基于時序數據分析的電泵井故障實時診斷系統及方法技術方案

本發明專利技術涉及電泵井故障診斷系統及方法，應用于油田井下電泵故障診斷與處理。系統包括井下潛油裝置、電纜、井下參數測量裝置、控制柜、井口套壓、油壓、溫度測量裝置、地面數據采集與分析系統、故障分析處理器、控制柜電流電壓與頻率數據采集系統。其步驟是：建立故障類型特征參數和對應的處理措施數據庫；實時獲取生產特征參數；計算實時流量；分別求出4個時間段內生產特征參數和流量的平均值；計算變化幅度

Real time fault diagnosis system and method of electric pump well based on time series data analysis

The invention relates to a fault diagnosis system and method of an electric pump well, which is applied to the fault diagnosis and treatment of an electric pump in an oil field. The system comprises a downhole submersible device, underground cables, parameter measuring device, control cabinet, wellhead pressure, oil pressure, temperature measurement device and ground data acquisition and analysis system, fault analysis processor, control cabinet current voltage and frequency of the data acquisition system. The method comprises the following steps: database processing measures to establish fault feature parameters and the corresponding real-time production; characteristic parameter; calculating real-time traffic; calculates the 4 time average production parameters and flow calculation of amplitude value;

【技術實現步驟摘要】
基于時序數據分析的電泵井故障實時診斷系統及方法
本專利技術涉及油田開采井下電泵
，特別是涉及基于時序數據分析的電泵井故障實時診斷系統及方法。
技術介紹
隨著電潛泵在油田的應用越來越多，由于電潛泵機組具有零部件多且相互關聯的結構特性，再加上其本身運動復雜、工作環境惡劣、油井和井液條件復雜多變等因素，使得電潛泵在其使用過程中綜合故障率較高，壽命較短。電潛泵機組一旦出現故障，不僅需要提機維修，花費大量的作業費和修理費，而且大多數故障會造成油層工作失調，給油田的開發帶來經濟和時間上的損失，嚴重影響油井的正常生產。因此，開展電泵井故障實時診斷方法研究具有非常重要的意義，可以及時準確地判斷電泵井的工作狀況，保證電泵井的運轉時間，降低維修費用，提高設備利用率。傳統的電泵井故障診斷方法以電流為主，雖然后來出現了憋壓法、振動信號分析、模糊數學分析、人工神經網絡分析等方法，但這些方法采用的參數單一，沒有充分利用電泵井的各種生產數據，同時也沒有考慮電泵井的生產歷史信息，造成故障診斷可靠性較低。
技術實現思路
為克服現有技術存在的缺陷，本專利技術將時序數據分析方法引入電泵井故障實時診斷過程中，提供一種基于時序數據分析的電泵井故障實時診斷系統和方法，有效減少故障誤判，提高電泵井故障診斷類型的準確度。為實現上述目的，本專利技術采用如下技術方案：基于時序數據分析的電泵井故障實時診斷系統，潛油泵連接在油管底端；潛油泵、氣體分離器、保護器、潛油電機自上而下順次連接構成井下潛油裝置；電纜綁縛在油管外，且下接潛油電機，上接控制柜；井下參數測量裝置安裝在井下潛油裝置上；井口套壓測量裝置、井口油壓測量裝置、井口溫度測量裝置均安裝在井口采油樹裝置上；地面數據采集與分析系統與故障分析處理器均安裝在地面；控制柜電流電壓與頻率數據采集系統安裝在控制柜上；井口套壓測量裝置、井口油壓測量裝置、井口溫度測量裝置、井下參數測量裝置、控制柜電流電壓與頻率數據采集系統分別通過井口套壓數據線、井口油壓數據線、井口溫度數據線、井下參數數據線、控制柜電流電壓與頻率數據線與地面數據采集與分析系統相連接；故障分析處理器與地面數據采集與分析系統之間連接電泵井特征參數數據線。