CN113217374B - 直井螺杆泵运行维护方法及系统 - Google Patents

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Abstract

一种直井螺杆泵运行维护方法及系统，所述方法包含：监测直井螺杆泵的运行状态，根据所述运行状态分别采集预定的多个部件的运行参数，根据所述运行参数获得对应的失效部件信息；根据所述失效部件信息采集对应部件的图像数据；根据所述图像数据和预先构建的状态分析模型获得对应部件的状态数据，根据所述状态数据获得对应部件的失效诱因，并根据所述失效诱因获得预存的维护策略。

Description

直井螺杆泵运行维护方法及系统
技术领域
本发明涉及油气开采领域，尤其涉及一种直井螺杆泵运行维护方法及系统。
背景技术
煤层气作为一种非常规天然气，在储层状态下主要以吸附态赋存在基质内表面。在煤层气开发过程中，通过抽排煤储层中的水，将储层压力降低至临界解吸压力以下，吸附态的气体解吸出来，并通过井筒采至地面。目前，煤层气井常用的排水设备有电潜泵、有杆泵、射流泵和螺杆泵。相对于其他排水设备，螺杆泵具有结构简单、维护成本低、泵效高、防砂效果好等优点，近年来在煤层气领域逐渐广泛应用。相对于常规天然气，煤层气产量较低，如何准确监测螺杆泵，降低检泵、换泵次数，即提高螺杆泵运行寿命，是提高煤层气项目经济性的关键；目前，在该领域的系统研究报道较少。
因此，业内亟需一种高效稳定的直井螺杆泵运行维护方法。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明目的在于提供一种直井螺杆泵运行维护方法及系统，予以替代传统的人工检测，实现无间断直井螺杆泵运行维护，提高直井螺杆泵的运行寿命。
为达上述目的，本发明所提供的直井螺杆泵运行维护方法，具体包含：监测直井螺杆泵的运行状态，根据所述运行状态分别采集预定的多个部件的运行参数，根据所述运行参数获得对应的失效部件信息；根据所述失效部件信息采集对应部件的图像数据；根据所述图像数据和预先构建的状态分析模型获得对应部件的状态数据，根据所述状态数据获得对应部件的失效诱因，并根据所述失效诱因获得预存的维护策略。
在上述直井螺杆泵运行维护方法中，优选的，所述方法还包含：获取直井螺杆泵的历史运行数据中失效部件的状态数据，根据所述状态数据分析获得失效部件的一个或多个失效诱因；根据失效诱因建立对应的维护策略。
在上述直井螺杆泵运行维护方法中，优选的，所述方法还包含：根据历史运行数据中失效部件的状态数据和图像数据通过学习算法构建状态分析模型。
在上述直井螺杆泵运行维护方法中，优选的，根据历史运行数据中失效部件的状态数据和图像数据通过学习算法构建状态分析模型还包含：所述状态数据包含脱扣和撸扣；根据所述转子接头、所述定子接头、所述连接杆接头和所述油管接头的图像数据中螺纹的图像特征与所述脱扣和所述撸扣之间的关系，通过学习算法构建状态分析模型。
在上述直井螺杆泵运行维护方法中，优选的，根据所述运行参数获得对应的失效部件信息包含：将所述运行参数与对应部件的预设工作阈值比较，根据比较结果获得对应的失效部件信息。
在上述直井螺杆泵运行维护方法中，优选的，所述失效部件包含直井螺杆泵的转子、定子、连接杆和油管；其中，所述转子包含转子接头和转子体；所述定子包含定子接头、弹性体和腔体；所述连接杆包含连接杆接头、光杆和抽油杆；所述油管包含油管接头和油管体。
在上述直井螺杆泵运行维护方法中，优选的，根据所述状态数据分析获得失效部件的一个或多个失效诱因还包含：所述失效诱因包含腐蚀流体、转子结垢、尾管脱落、排采故障、完井故障、制造故障、泵内供液不足、弹性体故障；将所述状态数据中螺杆泵的扭矩参数与预定阈值比较，当扭矩参数小于预定阈值时，所述失效诱因为腐蚀流体；当扭矩参数大于预定阈值时，获取螺杆泵的转子的图像数据，当螺杆泵的转子存在结垢特征时，所述失效诱因为转子结垢；当螺杆泵的转子不存在结垢特征时，获取螺杆泵内的物质组成；根据所述螺杆泵内的物质组成获得所述失效诱因。
在上述直井螺杆泵运行维护方法中，优选的，根据所述螺杆泵内的物质组成获得所述失效诱因包含：当所述螺杆泵内的物质组成中煤粒占比高于预定阈值，且所述螺杆泵为间歇排采时，所述失效诱因为排采故障；或所述螺杆泵为连续排采时，所述失效诱因为尾管脱落；当所述螺杆泵内的物质组成中泥沙占比高于预定阈值时，所述失效诱因为完井故障；当所述螺杆泵内的物质组成中存在预定占比系数的固相时，获取所述螺杆泵的弹性体状态，当所述弹性体状态符合预定标准时，所述失效诱因为制造故障；当所述弹性体状态为膨胀状态时，所述失效诱因为弹性体故障；当所述弹性体状态为硬化状态时，所述失效诱因为泵内供液不足。
