油田采油機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷技術(shù)分析

張軍峰，張躍文，曹永

（長慶油田分公司第七采油廠，陜西 西安 710200）

隨著油田開采量的增加，采油機(jī)械設(shè)備的需求量也不斷加大，采油機(jī)械設(shè)備不僅要擁有先進(jìn)的技術(shù)，還要使機(jī)器在運(yùn)作過程中經(jīng)受各種惡劣環(huán)境的考驗(yàn)，比如高溫、高壓、易燃易爆等。一旦發(fā)現(xiàn)機(jī)械有故障問題要馬上進(jìn)行處理，才能使采油機(jī)械設(shè)備的外在問題與隱藏問題得到預(yù)防與整治，節(jié)約大量在維修上的成本。

1 油田采油機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)

1.1 監(jiān)測(cè)噪聲技術(shù)在采油機(jī)械設(shè)備中的應(yīng)用

在采油機(jī)械設(shè)備中應(yīng)用噪聲監(jiān)測(cè)技術(shù)，主要是通過采油機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)出的聲音來監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的一種方法，噪聲監(jiān)測(cè)技術(shù)將設(shè)備工作時(shí)所產(chǎn)生的聲音匯總，然后進(jìn)行個(gè)別分析，通過分析得到的數(shù)據(jù)情況來監(jiān)測(cè)機(jī)械設(shè)備工作情況是否穩(wěn)定、正常，噪聲監(jiān)測(cè)技術(shù)通常被應(yīng)用在了通井機(jī)以及注水泵站高壓電機(jī)等設(shè)備中，及時(shí)監(jiān)測(cè)此類設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，但是因?yàn)橛吞锓植嘉恢貌痪?，所在地周圍環(huán)境也不盡相同，噪聲監(jiān)測(cè)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中就要根據(jù)油田位置、周邊環(huán)境作出相應(yīng)調(diào)整，確保技術(shù)準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)，例如，監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)室中的采油機(jī)械設(shè)備，則使用精度極高的噪聲監(jiān)測(cè)設(shè)備，保證機(jī)械設(shè)備得到精準(zhǔn)的監(jiān)測(cè)，分析得出的數(shù)據(jù)結(jié)果誤差小、準(zhǔn)度高。而在較為安靜，噪音較小，對(duì)監(jiān)測(cè)設(shè)備影響基本沒有的環(huán)境下，使用普通的聲級(jí)器監(jiān)測(cè)?，F(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣、紊亂、極其不穩(wěn)定的時(shí)候，監(jiān)測(cè)設(shè)備采用升級(jí)版的積分聲級(jí)器，用來對(duì)抗糟糕環(huán)境，準(zhǔn)確對(duì)各項(xiàng)噪音數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，確保監(jiān)測(cè)的質(zhì)量，掌握機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。因?yàn)橛吞锿ǔ７植荚诨臒o人煙的環(huán)境中，分布范圍大、環(huán)境惡劣、聲音環(huán)境不穩(wěn)定、因此對(duì)聲級(jí)器等監(jiān)測(cè)設(shè)備的要求有所提高，升級(jí)器等監(jiān)測(cè)設(shè)備要有多條處理數(shù)據(jù)信息的通道網(wǎng)絡(luò)，并且多條通道網(wǎng)絡(luò)處理裝置的配比安排要完美合理。

