王海軍，雷　鈞，周學(xué)軍，周國琴，張　莉

中國石油長慶油田分公司技術(shù)監(jiān)測中心（陜西西安710018）

數(shù)字化抽油機(jī)質(zhì)量與能效測評方法淺析

王海軍，雷鈞，周學(xué)軍，周國琴，張莉

中國石油長慶油田分公司技術(shù)監(jiān)測中心（陜西西安710018）

通過對數(shù)字化抽油機(jī)現(xiàn)場應(yīng)用存在問題的調(diào)查，對目前的數(shù)字化抽油機(jī)現(xiàn)場測試試驗(yàn)方法優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析，進(jìn)而對數(shù)字化抽油機(jī)質(zhì)量與能效測評的試驗(yàn)方法進(jìn)行優(yōu)化研究，推動數(shù)字化抽油機(jī)的產(chǎn)品質(zhì)量和能效水平的不斷提升，提升數(shù)字化抽油機(jī)的可靠性和適用性。

數(shù)字化抽油機(jī)；質(zhì)量與能效；測評

1　數(shù)字化抽油機(jī)應(yīng)用現(xiàn)狀

數(shù)字化抽油機(jī)是在游梁式抽油機(jī)上，融合了信息技術(shù)，嵌入了傳感器、集成電路、軟件和其他信息元器件，集成了油井功圖和電參數(shù)的采集和傳輸，具有沖次、平衡等參數(shù)隨工況自動調(diào)節(jié)的抽油機(jī)。

1.1數(shù)字化抽油機(jī)應(yīng)用效果

長慶油田自2011年全面推廣數(shù)字化抽油機(jī)以來，累計(jì)安裝使用數(shù)字化抽油機(jī)近2萬臺，占到抽油機(jī)總量的43%。通過數(shù)字化抽油機(jī)在現(xiàn)場的應(yīng)用情況看，數(shù)字化抽油機(jī)與工藝技術(shù)配套，大力推進(jìn)降機(jī)型、降桿徑、降泵徑、提效率等“三降一提”工作，數(shù)字化抽油機(jī)的機(jī)型在油田實(shí)現(xiàn)了普遍降低一個(gè)型號，負(fù)載率提高到70%左右；沖次配置范圍可達(dá)1.5～5次/min，變頻無級可調(diào)；抽油泵泵徑以Φ28mm和Φ32mm為主，泵效明顯提升；抽油機(jī)井平均系統(tǒng)效率從2011年的20.7%提高到2015年的21.6%。通過多年的應(yīng)用，數(shù)字化抽油機(jī)在節(jié)能降耗、提升效率方面成效顯著。

1.2數(shù)字化抽油機(jī)應(yīng)用中存在問題

通過近幾年的應(yīng)用實(shí)踐，并結(jié)合數(shù)字化抽油機(jī)現(xiàn)場測試試驗(yàn)，數(shù)字化抽油機(jī)在現(xiàn)場使用中還存在一些問題，制約著數(shù)字化抽油機(jī)功能的有效發(fā)揮。

1.2.1數(shù)字化抽油機(jī)機(jī)械部分存在的問題

數(shù)字化抽油機(jī)機(jī)械部分年發(fā)生故障10 000余臺次，對抽油機(jī)的正常運(yùn)行造成了很大的影響。具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1）擺動平衡式抽油機(jī)存在調(diào)平衡機(jī)構(gòu)易卡死、調(diào)平衡裝置固定銷釘易退出、調(diào)平衡裝置電機(jī)底座存在剪切現(xiàn)象、三條腿支架晃動大等問題。

2）移動平衡式抽油機(jī)受環(huán)境影響存在絲桿銹蝕問題。

3）減速箱存在漏油、異響、竄軸等現(xiàn)象。

1.2.2數(shù)字化抽油機(jī)控制部分存在的問題

數(shù)字化抽油機(jī)控制部分年故障近15 000臺次，致使抽油機(jī)的數(shù)字化功能喪失，系統(tǒng)不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)一步加大了維護(hù)成本。具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1）自動調(diào)平衡、調(diào)沖次等功能失效，數(shù)字化功能無法實(shí)現(xiàn)。