本发明还提供一种直井螺杆泵运行维护系统，所述系统包含：监测模块、采集模块和分析模块；所述监测模块用于监测直井螺杆泵的运行状态，根据所述运行状态分别采集预定的多个部件的运行参数，根据所述运行参数获得对应的失效部件信息；所述采集模块用于根据所述失效部件信息采集对应部件的图像数据；所述分析模块用于根据所述图像数据和预先构建的状态分析模型获得对应部件的状态数据，根据所述状态数据获得对应部件的失效诱因，并根据所述失效诱因获得预存的维护策略。
在上述直井螺杆泵运行维护系统中，优选的，所述分析模块还用于：获取直井螺杆泵的历史运行数据中失效部件的状态数据，根据所述状态数据分析获得失效部件的一个或多个失效诱因；根据失效诱因建立对应的维护策略。
在上述直井螺杆泵运行维护系统中，优选的，所述系统还包含建模模块，所述建模模块用于根据历史运行数据中失效部件的状态数据和图像数据通过学习算法构建状态分析模型。
在上述直井螺杆泵运行维护系统中，优选的，所述建模模块还包含失效诱因识别单元；所述失效诱因包含腐蚀流体、转子结垢、尾管脱落、排采故障、完井故障、制造故障、泵内供液不足、弹性体故障；所述失效诱因识别单元用于将所述状态数据中螺杆泵的扭矩参数与预定阈值比较，当扭矩参数小于预定阈值时，识别所述失效诱因为腐蚀流体；当扭矩参数大于预定阈值时，获取螺杆泵的转子的图像数据，当螺杆泵的转子存在结垢特征时，识别所述失效诱因为转子结垢；当螺杆泵的转子不存在结垢特征时，获取螺杆泵内的物质组成；根据所述螺杆泵内的物质组成识别所述失效诱因。
在上述直井螺杆泵运行维护系统中，优选的，所述失效诱因识别单元还用于：当所述螺杆泵内的物质组成中煤粒占比高于预定阈值，且所述螺杆泵为间歇排采时，识别所述失效诱因为排采故障；或所述螺杆泵为连续排采时，识别所述失效诱因为尾管脱落；当所述螺杆泵内的物质组成中泥沙占比高于预定阈值时，识别所述失效诱因为完井故障；当所述螺杆泵内的物质组成中存在预定占比系数的固相时，获取所述螺杆泵的弹性体状态，当所述弹性体状态符合预定标准时，识别所述失效诱因为制造故障；当所述弹性体状态为膨胀状态时，识别所述失效诱因为弹性体故障；当所述弹性体状态为硬化状态时，识别所述失效诱因为泵内供液不足。
在上述直井螺杆泵运行维护系统中，优选的，所述监测模块还包含定位单元，所述定位单元用于将所述运行参数与对应部件的预设工作阈值比较，根据比较结果获得对应的失效部件信息。
在上述直井螺杆泵运行维护系统中，优选的，所述采集模块包含转子图像采集单元、定子图像采集单元、连接杆图像采集单元和油管图像采集单元；其中，所述转子图像采集单元包含转子接头采集传感器和转子体采集传感器；所述定子图像采集单元包含定子接头采集传感器、弹性体采集传感器和腔体采集传感器；所述连接杆图像采集单元包含连接杆接头采集传感器、光杆采集传感器和抽油杆采集传感器；所述油管图像采集单元包含油管接头采集传感器和油管体采集传感器。
本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述方法的计算机程序。
本发明的有益技术效果在于：通过本发明所提供的直井螺杆泵运行维护方法及系统可实时监测直井螺杆泵运行情况，并根据实际运行状态快速定位失效原因予以生成对应的维护策略，以便于维护人员及时获知螺杆泵的准备状态，快速完成维护工作；以此进一步提高螺杆泵的运行寿命。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：
图1为本发明一实施例所提供的直井螺杆泵运行维护方法的流程示意图；
图2为本发明一实施例所提供的螺杆泵的结构示意图；
图3为本发明一实施例所提供的失效诱因分析流程示意图；
图4为本发明一实施例所提供的失效诱因分析流程示意图；
图5为本发明一实施例所提供的直井螺杆泵运行维护系统的结构示意图；
图6为本发明一实施例所提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
另外，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
请参考图1所示，本发明所提供的直井螺杆泵运行维护方法，具体包含：
S101监测直井螺杆泵的运行状态，根据所述运行状态分别采集预定的多个部件的运行参数，根据所述运行参数获得对应的失效部件信息；
S102根据所述失效部件信息采集对应部件的图像数据；
