一种基于井下永久电缆状态感知的采油设备故障预警方法与流程

本发明涉及油气井采油设备运行状态监测，特别是涉及一种基于井下永久电缆状态感知的采油设备故障预警方法。

背景技术：

1、采油设备在井下连续运行时，地面控制柜、井下电机、泵体、传感器和井下永久电缆共同构成生产运行链路。采油设备故障预警通常以运行电流、运行电压、运行频率、电机温度、泵入口压力、泵出口压力等运行参数为判断依据。中国专利cn111461551b公开了一种基于深度学习和spc准则的电潜泵故障预警方法，该方法获取电潜泵监测参数，估算待评估电潜泵的监测参数值，计算电潜泵监测参数当前状态与正常状态之间的差距，并根据电潜泵健康度判断电潜泵运行是否异常。该类方案能够利用电潜泵运行参数反映设备运行状态，适用于采油设备故障预警场景。

2、井下永久电缆承担井下采油设备的供电和信号传输功能。电缆对地绝缘电阻、泄漏电流和电缆接头温度等状态参数会影响井下供电链路的稳定性。中国专利cn110261659a公开了一种潜油电泵机组的泄漏电流的监控系统及方法，通过闭环霍尔电流传感器检测电缆铠皮中的泄漏电流，并将泄漏电流与阈值进行比较后报警。中国专利cn105116300a公开了一种井下电缆绝缘在线监测系统，通过低频电压源、霍尔电流传感器、信号调理电路和处理模块检测电缆绝缘状态，并在电缆绝缘异常时输出报警。上述技术表明，井下永久电缆的电气状态已经能够通过绝缘监测、泄漏电流监测等方式进行在线感知。

3、但是，现有采油设备故障预警技术主要根据采油设备运行参数输出设备异常判断，现有井下电缆监测技术主要根据电缆状态参数输出电缆异常报警。两类判断结果通常相互独立。采油设备运行参数出现异常波动时，现有技术难以利用井下永久电缆状态对采油设备故障预警结果进行修正，也难以区分电缆劣化型预警、设备本体故障预警和电缆诱发型采油设备故障预警。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于井下永久电缆状态感知的采油设备故障预警方法，可解决井下永久电缆异常报警和采油设备故障预警相互独立导致预警原因归属不清的问题，实现电缆劣化型、设备本体故障型和电缆诱发型采油设备故障的区分预警。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种基于井下永久电缆状态感知的采油设备故障预警方法，包括：

4、获取同一采油井在同一监测时段内形成对应关系的井下永久电缆状态数据和采油设备运行数据；井下永久电缆状态数据包括用于表征电缆绝缘劣化状态和供电异常状态中的至少一种状态的电缆状态参数；采油设备运行数据包括用于表征采油设备运行偏离的设备运行参数；

5、根据井下永久电缆状态数据相对于电缆基准状态数据的偏离程度，生成电缆劣化系数；

6、根据采油设备运行数据相对于设备基准运行数据的偏离程度，生成设备异常指标；

7、基于电缆劣化系数，对设备异常指标以及与设备异常指标对应的预警阈值中的至少一者进行修正，生成修正预警判断结果；

8、在修正预警判断结果表征满足采油设备预警条件的情况下，根据电缆劣化系数与预设的电缆劣化条件之间的匹配结果，以及设备异常指标与预设的设备异常条件之间的匹配结果，生成采油设备故障预警信息；

9、采油设备故障预警信息按照下列方式确定：在电缆劣化系数满足预设的电缆劣化条件且设备异常指标未满足预设的设备异常条件时，将采油设备故障预警信息确定为电缆劣化型预警信息；在电缆劣化系数未满足预设的电缆劣化条件且设备异常指标满足预设的设备异常条件时，将采油设备故障预警信息确定为设备本体故障预警信息；在电缆劣化系数满足预设的电缆劣化条件且设备异常指标满足预设的设备异常条件时，将采油设备故障预警信息确定为电缆诱发型采油设备故障预警信息。