1.2 監(jiān)測(cè)振動(dòng)技術(shù)在采油機(jī)械設(shè)備中的應(yīng)用

振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)是一種順應(yīng)時(shí)代發(fā)展所誕生的產(chǎn)物，是一種現(xiàn)代化技術(shù)，它的工作步驟是利用專業(yè)的監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)采油機(jī)器的振動(dòng)頻率或者振動(dòng)幅度的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集分析，最終得出采油機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)情況是否正常。振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)是多數(shù)監(jiān)測(cè)技術(shù)中，得到設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況最多的一個(gè)監(jiān)測(cè)技術(shù)，比如監(jiān)測(cè)采油機(jī)器中的鉆采機(jī)器，可以主要監(jiān)測(cè)其鉆頭、鉆身、軸承的連接處，得到真實(shí)準(zhǔn)確的設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況。能直觀顯示設(shè)備信息的一個(gè)振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)因素就是振幅，在物理學(xué)上用三種物理量來定義振幅，分別為速度、位移以及加速度，這三個(gè)物理量轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)際情況就是機(jī)器振動(dòng)產(chǎn)生變化的速率、機(jī)器振動(dòng)產(chǎn)生變化的物理距離以及機(jī)器振動(dòng)產(chǎn)生變化的快慢，而在機(jī)器不同振動(dòng)頻率的情況下，監(jiān)測(cè)這三種物理因素的側(cè)重點(diǎn)也要有所改變，比如當(dāng)機(jī)器處于小于等于600r/min的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率時(shí)，工作人員可以判定此時(shí)的狀態(tài)為剛性破壞，要著重監(jiān)測(cè)位移情況的變化，如果機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率大于600r/min小于120000r/min，工作人員可以判定此時(shí)為疲勞破壞程度，就要著重監(jiān)測(cè)速度狀態(tài)，如果機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率已經(jīng)大于120000r/min，判定為慣性力破壞，監(jiān)測(cè)方向要側(cè)重于加速度的情況。

1.3 聲發(fā)射監(jiān)測(cè)技術(shù)在采油機(jī)械設(shè)備中的應(yīng)用

在現(xiàn)如今我國應(yīng)用的監(jiān)測(cè)技術(shù)中，聲發(fā)射技術(shù)應(yīng)用廣泛，聲發(fā)射技術(shù)由于其技術(shù)特點(diǎn)，對(duì)于監(jiān)測(cè)機(jī)器內(nèi)部各處的壓力情況有著天然優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)如今相關(guān)研究部門和各大石油企業(yè)對(duì)購進(jìn)大型聲發(fā)射儀器并進(jìn)行壓力試驗(yàn)的準(zhǔn)備工作尤其重視，我國在聲發(fā)射技術(shù)上也取得了重大進(jìn)步，因?yàn)槠髽I(yè)和相關(guān)部門對(duì)于聲發(fā)射技術(shù)的大力開發(fā)，聲發(fā)射技術(shù)的監(jiān)測(cè)成本隨之下降。而且在應(yīng)用聲發(fā)射技術(shù)對(duì)機(jī)器進(jìn)行壓力監(jiān)測(cè)時(shí)所用的時(shí)間極短，對(duì)于機(jī)器運(yùn)作的成本影響較小或基本沒有，減少機(jī)器因監(jiān)測(cè)產(chǎn)生的成本損耗，聲發(fā)射技術(shù)被廣泛應(yīng)用到石油系統(tǒng)中監(jiān)測(cè)管道、容器的壓力情況等方面，聲發(fā)射技術(shù)的合理運(yùn)用，對(duì)石油系統(tǒng)中壓力容器以及管道的爆炸事故進(jìn)行有效預(yù)防和控制，保障壓力容器與管道的正常穩(wěn)定運(yùn)行，所以在采油機(jī)器的實(shí)際工作中運(yùn)用聲發(fā)射技術(shù)，明顯減少壓力容器與管道發(fā)生事故的幾率，保障石油產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

1.4 利用超聲波監(jiān)測(cè)技術(shù)在采油機(jī)械設(shè)備中的應(yīng)用

超聲波技術(shù)在工業(yè)發(fā)展過程中被應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，其能彌補(bǔ)普通或者宏觀的技術(shù)所涉及不到的領(lǐng)域的監(jiān)測(cè)或治療，在石油企業(yè)中，超聲波技術(shù)被應(yīng)用于測(cè)量油田內(nèi)所有設(shè)備的長、寬、高和厚度等以及石油流量的檢測(cè)。比如利用超聲波技術(shù)測(cè)量油田內(nèi)一個(gè)油罐液面的高度以及油田內(nèi)井架的厚度或者油罐壁的厚度等。而且超聲波技術(shù)具有快測(cè)速、占地體積小、高準(zhǔn)度、輕便小巧的特征，利用超聲波技術(shù)測(cè)量罐壁和井架等設(shè)備的厚度不會(huì)因?yàn)楣迌?nèi)積水或者油液結(jié)垢的改變而改變，而且利用超聲波測(cè)量液位的技術(shù)相較于別的測(cè)量液位技術(shù)有更多優(yōu)勢(shì)，它不受機(jī)器客觀因素的影響，能實(shí)現(xiàn)定位以及連續(xù)測(cè)量的要求，還可以進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控測(cè)量或者通過遠(yuǎn)程遙控提供所需的信息，在一些溫度高、壓力大、有爆炸隱患的環(huán)境下，超聲波技術(shù)的優(yōu)勢(shì)就凸現(xiàn)出來，在這種特殊環(huán)境下，超聲波技術(shù)能夠游刃有余地開展工作，而且物理介質(zhì)對(duì)超聲波技術(shù)的影響甚微，適應(yīng)性較強(qiáng)。