S103根据所述图像数据和预先构建的状态分析模型获得对应部件的状态数据，根据所述状态数据获得对应部件的失效诱因，并根据所述失效诱因获得预存的维护策略。
在上述步骤S102中可通过预设于螺杆泵上的多个传感器予以分别采集各部件的图像，也可通过现有的其他方式予以采集对应部件的图像数据，本发明在此并不做进一步限定；因此，通过本发明所提供的直井螺杆泵运行维护方法及系统可实时监测直井螺杆泵运行情况，并根据实际运行状态快速定位失效原因予以生成对应的维护策略，以便于维护人员及时获知螺杆泵的准备状态，快速完成维护工作；从而进一步提高螺杆泵的运行寿命。在上述实施例中，所述失效部件包含直井螺杆泵的转子、定子、连接杆和油管；其中，所述转子包含转子接头和转子体；所述定子包含定子接头、弹性体和腔体；所述连接杆包含连接杆接头、光杆和抽油杆；所述油管包含油管接头和油管体。
在本发明一实施例中，所述方法还可包含：获取直井螺杆泵的历史运行数据中失效部件的状态数据，根据所述状态数据分析获得失效部件的一个或多个失效诱因；根据失效诱因建立对应的维护策略。在该实施例中，因不同部件的失效诱因不同，为此其对应的维护策略也不同；为此，本发明所给出的维护策略是由状态数据判断所获得失效诱因来确定，具体的失效诱因和维护策略之间的对应关系可由工作人员提前定制，也可采用现有的关联方式予以调整获得，具体实例请参考后续实施例描述，本发明在此就不再一一详述。
在本发明一实施例中，所述方法还可包含：根据历史运行数据中失效部件的状态数据和图像数据通过学习算法构建状态分析模型。在该实施例中，所述状态分析模型可利用学习算法和历史数据予以构建，用于关联状态数据与图像数据之间的关系，从而以便于后续监测过程中，通过采集确定的图像即可及时判断确认该些失效部件所处的当前状态，即状态数据。
在本发明一实施例中，上述步骤S101的根据所述运行参数获得对应的失效部件信息还可包含：将所述运行参数与对应部件的预设工作阈值比较，根据比较结果获得对应的失效部件信息。由此，通过比较各部件的运行参数是否处于正常工作参数范畴即可确定各部件的工作状态，以此为由，再进一步采集对应部件的图像数据，从而实现实时监测直井螺杆泵运行情况，并及时有效实现维护预警的目的。
结合上述实施例，整体上本发明所提供的直井螺杆泵运行维护方法可采用如下流程：
获取直井螺杆泵的历史运行数据中失效部件的状态数据和图像数据，根据所述状态数据和图像数据分析获得失效部件的一个或多个失效诱因，并根据失效诱因建立对应的维护策略；
根据所述图像数据和所述状态数据通过学习算法构建状态分析模型；
监测直井螺杆泵的运行状态，根据所述运行状态分别采集预定的多个部件的运行参数，将所述运行参数与预设阈值比较，根据比较结果获得对应的失效部件信息；
根据所述失效部件信息通过预设的多个采集传感器采集对应部件的图像数据；
根据所述图像数据和所述状态分析模型获得对应部件的状态数据，根据所述状态数据获得对应部件的失效诱因，并根据所述失效诱因获得预存的维护策略。
为了对螺杆泵进行失效分析，需对螺杆泵的结构有个详细的认知。螺杆泵由地面A和井下部分B两部分组成，见图2。地面设备主要由电控装置2、驱动装置3，传动装置1、填料盒4、专用井口5等组成；井下设备有光杆6、抽油杆7和9、转子11、定子10、油管8、限位销12、锚定工具13等组成。在螺杆泵排水采气过程中，动力源即电控装置2将动力传递给驱动装置3，通过驱动装置3减速后，方卡子再将动力传递给光杆6，最后由与光杆6连接的抽油杆7、9将动力传至螺杆泵。螺杆泵的转子11、定子10弹性体是利用摆线的多等效动点效应，在空间形成封闭腔室，并当转子11和定子10作相对转动时，封闭腔室能作轴向移动，使其中的液体从一端移向另一端，实现机械能和液体能的相互转化，从而实现举升作用。螺杆泵失效的定义为在动力设备及储层供液正常的情况下，泵排量未达到设计要求。在本发明一实施例中，根据所述图像数据和所述状态数据通过学习算法构建状态分析模型可包含：所述状态数据包含脱扣和撸扣；根据所述转子接头、所述定子接头、所述连接杆接头和所述油管接头的图像数据中螺纹的图像特征与所述脱扣和所述撸扣之间的关系，通过学习算法构建状态分析模型。具体的，在实际工作中可将螺杆泵细化为4个部件、10个亚部件进行失效的精准描述，并定义11类失效形式；结合螺杆泵运行资料和修井现场的观察结果，判识厘清关键失效诱因；针对性的提出提高螺杆泵运行寿命的对策。其中，螺杆泵的4个部件为转子、定子、连接杆和油管；螺杆泵的10个亚部件为转子接头、转子体、定子接头、弹性体、腔体、连接杆接头、光杆、抽油杆、油管接头和油管体。螺杆泵的11类失效形式为脱扣、撸扣、断裂、结垢、膨胀、撕裂、硬化、淤塞、由内破裂、由外破裂和蚀裂等。
