CN105804984A - 电动潜油柱塞泵的故障诊断方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动潜油柱塞泵的故障诊断方法及***，属于油田机械采油技术领域，所述方法包括：在柱塞泵开启时，电压互感器采集变频控制柜输入端的电压，并将电压传输至采集卡；电流互感器采集变频控制柜输出端的电流，并将电流传输至采集卡；采集卡将电压和电流进行信号转换，得到数字量信号，并发送至采集装置；采集装置根据采集卡传送的数字量信号，采用小波去噪方法绘制功率-时间功图；根据功率-时间功图进行故障类型诊断。本发明解决了电动潜油柱塞泵的故障诊断的过程较为复杂，且实时性较差的问题，实现了简化电动潜油柱塞泵的故障诊断的过程，且提高实时性的效果，用于诊断电动潜油柱塞泵的故障。

Description

电动潜油柱塞泵的故障诊断方法及***

技术领域

本发明涉及油田机械采油技术领域，特别涉及一种电动潜油柱塞泵的故障诊断方法及***。

背景技术

在石油开发过程中，电动潜油柱塞泵的举升工艺技术是一套适合低产出、低渗透油田的无杆举升工艺的配套技术，使用电动潜油柱塞泵进行采油作业是低产出、低渗透油田长期稳产的重要手段之一，因此，在电动潜油柱塞泵工作过程中，需要对电动潜油柱塞泵出现的故障及时进行诊断。

现有技术中，电动潜油柱塞泵包括：设置于井外的变频控制柜和设置于井内的柱塞泵，由于柱塞泵是连接在采油管柱的最下端，因此当柱塞泵出现故障时，通常是将采油管柱和柱塞泵从井下取出，然后对柱塞泵的故障进行诊断，根据柱塞泵出现的故障类型，对柱塞泵进行维修，维修完毕后再将柱塞泵和采油管柱重新下入井内，使柱塞泵恢复正常的工作状态。