2）控制柜密封性差，不能有效防塵、防沙。

3）接觸器、繼電器、按鈕等電氣元件頻繁出現(xiàn)故障。

2　數(shù)字化抽油機(jī)現(xiàn)場測試試驗(yàn)方法分析

針對數(shù)字化抽油機(jī)在使用現(xiàn)場存在的問題，近年來通過開展現(xiàn)場測試試驗(yàn)來檢驗(yàn)其使用效果。

2.1數(shù)字化抽油機(jī)現(xiàn)場測試試驗(yàn)方法

數(shù)字化抽油機(jī)現(xiàn)場測試試驗(yàn)主要針對數(shù)字化抽油機(jī)在運(yùn)行中的數(shù)字化功能和能效水平。

2.1.1數(shù)字化功能測試

數(shù)字化功能測試方法依據(jù)Q/SYCQ 3421-2012《數(shù)字化抽油機(jī)技術(shù)規(guī)范》，對數(shù)據(jù)采集和傳輸、參數(shù)分析和調(diào)整、遠(yuǎn)程操作和控制等功能進(jìn)行本地功能測試和遠(yuǎn)程功能測試。重點(diǎn)考核運(yùn)行模式轉(zhuǎn)換、調(diào)平衡、調(diào)沖次、電參數(shù)及示功圖曲線采集等16項(xiàng)功能指標(biāo)是否達(dá)到數(shù)字化抽油機(jī)既定功能要求（表1）。

表1　數(shù)字化抽油機(jī)功能測試判定方法一覽表

2.1.2能效水平測試

能效水平測試分為節(jié)能指標(biāo)評價(jià)和節(jié)能效果測試兩個(gè)方面。

節(jié)能指標(biāo)評價(jià)依據(jù)GB/T 31453-2015《油田生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測規(guī)范》等標(biāo)準(zhǔn)要求［1］，對數(shù)字化抽油機(jī)應(yīng)遵循石油企業(yè)關(guān)于抽油機(jī)的節(jié)能監(jiān)測評價(jià)指標(biāo)，以達(dá)到抽油機(jī)節(jié)能運(yùn)行的目的。主要指標(biāo)包括抽油機(jī)井平衡度、機(jī)械采油井系統(tǒng)效率、電動機(jī)功率因數(shù)等參數(shù)。

節(jié)能指標(biāo)的測試依據(jù)SY/T 5264-2012《油田生產(chǎn)系統(tǒng)能耗測試和計(jì)算方法》［2］，利用電能測試儀、示功儀等儀器對正常運(yùn)行的數(shù)字化抽油機(jī)的主要生產(chǎn)參數(shù)進(jìn)行現(xiàn)場測試，以此計(jì)算數(shù)字化抽油機(jī)節(jié)能指標(biāo)，具體測試項(xiàng)目及方法見表2。

表2　數(shù)字化抽油機(jī)能耗水平測試項(xiàng)目及方法

節(jié)能效果測試依據(jù)SY/T 6422-2016《石油企業(yè)節(jié)能產(chǎn)品節(jié)能效果測定》［3］，對應(yīng)用數(shù)字化抽油機(jī)相對于常規(guī)抽油機(jī)的節(jié)能效果進(jìn)行測試，重點(diǎn)考核計(jì)算所得的節(jié)電率或節(jié)電量是否達(dá)到合同約定量。具體測算方法見表3。

2.2現(xiàn)場測試試驗(yàn)方法優(yōu)缺點(diǎn)分析

數(shù)字化抽油機(jī)現(xiàn)場測試試驗(yàn)方法可對數(shù)字化抽油機(jī)的數(shù)字化功能特點(diǎn)進(jìn)行較好的檢驗(yàn)，有效的發(fā)揮了數(shù)字化抽油機(jī)自動調(diào)平衡、調(diào)沖次等技術(shù)優(yōu)勢［4］。

但由于目前數(shù)字化抽油機(jī)現(xiàn)場測試方法受到試驗(yàn)?zāi)康牟煌?、現(xiàn)場條件限制等因素制約，還不能對數(shù)字化抽油機(jī)在使用中存在問題較多的項(xiàng)目進(jìn)行針對性的測試和診斷。

表3　數(shù)字化抽油機(jī)節(jié)能效果測定項(xiàng)目及方法

1）現(xiàn)場測試試驗(yàn)方法不能對數(shù)字化抽油機(jī)及附屬設(shè)備的產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，對數(shù)字化抽油機(jī)機(jī)械故障頻發(fā)的部件沒有針對性的試驗(yàn)評價(jià)。

2）現(xiàn)場測試試驗(yàn)方法還缺乏對極端運(yùn)行條件的長期試驗(yàn)，數(shù)字化抽油機(jī)的可靠性沒有得到有效的試驗(yàn)。

3）現(xiàn)場測試試驗(yàn)缺乏數(shù)字化抽油機(jī)機(jī)型以及與各種配套電機(jī)、智能控制柜的適用性評價(jià)。

3　數(shù)字化抽油機(jī)質(zhì)量與能效測評方法應(yīng)用

由于現(xiàn)場測試試驗(yàn)方法不能適應(yīng)數(shù)字化抽油機(jī)的產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)及能效評價(jià)的需求，應(yīng)建立一種數(shù)字化抽油機(jī)的質(zhì)量與能效測評系統(tǒng)，通過質(zhì)量與能效測評方法系統(tǒng)開展數(shù)字化抽油機(jī)的產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)、能效評價(jià)、可靠性分析及適用性研究［5］。