在上述实施例中，转子是螺杆泵中运动部件，为螺旋状长柱结构，由合金钢经过精车、镀铬、表面抛光制成。转子上部与抽油杆相连，请参考图2所示。定子是螺杆泵核心也是最敏感部分，采用浇筑在钢套内的合成橡胶衬套(弹性体)与钢套通过粘合剂组成的一种腔体装置，内表面呈双螺旋曲面，与转子外表面匹配。定子上下分别连接油管和限位销。连接杆是把地面驱动传递到转子上的中间装置。油管是将地层水抽排到地表的通道，其顶部连接油管悬挂器，底部连接定子。螺杆泵可以进一步细分为10个亚部件，其中转子包括2个亚部件(转子接头和转子体)，定子包括3个亚部件(定子接头、弹性体和腔体)，连接杆包括3个亚部件(连接杆接头、光杆和抽油杆)，油管包括2个亚部件(油管接头和油管体)。螺杆泵的失效形式可分为11类，即脱扣、撸扣、断裂、结垢、膨胀、撕裂、硬化、淤塞、由内破裂、由外破裂和蚀裂，具体到亚部件有20种失效形式，详见下表1。
表1
Figure BDA0002380074720000071
Figure BDA0002380074720000081
其中，转子接头失效的形式有2种，即脱扣和撸扣。二者都会造成连接的脱落，区别在于，脱扣时螺纹完好，撸扣时螺纹牙齿出现剪切或弯曲损坏。后文中，定子接头、连接杆接头、油管接头的脱扣和撸扣定义与此一致。转子接头的2种失效形式都可导致抽油杆不能将动力传至转子，螺杆泵失去排液功能。
转子体的失效形式有2种，即断裂和结垢。断裂指由一个整体断脱至两截或更多。后文中，光杆和抽油杆的断裂定义与此一致。断裂的转子体排水功能部分或完全消失，导致螺杆泵失效。结垢指转子体上有化学沉淀物堆积。结垢的转子体直径增大，在旋转时容易与定子弹性体抱紧卡死，导致停泵检修。
定子接头失效的形式有2种，即脱扣和撸扣。二者都可造成定子与上连的油管或下连的限位销脱离，导致腔体的密封性丧失，螺杆泵失效。
弹性体的失效形式有3种，即膨胀、撕裂和硬化。膨胀是指由于流体和弹性体之间的相互作用，流体深入到弹性体内，造成弹性体体积增大，与旋转的转子容易发生抱紧卡死。撕裂和硬化分别指弹性体发生部分脱落和收缩变硬。这二者都可导致弹性体与转子组成的腔体密封性降低，泵效达不到设计要求。
腔体的失效形式只有淤塞这一种。淤塞指腔体被固相物质部分或全部充填，导致允许地层水通过的通道变小，泵效降低。
连接杆的接头包括方卡子与光杆、光杆与抽油杆、抽油杆间的连接，其失效形式有2种，即脱扣和撸扣。
光杆和抽油杆的失效形式都是只有断裂这一种。
油管接头包括油管与油管悬挂器、油管间的连接。其失效形式有2种，即脱扣和撸扣。
油管体的失效形式有4种，即由内破裂、由外破裂、蚀裂和淤塞。前3种失效形式都会造成油管体上出现洞、缝等破损，导致地层水无法经由油管采排至地面。区别在于，由内破裂是由诱因在油管体内壁的机械作用(比如连接杆与油管的碰撞、摩擦)引起，由外破裂是由诱因在油管体外壁的机械作用(比如油管与锚定工具的震动、摩擦)引起，蚀裂是化学作用引起的。淤塞指油管体内被固相物质部分或全部充填，地层水在油管内的运移受阻，导致泵效降低。
在上述实施例中，根据所述状态数据分析获得失效部件的一个或多个失效诱因还包含：所述失效诱因包含腐蚀流体、转子结垢、尾管脱落、排采故障、完井故障、制造故障、泵内供液不足、弹性体故障；将所述状态数据中螺杆泵的扭矩参数与预定阈值比较，当扭矩参数小于预定阈值时，所述失效诱因为腐蚀流体；当扭矩参数大于预定阈值时，获取螺杆泵的转子的图像数据，当螺杆泵的转子存在结垢特征时，所述失效诱因为转子结垢；当螺杆泵的转子不存在结垢特征时，获取螺杆泵内的物质组成；根据所述螺杆泵内的物质组成获得所述失效诱因。
具体的，在实际工作中，上述各失效诱因如下：
1)腐蚀流体
腐蚀流体指地层水中含腐蚀物质(如H2S)或井筒内有腐蚀细菌(如硫酸盐还原菌)，这两种情形都可导致油管体上出现孔洞，即发生蚀裂。蚀裂的油管体表面具有凹坑状或蜂窝状特征。
2)结垢流体
多煤层共同开发时，不同煤层的流体在井筒内汇集，容易发生化学反应。若流体中含有易结垢组分，如Ca(OH)2，则在转子上容易发生化学沉淀(如CaCO3)并堆积，即形成结垢。结垢使得转子直径加大，与弹性体的摩擦扭矩增加，在旋转时需要克服的阻力增大，导致转子、抽油杆和光杆扭矩过高，进而发生断裂；在部分井段形成的反扭矩若大于螺纹预紧力时，则会发生转子、抽油杆或光杆的螺纹脱扣。在高扭矩情况下，一旦停机或过载停机，杆柱上储存的弹性变形释放，高速反转运动的惯性作用导致反扭矩，也会导致转子、抽油杆或光杆的螺纹脱扣。煤粒进入泵后会导致抽油杆施加在定子及油管上的反扭矩增加，造成定子接头和油管接头的脱扣。另外，这种扭矩还会作用在管柱外的锚定工具上，锚定工具和油管的相互作用导致油管体由外破裂。连接杆在传递扭矩时会发生偏心和侧移，导致与油管异常摩擦、碰撞，造成油管体由内破裂。