但是，由于对故障诊断时需要将柱塞泵和采油管柱从井下取出再下入井内，无法对柱塞泵的故障进行实时性诊断，因此，电动潜油柱塞泵的故障诊断的过程较为复杂，且实时性较差。

发明内容

为了解决电动潜油柱塞泵的故障诊断的过程较为复杂，且实时性较差的问题，本发明提供了一种电动潜油柱塞泵的故障诊断方法及***。所述技术方案如下：

一方面，提供了一种电动潜油柱塞泵的故障诊断方法，所述电动潜油柱塞泵包括：设置于井外的变频控制柜和设置于井内的柱塞泵，所述方法包括：

在所述柱塞泵开启时，电压互感器采集所述变频控制柜的输入端的电压，并将所述电压传输至所述采集卡；

电流互感器采集所述变频控制柜的输出端的电流，并将所述电流传输至所述采集卡；

所述采集卡将所述电压和所述电流进行信号转换，得到数字量信号，并发送至采集装置；

所述采集装置根据所述采集卡传送的数字量信号，采用小波去噪方法绘制功率-时间功图；

根据所述功率-时间功图进行故障类型诊断；

其中，所述电压互感器和所述电流互感器是在所述柱塞泵关闭且所述变频控制柜中的电容放电完毕后，与所述变频控制柜连接的。

可选的，在所述电压互感器采集所述变频控制柜的输入端的电压之前，所述方法还包括：

关闭所述柱塞泵，使所述变频控制柜中的电容放电；

在所述变频控制柜中的电容放电完毕后，将所述电压互感器和所述电流互感器分别与电源电连接；

将所述电压互感器的电压测试线与所述变频控制柜的输入端连接；

将所述电流互感器的电流测试线与所述变频控制柜的输出端连接；

将所述电压互感器和所述电流互感器分别通过导线与所述采集卡连接，所述采集卡连接有所述采集装置；

启动所述柱塞泵。

可选的，所述数字量信号包括所述电压对应的数字量信号，和所述电流对应的数字量信号，

所述采集装置根据所述采集卡传送的数字量信号，采用小波去噪方法绘制功率-时间功图，包括：

所述采集装置根据所述电压对应的数字量信号、所述电流对应的数字量信号和功率公式，采用所述小波去噪方法绘制功率-时间功图，所述功率公式为：

P＝UI；

其中，所述P为功率，所述U为所述电压对应的数字量信号，所述I为所述电流对应的数字量信号。

另一方面，提供了一种电动潜油柱塞泵的故障诊断***，所述电动潜油柱塞泵包括：设置于井外的变频控制柜和设置于井内的柱塞泵，所述电动潜油柱塞泵的故障诊断***包括：

电压互感器、电流互感器、采集卡和采集装置；

所述电压互感器用于在所述柱塞泵开启时，采集所述变频控制柜的输入端的电压，并将所述电压传输至所述采集卡；

电流互感器用于采集所述变频控制柜的输出端的电流，并将所述电流传输至所述采集卡；

所述采集卡用于将所述电压和所述电流进行信号转换，得到数字量信号，并发送至采集装置；

所述采集装置用于根据所述采集卡传送的数字量信号，采用小波去噪方法绘制功率-时间功图；

其中，所述电压互感器和所述电流互感器是在所述柱塞泵关闭且所述变频控制柜中的电容放电完毕后，与所述变频控制柜连接的。

可选的，所述数字量信号包括所述电压对应的数字量信号，和所述电流对应的数字量信号，

所述采集装置具体用于：根据所述电压对应的数字量信号、所述电流对应的数字量信号和功率公式，采用所述小波去噪方法绘制功率-时间功图，所述功率公式为：

P＝UI；

其中，所述P为功率，所述U为所述电压对应的数字量信号，所述I为所述电流对应的数字量信号。

本发明提供了一种电动潜油柱塞泵的故障诊断方法及***，在柱塞泵开启时，通过电压互感器采集变频控制柜的输入端的电压，通过电流互感器采集变频控制柜的输出端的电流，将采集的电压和电流通过采集卡发送至采集装置，从而使采集装置对柱塞泵绘制功率-时间功图，根据功率-时间功图进行故障类型诊断，相较于现有的电动潜油柱塞泵的故障诊断过程，无需将柱塞泵和采油管柱从井下取出再下入井内，可以对柱塞泵的故障进行实时性诊断，因此，简化了电动潜油柱塞泵的故障诊断的过程，且提高了实时性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种电动潜油柱塞泵的故障诊断方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的另一种电动潜油柱塞泵的故障诊断方法的流程图；

图3是本发明实施例提供的一种电动潜油柱塞泵的故障诊断***的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施例提供一种电动潜油柱塞泵的故障诊断方法，该电动潜油柱塞泵包括：设置于井外的变频控制柜和设置于井内的柱塞泵，如图1所示，该方法包括：

步骤101、在柱塞泵开启时，电压互感器采集变频控制柜的输入端的电压，并将电压传输至采集卡。

步骤102、电流互感器采集变频控制柜的输出端的电流，并将电流传输至采集卡。

步骤103、采集卡将电压和电流进行信号转换，得到数字量信号，并发送至采集装置。

步骤104、采集装置根据采集卡传送的数字量信号，采用小波去噪方法绘制功率-时间功图。

步骤105、根据功率-时间功图进行故障类型诊断。

其中，电压互感器和电流互感器是在柱塞泵关闭且变频控制柜中的电容放电完毕后，与变频控制柜连接的。

综上所述，本发明实施例提供的电动潜油柱塞泵的故障诊断方法，在柱塞泵开启时，通过电压互感器采集变频控制柜的输入端的电压，通过电流互感器采集变频控制柜的输出端的电流，将采集的电压和电流通过采集卡发送至采集装置，从而使采集装置对柱塞泵绘制功率-时间功图，根据功率-时间功图进行故障类型诊断，相较于现有的电动潜油柱塞泵的故障诊断过程，无需将柱塞泵和采油管柱从井下取出再下入井内，可以对柱塞泵的故障进行实时性诊断，因此，简化了电动潜油柱塞泵的故障诊断的过程，且提高了实时性。