1.5 監(jiān)測(cè)溫度技術(shù)在采油機(jī)械設(shè)備中的應(yīng)用

溫度監(jiān)測(cè)技術(shù)也是在采油機(jī)械設(shè)備中應(yīng)用廣泛的一種技術(shù)，溫度監(jiān)測(cè)技術(shù)的原理是指利用專業(yè)儀器設(shè)備去接觸采油設(shè)備，觸碰得到的溫度通過導(dǎo)線傳回計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)將這一溫度信息運(yùn)算為具體的數(shù)據(jù)信息，通過這些數(shù)據(jù)信息來分析機(jī)械設(shè)備的工作情況，這種方法雖然直觀卻也弊端明顯，具體體現(xiàn)在如果監(jiān)測(cè)大型的機(jī)械設(shè)備時(shí)，勢(shì)必計(jì)算機(jī)的位置與設(shè)備的位置距離過遠(yuǎn)，溫度信號(hào)在傳遞過程中會(huì)因?yàn)榫嚯x過遠(yuǎn)而產(chǎn)生逐級(jí)遞減的效果，傳遞到計(jì)算機(jī)的溫度信號(hào)會(huì)與儀器最開始檢測(cè)的信息差距較大，檢測(cè)結(jié)果誤差明顯。溫度檢測(cè)技術(shù)還有一個(gè)明顯缺點(diǎn)就是無法在封閉的環(huán)境下進(jìn)行監(jiān)測(cè)。拿石油鉆采機(jī)舉例，石油鉆采機(jī)是一種占地面積巨大，需要特殊施工環(huán)境的機(jī)械，傳統(tǒng)的溫度監(jiān)測(cè)技術(shù)并不適合類似于石油鉆采機(jī)的龐大設(shè)備，對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)應(yīng)該摒棄傳統(tǒng)的有線監(jiān)測(cè)儀器，改用無線監(jiān)測(cè)儀，由于無線監(jiān)測(cè)儀并不利用導(dǎo)線來傳遞信息，所以能夠在根本上解決因距離過遠(yuǎn)，信息誤差傳遞的情況，但是在精準(zhǔn)度上與傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)技術(shù)在監(jiān)測(cè)同等距離下的溫度情況相比還是有一定差距，所以在測(cè)量時(shí)工作人員要進(jìn)行反復(fù)測(cè)量，取平均值以減小誤差。

2 采油機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)的發(fā)展情況

社會(huì)計(jì)算機(jī)信息技術(shù)不斷創(chuàng)新發(fā)展，各種采油的機(jī)械設(shè)備也更加精確與復(fù)雜，工作人員監(jiān)測(cè)油田的困難程度直線上升，為了全面準(zhǔn)確檢測(cè)采油機(jī)械設(shè)備，我國應(yīng)該開發(fā)挖掘各種采油機(jī)械故障診斷技術(shù)，實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確診斷機(jī)器在運(yùn)行過程中發(fā)生的各種故障。智能系統(tǒng)以及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式都是故障診斷技術(shù)的基礎(chǔ)核心，將智能系統(tǒng)應(yīng)用到采油的機(jī)器中，達(dá)到高效機(jī)械運(yùn)行的目的，智能系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)就是利用計(jì)算機(jī)程序技術(shù)與傳感器的相互配合，來達(dá)到檢測(cè)機(jī)器設(shè)備的目的，并對(duì)檢測(cè)結(jié)果做出分析，通過大量經(jīng)驗(yàn)確定設(shè)備是否出現(xiàn)故障。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式由眾多非線性的信息處理系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)共同組成，通過模擬人體內(nèi)神經(jīng)元組合、工作的模式，對(duì)傳遞來的信息做整合處理，屬于一種仿生技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了將機(jī)械設(shè)備宏觀的故障問題轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒂^的數(shù)據(jù)，智能化了檢測(cè)過程。

3 采油機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)