3)排采故障
在煤层气井正常排采过程中，煤粒会随地层水进入泵内，而螺杆泵本身也具备一定的耐固相能力，是可以实现稳定运行的。若排采制度出现问题，即不能实现连续稳定抽排，进入泵体的煤粒不能及时经由泵排出口流至地面而在泵体内聚集，会造成油管内、定子腔体淤塞。再次启动泵时，转子和定子过盈配合形成的密封线被过量的煤粒加剧磨损，可能导致弹性体撕裂。转子与弹性体的摩擦扭矩增加，可能造成转子体、光杆、抽油杆的断裂，转子接头、连接杆接头的脱扣，定子接头、油管接头的脱扣，油管体的由内破裂或由外破裂。后面9种螺杆泵亚部件失效形式的机理与结垢流体一致，不再赘述。
4)尾管脱落
为了减少固相对螺杆泵系统的损坏，一般会在泵吸入口安装尾管，限制大颗粒的固相进入。在螺杆泵运行过程中，尾管若发生脱落，则达不到预期的过滤效果。
尾管脱落可以造成12种螺杆泵亚部件失效形式，其机理与排采工作制度不完善一致，不再赘述。
5)完井故障
煤层气井开发的目的层为煤层，一般会在完井时对非煤层进行封隔。但由于封隔层位选择不当、封隔器选型不合理等问题，会造成非煤层的砂/泥进入井筒、进而对螺杆泵系统造成损害。完井质量问题造成的螺杆泵亚部件失效形式与失效机理与排采工作制度不完善和尾管脱落一样。
6)制造故障
制造质量问题使得螺纹牙齿强度不足，可能导致转子接头、定子接头、连接杆接头和油管接头的撸扣。
7)弹性体故障
在井筒中，地层水会侵入定子弹性体进而使弹性体发生溶胀。当地层水中含有某些特殊成分时弹性体的溶胀度会大于正常值，使得弹性体紧紧卡住转子，造成转子旋转阻力增大。
8)泵内供液不足
邻井排采影响、对井产液能力估计不足，都可导致供液量低于泵正常运行所需液量的下限值，弹性体和转子摩擦产生的热量不能及时被地层水带走，弹性体快速升温、收缩变硬。
针对上述各类失效诱因，请参考图3所示，在本发明一实施例中，根据所述螺杆泵内的物质组成获得所述失效诱因还可包含：S301当所述螺杆泵内的物质组成中煤粒占比高于预定阈值，且所述螺杆泵为间歇排采时，所述失效诱因为排采故障；或所述螺杆泵为连续排采时，所述失效诱因为尾管脱落；S302当所述螺杆泵内的物质组成中泥沙占比高于预定阈值时，所述失效诱因为完井故障；S303当所述螺杆泵内的物质组成中存在预定占比系数的固相时，获取所述螺杆泵的弹性体状态，当所述弹性体状态符合预定标准时，所述失效诱因为制造故障；S304当所述弹性体状态为膨胀状态时，所述失效诱因为弹性体故障；S305当所述弹性体状态为硬化状态时，所述失效诱因为泵内供液不足。
在上述实施例中，每一类诱因作用在螺杆泵的不同亚部件上，可能导致一种甚至多种失效形式，因此需结合螺杆泵运行资料和修井现场的观察结果，来判识厘定关键失效诱因。本技术提供了一套综合判识流程，请参考图4所示；该流程分三个大的步骤，第一步是判断扭矩情况，若扭矩正常，则关键失效诱因是腐蚀流体，若扭矩异常，则进入第二步骤，判识转子结垢情况。转子结垢，则表明关键失效诱因是结垢流体，转子未结垢，则进入第三步骤，分析泵内物质组成，具体方法如下：泵内有大量煤粒时，则进一步查看泵运行数据，若为间歇排采，则关键失效诱因是排采制度不完善，若为连续排采，则关键失效诱因是尾管脱落。泵内有大量砂/泥时，则关键失效诱因是完井质量差。泵内少量固相时，则进一步查看弹性体，若弹性体正常，则关键失效诱因是制造质量差；若弹性体膨胀，则关键失效诱因是弹性体适应性差；若弹性体硬化，则关键失效诱因是泵内供液不足。
针对上述失效诱因，在本发明一实施例中进一步提供相应的维护策略，本领域相关技术人员当可知，该维护策略仅为本发明所提供的一种实施方式，并不对其在实际工作中应用方式做进一步限制。
1)腐蚀流体的对策
若地层水中含腐蚀物质，则针对性选用耐腐蚀的油管体；若井筒内有腐蚀细菌，则在修井作业时注入杀菌剂。
2)结垢流体的对策
做不同煤层流体化学成分分析，对易与主力煤层流体发生沉淀反应的煤层流体利用封隔器进行封隔。
3)排采故障的对策
做到连续稳定排采，确保井筒内的流体连续流动。
4)尾管脱落的对策
在尾管上加装扶正器，确保尾管能始终固定在油管和限位销下面。
5)完井故障的对策