进一步的，在步骤101之前，该方法还可以包括：关闭所述柱塞泵，使变频控制柜中的电容放电；在变频控制柜中的电容放电完毕后，将电压互感器和电流互感器分别与电源电连接；将电压互感器的电压测试线与变频控制柜的输入端连接；将电流互感器的电流测试线与变频控制柜的输出端连接；将电压互感器和电流互感器分别通过导线与采集卡连接，采集卡连接有采集装置；启动柱塞泵。

步骤103中的数字量信号，包括电压对应的数字量信号，和电流对应的数字量信号，步骤104具体包括：采集装置根据电压对应的数字量信号、电流对应的数字量信号和功率公式，采用小波去噪方法绘制功率-时间功图，该功率公式为：

P＝UI；

其中，P为功率，U为电压对应的数字量信号，I为电流对应的数字量信号。

综上所述，本发明实施例提供的电动潜油柱塞泵的故障诊断方法，在柱塞泵开启时，通过电压互感器采集变频控制柜的输入端的电压，通过电流互感器采集变频控制柜的输出端的电流，将采集的电压和电流通过采集卡发送至采集装置，从而使采集装置对柱塞泵绘制功率-时间功图，根据功率-时间功图进行故障类型诊断，相较于现有的电动潜油柱塞泵的故障诊断过程，无需将柱塞泵和采油管柱从井下取出再下入井内，可以对柱塞泵的故障进行实时性诊断，因此，简化了电动潜油柱塞泵的故障诊断的过程，且提高了实时性。

本发明实施例提供另一种电动潜油柱塞泵的故障诊断方法，该电动潜油柱塞泵包括：设置于井外的变频控制柜和设置于井内的柱塞泵，如图2所示，该方法包括：

步骤201、关闭柱塞泵，使变频控制柜中的电容放电。

关闭柱塞泵，停止电动潜油柱塞泵举升***的运行，使电动潜油柱塞泵机组的地面变频控制柜中电容放电。

步骤202、在变频控制柜中的电容放电完毕后，将电压互感器和电流互感器分别与电源电连接。

在变频控制柜中的电容放电完毕后，开始接线，将电压互感器通过电源线与电源连接，将电流互感器通过电源线与电源连接。

步骤203、将电压互感器的电压测试线与变频控制柜的输入端连接。

实际操作中，可以将电压互感器的电压测试线与变频控制柜的输入电流的正负极的金属部位连接，完成电压测试线与变频控制柜的输入端的连接。

步骤204、将电流互感器的电流测试线与变频控制柜的输出端连接。

实际操作中，可以将电流互感器的电流测试线夹在变频控制柜的电流的输出线上，完成电流测试线与变频控制柜的输出端的连接。

需要说明的是，电压互感器和电流互感器是在柱塞泵关闭且变频控制柜中的电容放电完毕后，与变频控制柜连接的。

步骤205、将电压互感器和电流互感器分别通过导线与采集卡连接，采集卡连接有采集装置。

将电压互感器通过导线与采集卡连接，将电流互感器通过导线与采集卡连接，采集卡通过数据线与采集装置连接。示例的，采集卡可以为通用串行总线(英文：UniversalSerialBus；简称：USB)-6008的A/D(模拟数字转换)采集卡，该采集卡具有模拟输入、模拟输出、数字I/O(输入/输出)、计数器或计时器等功能。采集装置可以为安装有数据采集软件的电子设备，例如可以为安装有实验室虚拟仪器工程平台(英文：LaboratoryVirtualIstrumentEngineeringWorkbench；简称：LabVIEW)软件的计算机。