10、优选地，获取同一采油井在同一监测时段内形成对应关系的井下永久电缆状态数据和采油设备运行数据，包括：

11、确定同一采油井的监测时段；

12、在监测时段内获取井下永久电缆状态数据和采油设备运行数据；

13、以监测时段为关联单位，建立井下永久电缆状态数据和采油设备运行数据之间的对应关系。

14、优选地，电缆状态参数包括电缆对地绝缘电阻、电缆泄漏电流、电缆接头温度、电缆沿线温度变化量和电缆供电压降中的至少两项。

15、优选地，设备运行参数包括运行电流、运行电压、运行频率、电机温度、泵入口压力、泵出口压力和泵压差中的至少两项。

16、优选地，根据井下永久电缆状态数据相对于电缆基准状态数据的偏离程度，生成电缆劣化系数，包括：

17、从电缆基准状态数据中确定与各电缆状态参数对应的电缆基准参数；

18、根据各电缆状态参数相对于对应的电缆基准参数的偏离方向和偏离幅度，确定各电缆状态参数的电缆参数偏离量；

19、根据各电缆参数偏离量和各电缆状态参数对应的电缆权重，生成电缆劣化系数。

20、优选地，根据各电缆状态参数相对于对应的电缆基准参数的偏离方向和偏离幅度，确定各电缆状态参数的电缆参数偏离量，包括：

21、当电缆状态参数为电缆对地绝缘电阻时，根据电缆对地绝缘电阻低于对应的电缆基准参数的程度，确定对应的电缆参数偏离量；

22、当电缆状态参数为电缆泄漏电流、电缆接头温度、电缆沿线温度变化量或电缆供电压降时，根据电缆状态参数高于对应的电缆基准参数的程度，确定对应的电缆参数偏离量。

23、优选地，根据采油设备运行数据相对于设备基准运行数据的偏离程度，生成设备异常指标，包括：

24、从设备基准运行数据中确定与各设备运行参数对应的设备基准参数；

25、根据各设备运行参数相对于对应的设备基准参数的偏离幅度，确定各设备运行参数的设备参数偏离量；

26、根据各设备参数偏离量和各设备运行参数对应的设备权重，生成设备异常指标。

27、优选地，基于电缆劣化系数，对设备异常指标以及与设备异常指标对应的预警阈值中的至少一者进行修正，生成修正预警判断结果，包括：

28、根据电缆劣化系数确定预警修正量，预警修正量随电缆劣化系数的增大而增大；

29、采用下列至少一种修正方式执行修正处理：利用预警修正量对设备异常指标进行修正，得到修正设备异常指标；利用预警修正量对与设备异常指标对应的预警阈值进行修正，得到修正预警阈值；

30、在得到修正设备异常指标且未得到修正预警阈值的情况下，根据修正设备异常指标与预警阈值之间的比较结果，生成修正预警判断结果；

31、在得到修正预警阈值且未得到修正设备异常指标的情况下，根据设备异常指标与修正预警阈值之间的比较结果，生成修正预警判断结果；

32、在同时得到修正设备异常指标和修正预警阈值的情况下，根据修正设备异常指标与修正预警阈值之间的比较结果，生成修正预警判断结果。

33、优选地，在修正预警判断结果表征满足采油设备预警条件的情况下，根据电缆劣化系数与预设的电缆劣化条件之间的匹配结果，以及设备异常指标与预设的设备异常条件之间的匹配结果，生成采油设备故障预警信息，包括：

34、判断电缆劣化系数是否满足预设的电缆劣化条件，得到电缆匹配结果；

35、判断设备异常指标是否满足预设的设备异常条件，得到设备匹配结果；

36、根据电缆匹配结果和设备匹配结果，生成采油设备故障预警信息。

37、优选地，根据电缆匹配结果和设备匹配结果，生成采油设备故障预警信息，包括：

38、在电缆匹配结果表征电缆劣化系数满足预设的电缆劣化条件，且设备匹配结果表征设备异常指标未满足预设的设备异常条件时，生成电缆劣化型预警信息；

39、在电缆匹配结果表征电缆劣化系数未满足预设的电缆劣化条件，且设备匹配结果表征设备异常指标满足预设的设备异常条件时，生成设备本体故障预警信息；

40、在电缆匹配结果表征电缆劣化系数满足预设的电缆劣化条件，且设备匹配结果表征设备异常指标满足预设的设备异常条件时，生成电缆诱发型采油设备故障预警信息。

41、本发明公开了以下有益效果：

42、本发明通过获取同一采油井在同一监测时段内形成对应关系的井下永久电缆状态数据和采油设备运行数据，使井下永久电缆状态与采油设备运行偏离处于同一判断基础，避免电缆状态监测结果与采油设备预警结果相互独立而难以共同参与故障判断；通过根据井下永久电缆状态数据相对于电缆基准状态数据的偏离程度生成电缆劣化系数，并根据采油设备运行数据相对于设备基准运行数据的偏离程度生成设备异常指标，使电缆绝缘劣化状态、供电异常状态与采油设备运行偏离分别形成可参与后续判断的量化依据；通过基于电缆劣化系数对设备异常指标以及与设备异常指标对应的预警阈值中的至少一者进行修正，生成修正预警判断结果，使采油设备预警判断不再仅依赖设备运行参数本身，能够将井下永久电缆状态对采油设备运行偏离的影响纳入预警判断；在修正预警判断结果表征满足采油设备预警条件的情况下，再根据电缆劣化系数与预设的电缆劣化条件之间的匹配结果，以及设备异常指标与预设的设备异常条件之间的匹配结果，生成采油设备故障预警信息，能够在同一预警判断过程中区分电缆劣化型预警信息、设备本体故障预警信息和电缆诱发型采油设备故障预警信息，从而针对背景技术中电缆异常报警与采油设备故障预警相互独立的问题，减少因井下永久电缆劣化导致的预警原因归属不清，并使至少三种预警类型具有明确的判定依据。