优选封隔层位和封隔器型号，确保非煤层的砂/泥不能进入井筒。
6)制造故障的对策
对不同供应商提供的螺杆泵系统部件进行质量比对，优选使用高质量的部件。
7)弹性体故障的对策
做好弹性体与储层流体的适应性试验，准确预估弹性体膨胀度，从而选择使用合适直径的转子。
8)泵内供液不足的对策
采取邻井类比、数值模拟等多种方式准确预测产水，从而选择合适排量的泵。
将本发明所提供的直井螺杆泵运行维护方法应用于实际工作中时，有如下实例：典型井于2017年2月启始生产，2017年11月进行修井作业时，发现油管体淤塞，且固相为煤。利用模型分析确认为，在螺杆泵失效前扭矩过高，修井现场未发现转子结垢，泵内有大量煤粒，且由于排采过程中供电不稳定、间歇排采，综合判定关键失效诱因是排采制度不完善即排采故障。在进行修井作业后，2017年12月3日重新生产，解决了供电问题，确保了连续平稳排水，截至2019年5月31日，螺杆泵一直运行良好，表明对螺杆泵失效诱因的分析是准确的，解决对策是有效的。
请参考图5所示，本发明还提供一种直井螺杆泵运行维护系统，所述系统包含：所述监测模块用于监测直井螺杆泵的运行状态，根据所述运行状态分别采集预定的多个部件的运行参数，根据所述运行参数获得对应的失效部件信息；所述采集模块用于根据所述失效部件信息采集对应部件的图像数据；所述分析模块用于根据所述图像数据和预先构建的状态分析模型获得对应部件的状态数据，根据所述状态数据获得对应部件的失效诱因，并根据所述失效诱因获得预存的维护策略。在上述实施例中，所述分析模块还可用于：获取直井螺杆泵的历史运行数据中失效部件的状态数据，根据所述状态数据分析获得失效部件的一个或多个失效诱因；根据失效诱因建立对应的维护策略。所述监测模块还可包含定位单元，所述定位单元用于将所述运行参数与对应部件的预设工作阈值比较，根据比较结果获得对应的失效部件信息。具体的维护策略已在前述实施例中予以举例说明，在此就不再一一详述。
在本发明一实施例中，所述系统还包含建模模块，所述建模模块用于根据历史运行数据中失效部件的状态数据和图像数据通过学习算法构建状态分析模型。其中，
所述建模模块还可包含失效诱因识别单元；所述失效诱因包含腐蚀流体、转子结垢、尾管脱落、排采故障、完井故障、制造故障、泵内供液不足、弹性体故障；所述失效诱因识别单元用于将所述状态数据中螺杆泵的扭矩参数与预定阈值比较，当扭矩参数小于预定阈值时，识别所述失效诱因为腐蚀流体；当扭矩参数大于预定阈值时，获取螺杆泵的转子的图像数据，当螺杆泵的转子存在结垢特征时，识别所述失效诱因为转子结垢；当螺杆泵的转子不存在结垢特征时，获取螺杆泵内的物质组成；根据所述螺杆泵内的物质组成识别所述失效诱因。
在上述实施例中，所述失效诱因识别单元还用于当所述螺杆泵内的物质组成中煤粒占比高于预定阈值，且所述螺杆泵为间歇排采时，识别所述失效诱因为排采故障；或所述螺杆泵为连续排采时，识别所述失效诱因为尾管脱落；当所述螺杆泵内的物质组成中泥沙占比高于预定阈值时，识别所述失效诱因为完井故障；当所述螺杆泵内的物质组成中存在预定占比系数的固相时，获取所述螺杆泵的弹性体状态，当所述弹性体状态符合预定标准时，识别所述失效诱因为制造故障；当所述弹性体状态为膨胀状态时，识别所述失效诱因为弹性体故障；当所述弹性体状态为硬化状态时，识别所述失效诱因为泵内供液不足。
在上述实施例中，所述采集模块还可包含转子图像采集单元、定子图像采集单元、连接杆图像采集单元和油管图像采集单元；其中，所述转子图像采集单元包含转子接头采集传感器和转子体采集传感器；所述定子图像采集单元包含定子接头采集传感器、弹性体采集传感器和腔体采集传感器；所述连接杆图像采集单元包含连接杆接头采集传感器、光杆采集传感器和抽油杆采集传感器；所述油管图像采集单元包含油管接头采集传感器和油管体采集传感器。
本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述方法的计算机程序。
本发明的有益技术效果在于：通过本发明所提供的直井螺杆泵运行维护方法及系统可实时监测直井螺杆泵运行情况，并根据实际运行状态快速定位失效原因予以生成对应的维护策略，以便于维护人员及时获知螺杆泵的准备状态，快速完成维护工作；以此进一步提高螺杆泵的运行寿命。
如图6所示，该电子设备600还可以包括：通信模块110、输入单元120、音频处理单元130、显示器160、电源170。值得注意的是，电子设备600也并不是必须要包括图6中所示的所有部件；此外，电子设备600还可以包括图6中没有示出的部件，可以参考现有技术。