步骤206、启动柱塞泵。

启动柱塞泵，待柱塞泵工作状态稳定后，开始进行诊断。

步骤207、在柱塞泵开启时，电压互感器采集变频控制柜的输入端的电压，并将电压传输至采集卡。

变频控制柜的输入端的电压指的是柱塞泵的输入直线电机的电压。在柱塞泵开启时，通过电压互感器采集输入直线电机的电压。

步骤208、电流互感器采集变频控制柜的输出端的电流，并将电流传输至采集卡。

变频控制柜的输出端的电流指的是柱塞泵的输入直线电机的电流。在柱塞泵开启时，通过电流互感器采集输入直线电机的电流。

步骤209、采集卡将电压和电流进行信号转换，得到数字量信号，并发送至采集装置。

采集卡将步骤208中采集到的电压和电流两路信号，并将采集到的电压对应的模拟信号和电流对应的模拟信号转化为采集装置可以识别的数字量信号，并将转化后的数字量信号通过数据线发送至采集装置。需要说明的是，在时间上和数量上都是离散的物理量称为数字量，表示数字量的信号称为数字量信号。

步骤210、采集装置根据采集卡传送的数字量信号，采用小波去噪方法绘制功率-时间功图。

该数字量信号包括电压对应的数字量信号，和电流对应的数字量信号。因此，步骤210具体可以包括：采集装置根据电压对应的数字量信号、电流对应的数字量信号和功率公式，采用小波去噪方法绘制功率-时间功图，该功率公式为：

P＝UI；

其中，P为功率，U为电压对应的数字量信号，I为电流对应的数字量信号。

具体的，当采集装置为安装有LabVIEW软件的计算机时，可以利用LabVIEW软件的数据采集(英文：DataAcquisition；简称：DAQ)助手实时地存储电压对应的数字量信号，和电流对应的数字量信号，再通过功率公式得到实时功率并对功率进行存储，采用小波去噪方法最终绘制出功率-时间功图。

需要说明的是，小波去噪是图像去噪的主要方法之一，小波去噪的具体过程可以参考现有技术，同时关于LabVIEW软件的DAQ助手绘制电压曲线、电流曲线和功率-时间功图的具体过程可以参考现有技术，本发明实施例对此不再赘述。

步骤211、根据功率-时间功图进行故障类型诊断。

在进行故障诊断时，操作人员可以将得到的功率-时间功图与故障功图库中的标准故障功图进行对比，诊断出故障类型。其中，故障功图库中的标准故障功图包括有电动潜油柱塞泵的卡泵对应的标准故障功图、泵漏失对应的标准故障功图、油管结蜡对应的标准故障功图、供液不足对应的标准故障功图等，示例的，当采集装置绘制出的功图与故障功图库中卡泵对应的标准故障功图相同或相近，那么则可以诊断电动潜油柱塞泵的故障类型为卡泵类型，从而可以及时针对卡泵故障进行维修。

本发明实施例提供的电动潜油柱塞泵的故障诊断方法步骤的先后顺序可以进行适当调整，步骤也可以根据情况进行相应增减，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化的方法，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此不再赘述。

综上所述，本发明实施例提供的电动潜油柱塞泵的故障诊断方法，在柱塞泵开启时，通过电压互感器采集变频控制柜的输入端的电压，通过电流互感器采集变频控制柜的输出端的电流，将采集的电压和电流通过采集卡发送至采集装置，从而使采集装置对柱塞泵绘制功率-时间功图，根据功率-时间功图进行故障类型诊断，相较于现有的电动潜油柱塞泵的故障诊断过程，无需将柱塞泵和采油管柱从井下取出再下入井内，可以对柱塞泵的故障进行实时性诊断，因此，简化了电动潜油柱塞泵的故障诊断的过程，且提高了实时性。