3.1 油液分析技術(shù)在采油機(jī)械設(shè)備中的應(yīng)用

油液分析技術(shù)又稱油液分離技術(shù)，它并不是具體的某一種技術(shù)，而是一系列技術(shù)的綜合，此類技術(shù)能對(duì)采油機(jī)械進(jìn)行檢測(cè)的同時(shí)對(duì)機(jī)器的保養(yǎng)修護(hù)也大有作用，以石油采鉆機(jī)為例，油液分離技術(shù)對(duì)采鉆機(jī)的變速設(shè)備、鉆頭、軸承以及齒輪等部分的檢測(cè)效果明顯?，F(xiàn)有油液分離技術(shù)的核心熱點(diǎn)分別為在線油液分析技術(shù)、油液監(jiān)測(cè)智能診斷系統(tǒng)以及磨粒自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。在線油液分離技術(shù)是一種多功能檢測(cè)技術(shù)，機(jī)械在不同狀態(tài)下它呈現(xiàn)的功能也不同，在機(jī)械正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)就進(jìn)行日常的數(shù)據(jù)信息統(tǒng)計(jì)，當(dāng)機(jī)械發(fā)生故障時(shí)會(huì)自動(dòng)調(diào)出以前統(tǒng)計(jì)過的數(shù)據(jù)信進(jìn)行分析計(jì)算，分析機(jī)器故障的原因。而磨粒自動(dòng)識(shí)別技術(shù)是在油液分析技術(shù)之上進(jìn)行了創(chuàng)新和完善之后得到的技術(shù)產(chǎn)物，其工作原理是根據(jù)磨粒本身具備的獨(dú)特特征來分類統(tǒng)計(jì)，對(duì)磨粒的特征進(jìn)行計(jì)算分析，將運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行匯總分析，構(gòu)建完整復(fù)雜的數(shù)據(jù)庫，最后通過比對(duì)數(shù)據(jù)庫中傳統(tǒng)與新型的數(shù)據(jù)對(duì)發(fā)生的故障做診斷，智能診斷系統(tǒng)是傳統(tǒng)診斷系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)信息技術(shù)融合的新型診斷系統(tǒng)，傳統(tǒng)診斷系統(tǒng)無法處理油液分析技術(shù)的龐大數(shù)據(jù)信息，但是融合了計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的智能診斷技術(shù)就能迅速、準(zhǔn)確分析數(shù)據(jù)，從而做到快速判別故障并解決。

3.2 磁粉技術(shù)在采油機(jī)械設(shè)備中的應(yīng)用

在采油機(jī)械的材料構(gòu)成中，鋼材是被應(yīng)用最廣泛的一種金屬材料，所以要專門研究出一種檢測(cè)鋼材狀態(tài)的技術(shù)，規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生。磁粉檢測(cè)技術(shù)可以檢測(cè)出鋼材表面肉眼無法看見的損傷，避免由于材料缺陷導(dǎo)致的設(shè)備故障，磁粉檢測(cè)技術(shù)的原理主要是通過磁場(chǎng)以及磁粉的體積優(yōu)勢(shì)，利用磁粉的磁性使其平鋪在鋼材表面，鋼材表面若存在細(xì)小的瑕疵，磁粉就不能平穩(wěn)的覆蓋在鋼材表面，從而分析計(jì)算出鋼材表面的損傷情況，這種檢測(cè)技術(shù)不僅對(duì)鋼材表面狀況準(zhǔn)確檢測(cè)，還不會(huì)破壞鋼材表面結(jié)構(gòu)。

3.3 渦流技術(shù)在采油機(jī)械設(shè)備中的應(yīng)用

采油機(jī)械設(shè)備的組成包含各種各樣的零件設(shè)備，零件設(shè)備狀態(tài)正常對(duì)采油機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)至關(guān)重要，渦流檢測(cè)技術(shù)就是針對(duì)機(jī)械表面的部件發(fā)明出的故障診斷技術(shù)，其利用電磁感應(yīng)對(duì)部件進(jìn)行檢測(cè)，它通過對(duì)采油機(jī)械設(shè)備的導(dǎo)電部件產(chǎn)生的渦電流，分析渦電流的變化情況來診斷出采油機(jī)械發(fā)生的故障。這種診斷技術(shù)非常新穎，由于利用了一定的電磁原理，所以其適用的范圍有局限性，只適用于金屬材料的診斷檢測(cè)。相較于傳統(tǒng)的金屬故障診斷技術(shù)，渦流技術(shù)診斷范圍廣，隱蔽的金屬結(jié)構(gòu)損傷通過所產(chǎn)生渦流狀態(tài)的不同都輕而易舉檢測(cè)出來。