3.1開展產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)

數(shù)字化抽油機(jī)的產(chǎn)品性能質(zhì)量主要包括數(shù)字化抽油機(jī)的數(shù)字化功能和產(chǎn)品質(zhì)量。

3.1.1數(shù)字化功能測試

新安裝的數(shù)字化抽油機(jī)在現(xiàn)場進(jìn)行數(shù)字化功能的測試試驗(yàn)，對現(xiàn)場易發(fā)生故障致使不能實(shí)現(xiàn)數(shù)字化功能的項(xiàng)目可在質(zhì)量與能效仿真測評系統(tǒng)進(jìn)行反復(fù)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析，提出改進(jìn)建議。

3.1.2產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)

數(shù)字化抽油機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)應(yīng)分別對數(shù)字化抽油機(jī)、配套電機(jī)及控制柜的產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，其中配套電機(jī)應(yīng)依據(jù)電動機(jī)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)依托電機(jī)質(zhì)量與能效仿真測評系統(tǒng)進(jìn)行獨(dú)立的檢驗(yàn)。

1）數(shù)字化抽油機(jī)的產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)。依據(jù)GB/T 29021-2012《石油天然氣工業(yè)游梁式抽油機(jī)》的要求，利用抽油機(jī)質(zhì)量與能效仿真測評系統(tǒng)對數(shù)字化抽油機(jī)的39項(xiàng)整機(jī)性能質(zhì)量特征和零件外觀質(zhì)量開展批次抽樣檢驗(yàn)，重點(diǎn)對驢頭懸點(diǎn)投影、兩曲柄剪刀差、懸繩器與鋼絲繩連接強(qiáng)度、焊縫質(zhì)量等項(xiàng)目進(jìn)行檢驗(yàn)。通過對數(shù)字化抽油機(jī)關(guān)鍵質(zhì)量參數(shù)的抽檢，促進(jìn)進(jìn)入油田市場的數(shù)字化抽油機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量，降低現(xiàn)場使用故障率。

2）數(shù)字化抽油機(jī)控制柜質(zhì)量檢驗(yàn)方法。結(jié)合數(shù)字化功能測試，依據(jù)Q/SYCQ 3481-2014《數(shù)字化抽油機(jī)控制柜技術(shù)規(guī)范》，利用現(xiàn)場測試試驗(yàn)與質(zhì)量與能效仿真測評系統(tǒng)試驗(yàn)相結(jié)合的方式，開展控制柜絕緣檢測、靜電放電試驗(yàn)、快速瞬變脈沖群抗擾度試驗(yàn)、浪涌檢驗(yàn)、高低溫檢驗(yàn)及RTU、載荷位移傳感器、變頻器、元器件等質(zhì)量檢驗(yàn)。

3.2優(yōu)化能效評價(jià)

能效評價(jià)在現(xiàn)場測試試驗(yàn)進(jìn)行節(jié)能指標(biāo)評價(jià)和節(jié)能效果測試等能效水平測試的基礎(chǔ)上，對數(shù)字化抽油機(jī)的能效水平指標(biāo)方法進(jìn)行優(yōu)化拓展。

3.2.1優(yōu)化平衡度測試方法

在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)使用電流平衡度法進(jìn)行測試的基礎(chǔ)上，結(jié)合油田推廣使用功率平衡度法進(jìn)行測試和評判抽油機(jī)平衡度的實(shí)際，加入功率平衡度法測試評判方法，提高實(shí)用性。功率平衡度法測試方法見表4。

3.2.2增加經(jīng)濟(jì)運(yùn)行評價(jià)

依據(jù)SY/T 6374-2008《機(jī)械采油系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行規(guī)范》的要求，增加電動機(jī)功率利用率、排量系數(shù)等指標(biāo)，并與電動機(jī)功率因數(shù)、機(jī)采系統(tǒng)效率節(jié)能評價(jià)值一起對數(shù)字化抽油機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)運(yùn)行水平進(jìn)行綜合評價(jià)。經(jīng)濟(jì)運(yùn)行評價(jià)測試方法見表4。

3.2.3增加能效限定值評價(jià)

對數(shù)字化抽油機(jī)配套電機(jī)的電機(jī)效率進(jìn)行試驗(yàn)測試，評價(jià)其效率值是否達(dá)到GB 18613-2012《中小型三相異步電動機(jī)能效限定值及能效等級》范圍內(nèi)國家明令禁止的電機(jī)效率限定值要求，提升數(shù)字化抽油機(jī)配套電機(jī)的能效水平。對其他具有國家能效限定值標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化抽油機(jī)配套產(chǎn)品以此原則進(jìn)行試驗(yàn)評價(jià)。