本发明实施例提供一种电动潜油柱塞泵的故障诊断***00，电动潜油柱塞泵包括：设置于井外的变频控制柜和设置于井内的柱塞泵，如图3所示，该电动潜油柱塞泵的故障诊断***00包括：

电压互感器001、电流互感器002、采集卡003和采集装置004。

电压互感器001用于在柱塞泵开启时，采集变频控制柜的输入端的电压，并将电压传输至采集卡003。

电流互感器002用于采集变频控制柜的输出端的电流，并将电流传输至采集卡003。

采集卡003用于将电压和电流进行信号转换，得到数字量信号，并发送至采集装置004。

采集装置004用于根据采集卡003传送的数字量信号，采用小波去噪方法绘制功率-时间功图。

其中，电压互感器001和电流互感器002是在柱塞泵关闭且变频控制柜中的电容放电完毕后，与变频控制柜连接的。

综上所述，本发明实施例提供的电动潜油柱塞泵的故障诊断***，在柱塞泵开启时，通过电压互感器采集变频控制柜的输入端的电压，通过电流互感器采集变频控制柜的输出端的电流，将采集的电压和电流通过采集卡发送至采集装置，从而使采集装置对柱塞泵绘制功率-时间功图，根据功率-时间功图进行故障类型诊断，相较于现有的电动潜油柱塞泵的故障诊断过程，无需将柱塞泵和采油管柱从井下取出再下入井内，可以对柱塞泵的故障进行实时性诊断，因此，简化了电动潜油柱塞泵的故障诊断的过程，且提高了实时性。

需要说明的是，如图3所示，在变频控制柜中的电容放电完毕后，将电压互感器和电流互感器分别与电源005电连接，电源005的电压可以为12v(伏特)。电压互感器001和电流互感器002可以作为信号采集部分，以采集电压和电流；采集卡003可以作为信号转换部分，将采集到的电压和电流对应的模拟信号转换为电压和电流对应的数字量信号；采集装置004可以作为数据处理显示部分，根据采集卡传送的数字量信号进行故障诊断。信号采集部分与信号转换部分通过导线连接，信号转换部分与数据处理显示部分通过数据线连接。

数字量信号包括电压对应的数字量信号，和电流对应的数字量信号，因此，采集装置004具体用于：根据电压对应的数字量信号、电流对应的数字量信号和功率公式，采用小波去噪方法绘制功率-时间功图，该功率公式为：

P＝UI；

其中，P为功率，U为电压对应的数字量信号，I为电流对应的数字量信号。

本发明实施例提供的电动潜油柱塞泵的故障诊断***可以分为硬件***和软件***。其中，硬件***包括测试***，信号传输设备和电源，测试***指的是电压互感器和电流互感器，用于实时采集电压信号和电流信号。信号传输设备指的是采集卡，用于将电压和电流进行信号转换，当采集装置为安装有LabVIEW软件的计算机时，采集卡可以与计算机的USB接口连接。具体的，可以先通过测试***采集信号，然后信号传输设备进行信号转换，由计算机绘制功率-时间功图，最后将得到的功率-时间功图与故障功图库中的标准故障功图进行对比，诊断出电动潜油柱塞泵的故障类型。

进一步的，软件***基于模块化的编程思想，根据实际需求包含参数标定、信号采集、信号转换和数据处理显示四个模块，具体的，通过参数标定模块来确定采油工艺参数和数据采集参数，通过电压互感器和电流互感器实现信号采集模块的功能，通过采集卡实现信号转换模块的功能，通过采集装置实现数据处理显示模块的功能。示例的，可以通过LabVIEW直观的图形化人机界面对采集到的信号进行处理并显示，在LabVIEW中使用矩阵实验室(英文：MatrixLaboratory；简称：MATLAB)脚本节点技术，调用MATLAB中的小波函数的程序对含有噪声的信号进行降噪处理。

