降，必 须使用特殊配套的变压器来获得不同等级的电压，以 满足生产的需要。 目 录 一、潜油电泵概述 二、潜油电泵井的诊断分析 二、潜油电泵井的诊断方法 1.运行电流卡片的分析 潜油电泵运行电流卡片是管理人员管理电泵井、分析井 下机组工作状况的主要依据。它可以直接反映电泵运行是否 正常，甚至发生极轻微的故障及异常情况，运行电流卡片都 可以显示出来。电流卡片所记录电流的变化与电机工作电流 的变化成直线关系。可以认为电流卡片所记录的电流的变化 情况是电机运行状况的变化。所以，研究分析电流卡片，对 分析电泵运行情况，判断电泵运行中可能出现的各种故障是 具有指导意义的。下面列举几种具有代表意义的运行电流卡 片的分析，来指导分析现场出现的各种电流卡片。 正常运行的电流卡片 如图7-2所示为电泵正常运行情况下的电流卡片。在 这种情况下，电流记录仪所画出的是一条光滑对称的曲 线，其电流值等于或接近电机的额定电流值。这说明电 泵的选择和设计是合理的，设 计功率和实际功率基本相等 。电泵实际的运转也可能产 生一条类似的曲线，记录的 电流值略高或低于电机的额 定电流值，只要此曲线对称 ，波动范围在规定值内，并 且天天始终一致，则均属正 常。卡片出现的任何一种较 大的变化，都表明油井的生 产条件发生了变化。 电压波动的电流卡片 如图7-3所示为电压波动的电流卡片。在电泵的运行过 程中，电机的电流值与电压值成反比关系，因此电源电压 的波动，将会引起电机电流值的波动，来维持恒定的负荷 。由于电源电压波动所引起的电流值的波动，在运行电流 卡片上就出现了“钉子状”的突变。电源电压波动最普遍 的原因，一是由于功率较大的注水泵或 其它设备突然启动所造成的电压瞬 间波动，也可能是几种较小的电压 波动组合；二是由于其它的电干扰 ，例如雨天雷电就；对于这种情况 ，在大面积停电时，我们应该等其 它设备启动一段时间后，再启电泵 ，或在电泵井安装避雷器，减少电 压波动对电泵的影响。 泵发生气塞时的电流卡片 如图7-4所示为泵发生气塞（气体干扰）时的电流卡 片。电泵在运行过程中，由于液面逐渐下降至吸入口， 造成泵内进气因气塞而 抽空,最后由于发生气 塞而使机组欠载停机。 还有一种就是泵已有气 塞现象，并继续在较低 的电流下工作。说明欠 载值整定较低。 泵抽空时的电流卡片 如图7-5所示为泵抽空时的电流卡片。该电流卡片表 明了电泵由于抽空而欠载停机，然后又重新启动，随后 因同一原因再次停机。这种情况的发生：一是由于所选 的泵排量大于油井的实际 产能；二是周围注水井欠 注；三是有可能是活门下 移，并且活门不严所造成 。因此卡片分析要结合生 产情况进行综合分析，才 能找出电流变化的原因。 泵抽空后不合理启动的电流卡片 如图7-6所示为泵抽空后不合理启动的电流卡片。此 电流卡片表示了电泵在运行中因欠载而自动停机，经过 一段时间后又重新启动，但 是没有成功。这说明在泵抽 空后，井内液面尚未恢复到 一定高度，泵没有启动起来 ，必须延长再启动时间。这 种情况属于选泵不合理，泵 排量大于油井的产能，在检 泵时应更换排量小一些的泵 。 频繁的短周期运行的电流卡片 如图7-7所示为频繁的短周期运行的电流卡片。在这 张电流卡片上，电流和机组的启停呈周期性的波动。这 种电流曲线表明电泵的选择不够合理，也就是油井的产 能小于泵的额定排量。当泵启 动以后，油井液面很快下降， 电机负荷变轻，运行电流降到 欠载电流以下，选成机组欠载 停机，经过一段时间后再启动 ，重复以上过程。遇到这种情 况，应立即换小排量的泵，因 为这种情况对电机极为有害。 泵在含气井中运行的电流卡片 如图7-8所示为泵在含气井中运行的电流卡片。此电流 卡片说明，电泵的选择基本符合要求，但是井中有一定的 气体，电流波动是由于原油脱气进泵所引起的，这种情况 将会降低排量效率。解决 这个问题，可以配套使用 旋转式分离器、双分离器 或高效分离器消除气体影 响。 欠电流停泵的电流卡片 如图7-9所示为欠电流停泵的电流卡片。此电流卡片表 示当泵启动后，运行了一个很短的时间，然后因欠电流而 停机。这种情况一般是：第一，由于井液密度过低或产量 过少所造成的，不能使运行电流高于欠载电流值以上而导 致机组欠载停机，需要重新进行选泵更换合适的机组；第 二，由于电流互感器虚接或主 控有问题所引起，需要电泵井 管理人员进行处理；第三，由 于泵轴断或花键套脱所引起， 需要起井检查更换机组；第四 ，由于丢手下移活门关闭所引 起，需要捅活门。 欠载保护装置失灵，使电流一 直降到电机的空载运行电流时 仍不停机，并在此电流下运行 一段时间。由于泵空转，没有 液体流过电机表面而带走电机 所发出的热量，使温度不断升 高，从而破坏电机系统的绝缘 ，最终将导致电机烧毁。 欠载保护失灵的电流卡片 如图7-10所示为欠载保护失灵的电流卡片。此电流卡 片表示了当机组正常启动以后，运行一段时间，电流逐渐 下降，一直降到电机的空载运行电流为止。电机几乎在空 载条件下进行一段较长时间，突然过载停机。这说明由于 某种原因使运行电流下降，而 正常过载停机的电流卡片 如图7-11所示为正常过载停机的电流卡片。此卡片 表明，开始时机组电流运行正常，后来电流逐渐升高， 最后达到过载电流整定值，导致机组过载停机。这时应 检查过载原因，排除故障后， 再进行试启动。若没有问题 则投入正常运行，否则需进 一步查找故障原因。 泵在有杂质的井液中运行电流卡片 如图712所示为泵在含有杂质的井液中运行的电流 卡片。这种电流卡片表明了电泵启动以后，运行到某一时 间，突然发生波动，过一段 时间又自动恢复正常。引起 上述现象的原因是井液中含 有松散的泥砂或碎屑，也可 能是套变，泵内机械部分卡 。严重时会造成过载停机或 卡泵。 手动强制再启动的电流卡片 如图7-13所示为手动强制再启动的电流卡片。电流曲 线表明，当泵启动后，正常运行一段时间，后来出现电压 波动冲击，最终使机组过载停机，试图手动再启动若干次 失败。引起过载停机的原因有可能是发生电压波动（如雷 电等），也可能接头或保险被 烧坏，机组偏载运行所引起， 还可能是控制部分有问题或电 压过低。如果发生上述现象， 应仔细检查发生故障的原因， 并立即进行处理，不允许强制 启动，否则很容易烧设备。 负载波动的电流卡片 如图7-14所示为负载波动的电流卡片。此电流卡片的