[發明專利]一種基于溫度場檢測的潛油電機故障診斷方法

在審

• 申請號: 201510975622.0
• 申請日: 2015-12-23
• 公開（公告）號: CN105652202A
• 公開（公告）日: 2016-06-08
• 發明（設計）人: 劉廣孚;郭亮;朱赫;郭曙光;董雪;常云飛;周凱迪
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: G01R31/34
• 分類號: G01R31/34
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本技術涉及裝備制造領域，對傳感器的金屬外殼的設計與加工有著很高的要求，防水、防油、防酸、防堿等腐蝕。

特別涉及傳感器領域，在井下復雜的環境條件下，實現對溫度信號的采集、調理、存儲、通信。

背景技術

溫度診斷法就是潛油電機在正常運轉的時候，采集電機從靜止、啟動、正常工作、停機、靜止，記錄一個周期下溫度隨時間的變化曲線，根據測量溫度曲線與正常電機溫度曲線對比，進行擬合度計算。

殘差平方和：總平方和：式(1)中t_i實際測量的值，T_i擬合曲線計算出來的值。R²在(01)內，當R²越大，曲線的擬合度越高。

根據流體力學和傳熱學，計算潛油電機內部產熱和熱傳導方式，運轉過程各階段的特點，推到溫度曲線四個階段的響應方程，建立標準的溫度曲線模型。再考慮實際油田上可能出現的高含氣、高原油乳化、電機電壓不穩、管柱漏油等實際情況，分析這些故障在溫度曲線上的響應，找出溫度曲線的變化規律，再建立在各種工況下的溫度曲線模型。結合現場實測數據，應用溫度曲線模型對潛油電機性能進行分析，依照現場實測的工況診斷結論，對溫度模型的準確性進行驗證。

現在溫度診斷故障法主要應用在衡量潛油電機的性能，潛油電機工作在井下1～3km，由于油井的內直徑是159mm，潛油電機的外徑是116mm和109mm兩種，在潛油電機的下井作業時，空間相對狹小，這就對傳感器的尺寸嚴格要求，傳感器就需要滿足體積足夠小、密封、抗電磁干擾、抗油腐蝕、撞擊不變形。

長期以來，對潛油電機的診斷，溫度檢測故障的方法沒有實現對潛油電機的在線檢測。但隨著潛油電機在油田的廣泛應用，潛油電機的故障檢測成為難點問題。傳統檢測溫度方式是在電機底部加一節傳感器，但只能測得一個點或者某個位置的平均值，而大部分的檢測是潛油電機在地面空載實驗，測試環境不是潛油電機真正工作的環境，不能真正測試出電機的工作性能，也不能判斷潛油電機主要部件的性能。

現有紅外熱成像儀采用的熱成像原理，能找出高溫點記錄測量區域內的升溫過程。紅外測溫方法和傳統測溫方法，都不能在線測量潛油電機在井下正常工作時的主要部件的溫度變化、以及油井內部環境對電機造成的影響。因此紅外熱成像儀和傳統測溫方法都不適宜對正常工作下的潛油電機進行故障診斷。

發明內容

1實現用傳感器對潛油電機的直接測量。

1、傳感器的密封。傳感器金屬外殼頂上開蓋，內部開腔，并在四個角洗出防水螺紋，如圖2。傳感器外殼在密封時再加上一層橡膠墊片，實現防油、防水、抗酸、抗堿的功能，并且保證外界的電磁干擾不會進入傳感器內部，避免傳感器采集信號和存儲信號被外界電磁信號干擾，保證信號的準確性。

2、傳感器結構。傳感器外殼有著嚴格的要求，傳感器外殼的弧形結構使得它與潛油電機外殼充分接觸，實現無縫隙溫度傳導。

3、傳感器外殼的厚度(30mm)。使得傳感器固定在潛油電機上不妨礙下井作業。

4、傳感器的材料。傳感器堅硬的外殼材料使得傳感器在下井作業時發生碰撞，不會導致傳感器外殼發生變形，以影響傳感器的工作狀態。以上四點實現了溫度傳感器在井下對潛油電機的在線測量。

2解決了傳感器金屬外殼與潛油電機外殼接觸熱阻問題。

熱姆油和錫箔有良好的導熱性能，稀薄柔軟放在傳感器和潛油電機外殼之間，保證了傳感器外殼和潛油電機外殼充分接觸，在錫箔的兩面分別涂上一層熱姆油，既增加了傳感器外殼與潛油電機外殼的接觸面，也減小接觸熱阻，增強溫度傳導性能，使溫度傳感器測量的值更加精確。

3實現內部存儲和信號傳輸不受外部干擾。

溫度傳感器采集到的溫度信號轉化為電信號，然后存儲到存儲電路。由于傳感器使用金屬外殼密封，保證外界的電磁干擾不能進入傳感器，這也保證了信號的存儲和傳輸不會受到外部電磁信號的干擾，保證了信號的準確性。

4解決電機內部不同部件故障出現問題的診斷

電機內部的熱源主要有6種，分別是潤滑油與轉子的摩擦、潤滑油與定子的摩擦、止推軸承的動靜塊摩擦、扶正軸承的摩擦、轉子銅耗、定子銅耗。

根據流體力學和傳熱學，運用數量級分析法和有限元法，確定了熱流方向及建立了二位穩態紊流邊層對流換熱的方程組的數學模型

求解出換熱系數a。