優選地，所述的井口套壓測量裝置位于井口采油樹裝置的套管閘門處，與油管和套管之間的環形空間連通；所述的井口油壓測量裝置位于井口采油樹裝置的油嘴前與油管連接的位置處；所述的井口溫度測量裝置位于井口采油樹裝置的油嘴后與外輸管線連接的位置處。優選地，所述的井口套壓測量裝置測取井口套壓；所述的井口油壓測量裝置測取井口油壓；所述的井口溫度測量裝置測取井口溫度；所述的井下參數測量裝置測取的井下參數，包括電機溫度、泵入口壓力、泵出口壓力、泵入口溫度；控制柜電流電壓與頻率數據采集系統測取控制柜處輸出的電流、電壓以及電源頻率。優選地，所述的地面數據采集與分析系統實時采集地面參數：潛油電機的地面輸入電流、電壓和電源頻率、井口套壓、井口油壓、井口溫度以及井下參數：電機溫度、泵入口壓力、泵出口壓力和泵入口溫度，地面參數與井下參數共同構成電泵井生產特征參數，電泵井生產特征參數保存在地面數據采集與分析系統內置的存儲介質中；所述的地面數據采集與分析系統中預先存儲有油井生產基礎數據、潛油泵特性數據、潛油電機特性數據和電纜特性數據。優選地，所述的地面數據采集與分析系統利用實時采集的電泵井生產特征參數和預先存儲的油井生產基礎數據、潛油泵特性數據、潛油電機特性數據和電纜特性數據計算該電泵井的實時流量。優選地，所述的故障分析處理器通過電泵井特征參數數據線導入地面數據采集與分析系統中儲存的電泵井生產特征參數以及計算的流量；故障分析處理器對這些特征參數進行分析處理，對比預先儲存的故障類型特征參數數據庫，判斷是否存在故障；對存在故障類型進行分析，根據故障類型查找對應的解決措施數據庫，推薦解決故障的措施，并在故障分析處理器的顯示屏上實時顯示故障診斷情況及相應的處理措施。基于時序數據分析的電泵井故障實時診斷系統的診斷方法，其診斷步驟是：步驟1：輸入油田電泵井故障數據，確定并提取電泵井故障表現的特征參數，建立各種電泵井故障類型特征參數數據庫；輸入現場故障處理措施，建立對應的電泵井故障處理措施數據庫；步驟2：實時獲取電泵井生產特征參數；步驟3：利用步驟2中實時獲取電泵井生產特征參數以及預先存儲的油井生產基礎數據、潛油泵特性數據、潛油電機特性數據和電纜特性數據，使用功率平衡法，計算該電泵井的實時流量；步驟4：分別取當前時間點以前的1個小時、4個小時、12個小時和24個小時共4個時間段的歷史數據，分別求出這4個時間段內電泵井生產特征參數的各個平均值和流量平均值；步驟5：計算4個時間段內生產特征參數和流量的變化值，采用經驗閾值法，確定生產特征參數和流量的變化幅度；步驟6：采用等權重的方法，求出各特征參數和流量在4個時間段內的變化幅度的平均值，采用經驗閾值法，確定綜合評價值；步驟7：根據各生產特征參數和流量的綜合評價值，結合步驟1中建立電泵井故障類型特征參數數據庫，綜合其特征參數變化情況，確定電泵井故障類型；步驟8：根據電泵井故障診斷結果后，查詢電泵井故障處理措施數據庫，推薦相應的電泵井故障處理措施。本專利技術的技術優點在于：①本專利技術利用連續測量的特征參數數據實現電泵井故障實時診斷、實時管理。②本專利技術將時序數據分析方法引入電泵井故障診斷模型，充分利用電泵井生產歷史數據，可以有效減少故障誤判，提高電泵井故障診斷類型的準確度。③本專利技術采用經驗閾值的方法，可以根據現場情況進行調整，適合油田現場的應用。附圖說明當結合附圖考慮時，通過參照下面的詳細描述，能夠更完整更好地理解本專利技術以及容易得知其中許多伴隨的優點，但此處所說明的附圖用來提供對本專利技術的進一步理解，構成本專利技術的一部分，本專利技術的示意性實施例及其說明用于解釋本專利技術，并不構成對本專利技術的不當限定，其中：圖1是基于時序數據分析的電泵井故障實時診斷系統構成示意圖。圖2是基于時序數據分析的電泵井故障實時診斷方法程序框圖。圖中，101-潛油泵；102-氣體分離器；103-保護器；104-潛油電機；201-套管；202-油管；301-電纜；401-控制柜；402-地面數據采集與分析系統；403-故障分析處理器；501-井口套壓數據線；502-井口油壓數據線；503-井口溫度數據線；504-控制柜電流電壓與頻率數據線；505-井下參數數據線；506-電泵井特征參數數據線；701-井口采油樹裝置；1-井口套壓測量裝置；2-井口油壓測量裝置；3-井口溫度測量裝置；4-井下參數測量裝置；5-控制柜電流電壓與頻率數據采集系統。具體實施方式如圖1所示，基于時序數據分析的電泵井故障實時診斷系統，潛油泵101連接在油管202底端；潛油泵101、氣體分離器102、保護器103、潛油電機104自上而下順次連接構成井下潛油裝置；電纜301綁縛在油管外，下接潛油電機104，上接控制柜401；井下參數測量裝置4安裝在井下潛油裝置上；井口套壓測量裝置1、井口油壓測量裝置2、井口溫度測量裝置3均安裝在井口采油樹裝置701上；地面數據采集與分析系統402與故障分析處理器403均安裝在地面；控制柜電流電壓與頻率數據采集系統5安裝在控制柜401上；井口套壓測量裝置1、井口本文檔來自技高網...