3.3進(jìn)行可靠性分析

針對極端運(yùn)行的特殊情況，結(jié)合數(shù)字化抽油機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)，利用抽油機(jī)質(zhì)量與能效仿真測評系統(tǒng)開展抽油機(jī)過載失載條件下的性能試驗(yàn)，對導(dǎo)致抽油機(jī)停機(jī)和喪失數(shù)字化功能的關(guān)鍵參數(shù)項(xiàng)目進(jìn)行可靠性檢驗(yàn)分析統(tǒng)計(jì)，繪制可靠性運(yùn)行曲線圖，全面檢驗(yàn)抽油機(jī)的使用可靠性。

表4　數(shù)字化抽油機(jī)能效評價(jià)增加項(xiàng)目及方法

3.4探索適用性研究

采集不同機(jī)型數(shù)字化抽油機(jī)在油田不同生產(chǎn)區(qū)塊的油井示功圖、動液面、產(chǎn)液量、油氣比等主要生產(chǎn)參數(shù)，并在抽油機(jī)質(zhì)量與能效仿真測評系統(tǒng)之上進(jìn)行仿真模擬，通過不同機(jī)型抽油機(jī)、不同型號配套電機(jī)、不同類型控制柜之間的匹配試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，分析研究適應(yīng)各生產(chǎn)區(qū)塊的數(shù)字化抽油機(jī)機(jī)型及配套附屬設(shè)備。

4　認(rèn)識與結(jié)論

質(zhì)量與能效測評方法可填補(bǔ)現(xiàn)場測試試驗(yàn)不能開展質(zhì)量檢驗(yàn)的缺陷，可有效開展數(shù)字化抽油機(jī)的產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)、能效評價(jià)、可靠性試驗(yàn)及適應(yīng)性研究。結(jié)合油田數(shù)字化抽油機(jī)應(yīng)用現(xiàn)狀，應(yīng)通過質(zhì)量檢驗(yàn)與能效測評手段推動數(shù)字化抽油機(jī)的產(chǎn)品質(zhì)量與能效水平進(jìn)一步得到提升。

1）對新安裝的數(shù)字化抽油機(jī)應(yīng)在使用現(xiàn)場開展數(shù)字化功能測試，確保數(shù)字化抽油機(jī)充分發(fā)揮調(diào)平衡、自動優(yōu)化等功能。

2）利用抽油機(jī)質(zhì)量與能效仿真測評系統(tǒng)對數(shù)字化抽油機(jī)及其控制柜的產(chǎn)品質(zhì)量性能進(jìn)行批次抽測，提高進(jìn)入油田市場數(shù)字化抽油機(jī)的產(chǎn)品質(zhì)量。

3）利用現(xiàn)場測試試驗(yàn)與質(zhì)量與能效仿真測評相結(jié)合的方式開展數(shù)字化抽油機(jī)的節(jié)能指標(biāo)評價(jià)、節(jié)能效果測試、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行評價(jià)及能效限定值評價(jià)，提高數(shù)字化抽油機(jī)的運(yùn)行效率，降低能耗。

4）充分利用抽油機(jī)質(zhì)量與能效仿真測評系統(tǒng)開展數(shù)字化抽油機(jī)的可靠性分析試驗(yàn)，降低故障率，提高運(yùn)行完好率。

5）利用抽油機(jī)質(zhì)量與能效仿真測評系統(tǒng)探索開展數(shù)字化抽油機(jī)的油田適用性研究。

［1］全國石油天然氣標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.油田生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測規(guī)范：GB/T 31453-2015［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2015.

［2］石油工業(yè)節(jié)能節(jié)水專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.油田生產(chǎn)系統(tǒng)能耗測試和計(jì)算方法：SY/T 5264-2012［S］.北京：石油工業(yè)出版社，2012.

［3］石油工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會石油工業(yè)節(jié)能節(jié)水專標(biāo)委.石油企業(yè)用節(jié)能產(chǎn)品節(jié)能效果測定：SY/T 6422-2016［S］.北京：石油工業(yè)出版社，2016.

［4］馬建國.機(jī)械采油系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測與評價(jià)方法［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2014.

［5］吉效科，許麗，智勇.新型數(shù)字化抽油機(jī)的研制與應(yīng)用［J］.石油機(jī)械，2013，41（10）：96-99.

Based on the investigation of existing problems of digital oil pumping units in field application，the advantages and disadvan?tages of the current field test method for the digital pumping units are analyzed，and the test methods for the quality and energy efficien?cy evaluation of digital pumping units were optimized，in order to constantly improve the quality and energy efficiency level and the reli?ability and applicability of the digital pumping units.

digital pumping unit；quality and energy efficiency；evaluation method

王海軍（1981-），男，工程師，主要從事油氣田節(jié)能監(jiān)測工作。

本文編輯：路萍2016-06-25