3.4 滲透技術(shù)在采油機(jī)械設(shè)備中的應(yīng)用

與渦流技術(shù)相反，滲透診斷技術(shù)則專門為非金屬材料表面或內(nèi)部結(jié)構(gòu)的細(xì)小瑕疵產(chǎn)生，滲透技術(shù)顧名思義，對(duì)采油機(jī)械的非金屬結(jié)構(gòu)部分利用滲透能力極強(qiáng)的液體進(jìn)行滲透操作，其具體的操作步驟為：在非金屬表面涂滿滲透能力強(qiáng)的液體，使液體由于慣性流入機(jī)械設(shè)備表面的縫隙中，流入之后將非金屬表面的剩余的液體清除，根據(jù)生物毛細(xì)管的原理，徹底吸出殘留在縫隙中剩余的液體，通過檢測(cè)儀器分析滲透數(shù)據(jù)找出機(jī)械設(shè)備非金屬部分的故障所在。滲透診斷技術(shù)從根本上解決了非金屬結(jié)構(gòu)損傷的問題。

3.5 超聲診斷技術(shù)在采油機(jī)械設(shè)備中的應(yīng)用

由于采油機(jī)械設(shè)備的結(jié)構(gòu)具有復(fù)雜的力學(xué)原理，對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的受力情況檢測(cè)就要更加細(xì)致、準(zhǔn)確。傳統(tǒng)的檢測(cè)方法根本不具備深層檢測(cè)受力結(jié)構(gòu)的能力，還會(huì)因?yàn)闄z測(cè)方法應(yīng)用不正確造成機(jī)器損壞，得不償失。而超聲診斷技術(shù)的原理是利用超聲波打入機(jī)器設(shè)備的內(nèi)部，通過觀察超聲波進(jìn)入內(nèi)部后所反射回來的頻率來對(duì)機(jī)械設(shè)備內(nèi)部受力情況做診斷，利用超聲波技術(shù)能夠迅速對(duì)機(jī)器內(nèi)部的受力結(jié)構(gòu)進(jìn)行診斷，并且能避免外力檢測(cè)對(duì)機(jī)器造成的損傷。

3.6 射線診斷技術(shù)在采油機(jī)械設(shè)備中的應(yīng)用

射線診斷技術(shù)在診斷部位上相當(dāng)于超聲診斷技術(shù)與渦流診斷技術(shù)的綜合體，它既可以應(yīng)用于金屬部件也可以應(yīng)用于非金屬部件，其在金屬部件的診斷檢測(cè)中應(yīng)用更為廣泛，金屬部件在生產(chǎn)的過程中，由于工人失誤操作或者金屬材料選擇不正確，使金屬部件鍛造不均勻或者表面產(chǎn)生小氣泡，這種質(zhì)量較差的金屬部件在高溫高壓的環(huán)境下受到的力不均勻會(huì)使金屬部件結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，容易造成機(jī)器事故的發(fā)生，因?yàn)槭芰?dǎo)致的機(jī)器故障基本都發(fā)生在機(jī)器設(shè)備的內(nèi)部，傳統(tǒng)的診斷方法無法到達(dá)，所以開發(fā)出了射線檢測(cè)這一新興技術(shù)，其因?yàn)榫哂谐瑥?qiáng)穿透能力能夠深入到機(jī)器內(nèi)部檢測(cè)其狀態(tài)的明顯優(yōu)勢(shì)而嶄露頭角。

4 結(jié)語

綜合全文來看，文章闡述了對(duì)采油機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)以及故障診斷技術(shù)，為了降低采油機(jī)械設(shè)備在工作時(shí)發(fā)生故障的幾率，我們必須要提高診斷采油機(jī)械設(shè)備故障的檢測(cè)技術(shù)，這樣才能實(shí)時(shí)處理機(jī)器產(chǎn)生的問題，將風(fēng)險(xiǎn)事故扼殺在搖籃里，提高采油機(jī)械設(shè)備運(yùn)作的效率，促進(jìn)我國石油事業(yè)的發(fā)展。