【技術保護點】
基于時序數據分析的電泵井故障實時診斷系統，潛油泵（101）連接在油管（202）底端；潛油泵（101）、氣體分離器（102）、保護器（103）、潛油電機（104）自上而下順次連接構成井下潛油裝置；電纜（301）綁縛在油管外，且下接潛油電機（104），上接控制柜（401）；井下參數測量裝置（4）安裝在井下潛油裝置上；井口套壓測量裝置（1）、井口油壓測量裝置（2）、井口溫度測量裝置（3）均安裝在井口采油樹裝置（701）上；其特征在于，地面數據采集與分析系統（402）與故障分析處理器（403）均安裝在地面；控制柜電流電壓與頻率數據采集系統（5）安裝在控制柜（401）上；井口套壓測量裝置（1）、井口油壓測量裝置（2）、井口溫度測量裝置（3）、井下參數測量裝置（4）、控制柜電流電壓與頻率數據采集系統（5）分別通過井口套壓數據線（501）、井口油壓數據線（502）、井口溫度數據線（503）、井下參數數據線（505）、控制柜電流電壓與頻率數據線（504）與地面數據采集與分析系統（402）相連接；故障分析處理器（403）與地面數據采集與分析系統（402）之間連接電泵井特征參數數據線（506）。

【技術特征摘要】
1.基于時序數據分析的電泵井故障實時診斷系統，潛油泵（101）連接在油管（202）底端；潛油泵（101）、氣體分離器（102）、保護器（103）、潛油電機（104）自上而下順次連接構成井下潛油裝置；電纜（301）綁縛在油管外，且下接潛油電機（104），上接控制柜（401）；井下參數測量裝置（4）安裝在井下潛油裝置上；井口套壓測量裝置（1）、井口油壓測量裝置（2）、井口溫度測量裝置（3）均安裝在井口采油樹裝置（701）上；其特征在于，地面數據采集與分析系統（402）與故障分析處理器（403）均安裝在地面；控制柜電流電壓與頻率數據采集系統（5）安裝在控制柜（401）上；井口套壓測量裝置（1）、井口油壓測量裝置（2）、井口溫度測量裝置（3）、井下參數測量裝置（4）、控制柜電流電壓與頻率數據采集系統（5）分別通過井口套壓數據線（501）、井口油壓數據線（502）、井口溫度數據線（503）、井下參數數據線（505）、控制柜電流電壓與頻率數據線（504）與地面數據采集與分析系統（402）相連接；故障分析處理器（403）與地面數據采集與分析系統（402）之間連接電泵井特征參數數據線（506）。2.根據權利要求1所述的基于時序數據分析的電泵井故障實時診斷系統，其特征在于，所述的井口套壓測量裝置（1）位于井口采油樹裝置（701）的套管閘門處，與油管（202）和套管（201）之間的環形空間連通；所述的井口油壓測量裝置（2）位于井口采油樹裝置（701）的油嘴前與油管連接的位置處；所述的井口溫度測量裝置（3）位于井口采油樹裝置（701）的油嘴后與外輸管線連接的位置處。3.根據權利要求1所述的基于時序數據分析的電泵井故障實時診斷系統，其特征在于，所述的井口套壓測量裝置（1）測取井口套壓；所述的井口油壓測量裝置（2）測取井口油壓；所述的井口溫度測量裝置（3）測取井口溫度；所述的井下參數測量裝置（4）測取井下參數，包括電機溫度、泵入口壓力、泵出口壓力、泵入口溫度；控制柜電流電壓與頻率數據采集系統（5）測取控制柜（401）處輸出的電流、電壓以及電源頻率。4.根據權利要求1所述的基于時序數據分析的電泵井故障實時診斷系統，其特征在于，所述的地面數據采集與分析系統（402）實時采集的地面參數包括潛油電機（104）的地面輸入電流、電壓和電源頻率、井口套壓、井口油壓、井口溫度，實時采集的井下參數包括電機溫度、泵入口壓力、泵出口壓力和泵入口溫度，地面參數與井下參數共同構成電泵井生產特征參數，電泵井生產特征參數保存在地面數據采集與分析系統（402）內置的存儲介質中；所述的地面數據采集與分析系統（402）中預先存儲有油井生產基礎數據、潛油泵特性數據、潛油電機特性數據和電纜特性數據。5.根據權利要求1所述的基于時序數據分析的電泵井故障實時診斷系統，其特征在于，所述的地面數據采集與分析系統（402）利用實時采集的電泵井生產特征參數和預先存儲的油井生產基礎數據、潛油泵特性數據、潛油電機特性數據和電纜特性數據計算該電泵井的實時流量。6.根據權利要求1所述的基于時序數據分析的電泵井故障實時診斷系統，其特征在于，所述的故障分析處理器（403）通過電泵井特征參數數據線（506）導入地面數據采集與分析系統（402）中儲存的電泵井生產特征參數以及計算的流量；故障分析處理器（403）對這些特征參數進行分析處理，對...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李勇，龔俊，陳亮，張泉城，岳晟，劉均榮，羅明良，李恩清，梁立民，葉俊紅，李博宇，
申請(專利權)人：中國石油化工股份有限公司，中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司海洋采油廠，
類型：發明
國別省市：北京,11