综上所述，本发明实施例提供的电动潜油柱塞泵的故障诊断***，在柱塞泵开启时，通过电压互感器采集变频控制柜的输入端的电压，通过电流互感器采集变频控制柜的输出端的电流，将采集的电压和电流通过采集卡发送至采集装置，从而使采集装置对柱塞泵绘制功率-时间功图，根据功率-时间功图进行故障类型诊断，相较于现有的电动潜油柱塞泵的故障诊断过程，无需将柱塞泵和采油管柱从井下取出再下入井内，可以对柱塞泵的故障进行实时性诊断，因此，简化了电动潜油柱塞泵的故障诊断的过程，且提高了实时性。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的***的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种电动潜油柱塞泵的故障诊断方法，其特征在于，所述电动潜油柱塞泵包括：设置于井外的变频控制柜和设置于井内的柱塞泵，所述方法包括：

在所述柱塞泵开启时，电压互感器采集所述变频控制柜的输入端的电压，并将所述电压传输至所述采集卡；

电流互感器采集所述变频控制柜的输出端的电流，并将所述电流传输至所述采集卡；

所述采集卡将所述电压和所述电流进行信号转换，得到数字量信号，并发送至采集装置；

所述采集装置根据所述采集卡传送的数字量信号，采用小波去噪方法绘制功率-时间功图；

根据所述功率-时间功图进行故障类型诊断；

其中，所述电压互感器和所述电流互感器是在所述柱塞泵关闭且所述变频控制柜中的电容放电完毕后，与所述变频控制柜连接的。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述电压互感器采集所述变频控制柜的输入端的电压之前，所述方法还包括：

关闭所述柱塞泵，使所述变频控制柜中的电容放电；

在所述变频控制柜中的电容放电完毕后，将所述电压互感器和所述电流互感器分别与电源电连接；

将所述电压互感器的电压测试线与所述变频控制柜的输入端连接；

将所述电流互感器的电流测试线与所述变频控制柜的输出端连接；

将所述电压互感器和所述电流互感器分别通过导线与所述采集卡连接，所述采集卡连接有所述采集装置；

启动所述柱塞泵。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述数字量信号包括所述电压对应的数字量信号，和所述电流对应的数字量信号，

所述采集装置根据所述采集卡传送的数字量信号，采用小波去噪方法绘制功率-时间功图，包括：

所述采集装置根据所述电压对应的数字量信号、所述电流对应的数字量信号和功率公式，采用所述小波去噪方法绘制功率-时间功图，所述功率公式为：

P＝UI；

其中，所述P为功率，所述U为所述电压对应的数字量信号，所述I为所述电流对应的数字量信号。

4.一种电动潜油柱塞泵的故障诊断***，其特征在于，所述电动潜油柱塞泵包括：设置于井外的变频控制柜和设置于井内的柱塞泵，所述电动潜油柱塞泵的故障诊断***包括：

电压互感器、电流互感器、采集卡和采集装置；

所述电压互感器用于在所述柱塞泵开启时，采集所述变频控制柜的输入端的电压，并将所述电压传输至所述采集卡；

电流互感器用于采集所述变频控制柜的输出端的电流，并将所述电流传输至所述采集卡；

所述采集卡用于将所述电压和所述电流进行信号转换，得到数字量信号，并发送至采集装置；

所述采集装置用于根据所述采集卡传送的数字量信号，采用小波去噪方法绘制功率-时间功图；

其中，所述电压互感器和所述电流互感器是在所述柱塞泵关闭且所述变频控制柜中的电容放电完毕后，与所述变频控制柜连接的。

5.根据权利要求4所述的***，其特征在于，所述数字量信号包括所述电压对应的数字量信号，和所述电流对应的数字量信号，

所述采集装置具体用于：根据所述电压对应的数字量信号、所述电流对应的数字量信号和功率公式，采用所述小波去噪方法绘制功率-时间功图，所述功率公式为：

P＝UI；

其中，所述P为功率，所述U为所述电压对应的数字量信号，所述I为所述电流对应的数字量信号。