如图6所示，中央处理器100有时也称为控制器或操作控件，可以包括微处理器或其他处理器装置和/或逻辑装置，该中央处理器100接收输入并控制电子设备600的各个部件的操作。
其中，存储器140，例如可以是缓存器、闪存、硬驱、可移动介质、易失性存储器、非易失性存储器或其它合适装置中的一种或更多种。可储存上述与失败有关的信息，此外还可存储执行有关信息的程序。并且中央处理器100可执行该存储器140存储的该程序，以实现信息存储或处理等。
输入单元120向中央处理器100提供输入。该输入单元120例如为按键或触摸输入装置。电源170用于向电子设备600提供电力。显示器160用于进行图像和文字等显示对象的显示。该显示器例如可为LCD显示器，但并不限于此。
该存储器140可以是固态存储器，例如，只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、SIM卡等。还可以是这样的存储器，其即使在断电时也保存信息，可被选择性地擦除且设有更多数据，该存储器的示例有时被称为EPROM等。存储器140还可以是某种其它类型的装置。存储器140包括缓冲存储器141(有时被称为缓冲器)。存储器140可以包括应用/功能存储部142，该应用/功能存储部142用于存储应用程序和功能程序或用于通过中央处理器100执行电子设备600的操作的流程。
存储器140还可以包括数据存储部143，该数据存储部143用于存储数据，例如联系人、数字数据、图片、声音和/或任何其他由电子设备使用的数据。存储器140的驱动程序存储部144可以包括电子设备的用于通信功能和/或用于执行电子设备的其他功能(如消息传送应用、通讯录应用等)的各种驱动程序。
通信模块110即为经由天线111发送和接收信号的发送机/接收机110。通信模块(发送机/接收机)110耦合到中央处理器100，以提供输入信号和接收输出信号，这可以和常规移动通信终端的情况相同。
基于不同的通信技术，在同一电子设备中，可以设置有多个通信模块110，如蜂窝网络模块、蓝牙模块和/或无线局域网模块等。通信模块(发送机/接收机)110还经由音频处理器130耦合到扬声器131和麦克风132，以经由扬声器131提供音频输出，并接收来自麦克风132的音频输入，从而实现通常的电信功能。音频处理器130可以包括任何合适的缓冲器、解码器、放大器等。另外，音频处理器130还耦合到中央处理器100，从而使得可以通过麦克风132能够在本机上录音，且使得可以通过扬声器131来播放本机上存储的声音。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种直井螺杆泵运行维护方法，其特征在于，所述方法包含：
监测直井螺杆泵的运行状态，根据所述运行状态分别采集预定的多个部件的运行参数，根据所述运行参数获得对应的失效部件信息；
根据所述失效部件信息采集对应部件的图像数据；
根据所述图像数据和预先构建的状态分析模型获得对应部件的状态数据，根据所述状态数据获得对应部件的失效诱因，并根据所述失效诱因获得预存的维护策略；
获取直井螺杆泵的历史运行数据中失效部件的状态数据，根据历史运行数据中失效部件的状态数据分析获得失效部件的一个或多个失效诱因；根据失效诱因建立对应的维护策略；
所述方法还包含：根据历史运行数据中失效部件的状态数据和图像数据通过学习算法构建状态分析模型；
根据历史运行数据中失效部件的状态数据和图像数据通过学习算法构建状态分析模型还包含：历史运行数据中失效部件的状态数据包含脱扣和撸扣；根据转子接头、定子接头、连接杆接头和油管接头的图像数据中螺纹的图像特征与所述脱扣和所述撸扣之间的关系，通过学习算法构建状态分析模型；
根据历史运行数据中失效部件的状态数据分析获得失效部件的一个或多个失效诱因还包含：所述失效诱因包含腐蚀流体、转子结垢、尾管脱落、排采故障、完井故障、制造故障、泵内供液不足、弹性体故障；将历史运行数据中失效部件的状态数据中螺杆泵的扭矩参数与预定阈值比较，当扭矩参数小于预定阈值时，所述失效诱因为腐蚀流体；当扭矩参数大于预定阈值时，获取螺杆泵的转子的图像数据，当螺杆泵的转子存在结垢特征时，所述失效诱因为转子结垢；当螺杆泵的转子不存在结垢特征时，获取螺杆泵内的物质组成；根据所述螺杆泵内的物质组成获得所述失效诱因。
2.根据权利要求1所述的直井螺杆泵运行维护方法，其特征在于，根据所述运行参数获得对应的失效部件信息包含：将所述运行参数与对应部件的预设工作阈值比较，根据比较结果获得对应的失效部件信息。
3.根据权利要求1所述的直井螺杆泵运行维护方法，其特征在于，所述失效部件包含直井螺杆泵的转子、定子、连接杆和油管；
其中，所述转子包含转子接头和转子体；
所述定子包含定子接头、弹性体和腔体；
所述连接杆包含连接杆接头、光杆和抽油杆；
所述油管包含油管接头和油管体。
4.根据权利要求1所述的直井螺杆泵运行维护方法，其特征在于，根据所述螺杆泵内的物质组成获得所述失效诱因包含：
当所述螺杆泵内的物质组成中煤粒占比高于预定阈值，且所述螺杆泵为间歇排采时，所述失效诱因为排采故障；或所述螺杆泵为连续排采时，所述失效诱因为尾管脱落；
当所述螺杆泵内的物质组成中泥沙占比高于预定阈值时，所述失效诱因为完井故障；
当所述螺杆泵内的物质组成中存在预定占比系数的固相时，获取所述螺杆泵的弹性体状态，当所述弹性体状态符合预定标准时，所述失效诱因为制造故障；当所述弹性体状态为膨胀状态时，所述失效诱因为弹性体故障；当所述弹性体状态为硬化状态时，所述失效诱因为泵内供液不足。
5.一种适用于权利要求1所述的直井螺杆泵运行维护方法的直井螺杆泵运行维护系统，其特征在于，所述系统包含：监测模块、采集模块和分析模块；
所述监测模块用于监测直井螺杆泵的运行状态，根据所述运行状态分别采集预定的多个部件的运行参数，根据所述运行参数获得对应的失效部件信息；
所述采集模块用于根据所述失效部件信息采集对应部件的图像数据；
所述分析模块用于根据所述图像数据和预先构建的状态分析模型获得对应部件的状态数据，根据对应部件的状态数据获得对应部件的失效诱因，并根据所述失效诱因获得预存的维护策略；
所述分析模块还用于：获取直井螺杆泵的历史运行数据中失效部件的状态数据，根据历史运行数据中失效部件的状态数据分析获得失效部件的一个或多个失效诱因；根据失效诱因建立对应的维护策略。
6.根据权利要求5所述的直井螺杆泵运行维护系统，其特征在于，所述系统还包含建模模块，所述建模模块用于根据历史运行数据中失效部件的状态数据和图像数据通过学习算法构建状态分析模型。
7.根据权利要求6所述的直井螺杆泵运行维护系统，其特征在于，所述建模模块还包含失效诱因识别单元；
所述失效诱因包含腐蚀流体、转子结垢、尾管脱落、排采故障、完井故障、制造故障、泵内供液不足、弹性体故障；
所述失效诱因识别单元用于将历史运行数据中失效部件的状态数据中螺杆泵的扭矩参数与预定阈值比较，当扭矩参数小于预定阈值时，识别所述失效诱因为腐蚀流体；当扭矩参数大于预定阈值时，获取螺杆泵的转子的图像数据，当螺杆泵的转子存在结垢特征时，识别所述失效诱因为转子结垢；当螺杆泵的转子不存在结垢特征时，获取螺杆泵内的物质组成；根据所述螺杆泵内的物质组成识别所述失效诱因。
8.根据权利要求7所述的直井螺杆泵运行维护系统，其特征在于，所述失效诱因识别单元还用于：
当所述螺杆泵内的物质组成中煤粒占比高于预定阈值，且所述螺杆泵为间歇排采时，识别所述失效诱因为排采故障；或所述螺杆泵为连续排采时，识别所述失效诱因为尾管脱落；
当所述螺杆泵内的物质组成中泥沙占比高于预定阈值时，识别所述失效诱因为完井故障；
当所述螺杆泵内的物质组成中存在预定占比系数的固相时，获取所述螺杆泵的弹性体状态，当所述弹性体状态符合预定标准时，识别所述失效诱因为制造故障；当所述弹性体状态为膨胀状态时，识别所述失效诱因为弹性体故障；当所述弹性体状态为硬化状态时，识别所述失效诱因为泵内供液不足。
9.根据权利要求5所述的直井螺杆泵运行维护系统，其特征在于，所述监测模块还包含定位单元，所述定位单元用于将所述运行参数与对应部件的预设工作阈值比较，根据比较结果获得对应的失效部件信息。
10.根据权利要求5所述的直井螺杆泵运行维护系统，其特征在于，所述采集模块包含转子图像采集单元、定子图像采集单元、连接杆图像采集单元和油管图像采集单元；
其中，所述转子图像采集单元包含转子接头采集传感器和转子体采集传感器；
所述定子图像采集单元包含定子接头采集传感器、弹性体采集传感器和腔体采集传感器；
所述连接杆图像采集单元包含连接杆接头采集传感器、光杆采集传感器和抽油杆采集传感器；
所述油管图像采集单元包含油管接头采集传感器和油管体采集传感器。
11.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至4任一所述方法。
12.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有执行权利要求1至4任一所述方法的计算机程序。
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