馮曉輝，徐 浩，杜 業(yè)

（渤海石油裝備（天津）新世紀(jì)機(jī)械制造有限公司，天津 300280）

0 引言

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前國(guó)內(nèi)油井?dāng)?shù)量約25 萬(wàn)口，其中游梁式抽油機(jī)井占70%以上，其無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間的長(zhǎng)短，直接影響到油田的管理成本和運(yùn)行成本，甚至影響到油田的產(chǎn)量。以往抽油機(jī)制造廠在對(duì)抽油機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，多是在驢頭位置懸掛重砣進(jìn)行試驗(yàn)，無(wú)法模擬抽油機(jī)現(xiàn)場(chǎng)交變載荷的工況；而少數(shù)科研院所對(duì)抽油機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，采用的是水井+水循環(huán)系統(tǒng)加載進(jìn)行試驗(yàn)，但存在投資大、工藝復(fù)雜、占地面積大等問(wèn)題，無(wú)法進(jìn)行推廣。抽油機(jī)拖動(dòng)裝置制造商在對(duì)拖動(dòng)裝置進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)有兩種情況：一是拖動(dòng)裝置重新設(shè)計(jì)或更改工藝時(shí)進(jìn)行型式試驗(yàn)；二是常規(guī)出廠試驗(yàn)，只對(duì)常規(guī)參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)。為了能夠?qū)崿F(xiàn)抽油機(jī)加載和拖動(dòng)裝置一體化試驗(yàn)，介紹一種抽油機(jī)與抽油機(jī)拖動(dòng)裝置一體化的加載試驗(yàn)系統(tǒng)，以滿足模擬油田工況的情況下，對(duì)抽油機(jī)和拖動(dòng)裝置同時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)，保證設(shè)備的質(zhì)量。

1 系統(tǒng)原理

試驗(yàn)系統(tǒng)由加載系統(tǒng)（液壓馬達(dá)及液壓油源）、無(wú)線角位移傳感器、無(wú)線負(fù)載傳感器、RTU（Remote Terminal Unit，遠(yuǎn)程終端單元）（或PLC）、主控制器、振動(dòng)檢測(cè)儀、溫度檢測(cè)儀等組成，如圖1 所示。通過(guò)載系統(tǒng)來(lái)模擬油田現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際工況，實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)的交變載荷，并可模擬現(xiàn)場(chǎng)負(fù)荷減少、負(fù)荷增加、卡井等突發(fā)工況；通過(guò)一體化控制系統(tǒng)可以監(jiān)測(cè)抽油機(jī)的沖程、沖次、懸點(diǎn)載荷、平衡度、振動(dòng)等參數(shù)，同時(shí)可以監(jiān)測(cè)拖動(dòng)裝置的運(yùn)行電壓、電流、溫度、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)等參數(shù)；遠(yuǎn)程傳輸裝置和中控試驗(yàn)臺(tái)，可以對(duì)拖動(dòng)裝置的遠(yuǎn)程啟停、遠(yuǎn)程故障報(bào)警、示功圖顯示等功能進(jìn)行檢測(cè)。

2 系統(tǒng)組成

2.1 加載系統(tǒng)

鋼絲繩滾筒通過(guò)支架用地錨固定在地基上，鋼絲繩滾筒通過(guò)軸承在支架上滾動(dòng)來(lái)收緊或放松鋼絲繩。通過(guò)液壓伺服馬達(dá)給滾筒施加力矩載荷，給鋼絲繩施加拉力載荷（圖2）。伺服壓力控制單元給馬達(dá)提供精確的液壓壓力，光電碼盤檢測(cè)位置及速度，實(shí)現(xiàn)模擬油田現(xiàn)場(chǎng)交變載荷的工況；通過(guò)伺服控制單元還可以隨時(shí)增加或減小液壓壓力，模擬油田現(xiàn)場(chǎng)載荷不均勻和軟卡的工況，使試驗(yàn)條件接近油田現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行工況。

圖1 一體化加載試驗(yàn)系統(tǒng)組成

圖2 加載系統(tǒng)（液壓馬達(dá)）

2.2 抽油機(jī)檢測(cè)

（1）沖次檢測(cè)。RTU 通過(guò)角位移傳感器采集數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算顯示抽油機(jī)運(yùn)行沖次并上傳至主控制器。

（2）沖程檢測(cè)。RTU 通過(guò)角位移傳感器采集數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算顯示抽油機(jī)運(yùn)行沖程并上傳至主控制器，主控制器程序?qū)?shí)際沖程和設(shè)計(jì)沖程進(jìn)行對(duì)比，并判定是否合格。

（3）懸點(diǎn)載荷。RTU 通過(guò)載荷傳感器采集數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算顯示抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷并上傳至主控制器。

（4）平衡度檢測(cè)。RTU 通過(guò)電量采集模塊采集電流信號(hào)，通過(guò)角位移傳感器采集上下行信號(hào)，通過(guò)對(duì)上下行電流的計(jì)算顯示抽油機(jī)的平衡度并上傳至主控制器。

（5）振動(dòng)檢測(cè)。通過(guò)振動(dòng)傳感器將抽油機(jī)的實(shí)際振動(dòng)值上傳至主控制器，主控制器程序?qū)?shí)際振動(dòng)值和設(shè)計(jì)值進(jìn)行對(duì)比，并判定是否合格。

（6）根據(jù)不同的需求，還可以增加減速箱凈扭矩、調(diào)平衡電機(jī)（自動(dòng)調(diào)平衡抽油機(jī)）相關(guān)參數(shù)等項(xiàng)目的檢測(cè)。

2.3 拖動(dòng)裝置檢測(cè)

（1）過(guò)壓、欠壓保護(hù)。通過(guò)調(diào)壓變壓器對(duì)電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，模擬油田現(xiàn)場(chǎng)過(guò)壓、欠壓的工況。拖動(dòng)裝置通過(guò)對(duì)電壓的監(jiān)測(cè)，與內(nèi)設(shè)保護(hù)限值（一般為額定電壓依20%）對(duì)比，高于保護(hù)限值則為過(guò)壓保護(hù)，反之為欠壓保護(hù)，通過(guò)拖動(dòng)裝置是否進(jìn)行保護(hù)動(dòng)作判定是否合格。

（2）過(guò)載保護(hù)。通過(guò)調(diào)整液壓馬達(dá)加載系統(tǒng)，模擬現(xiàn)場(chǎng)卡井或負(fù)載超過(guò)電動(dòng)機(jī)額定負(fù)載的工況。拖動(dòng)裝置實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電流，當(dāng)出現(xiàn)電流突變且超出電動(dòng)機(jī)設(shè)定保護(hù)電流值時(shí)，進(jìn)行過(guò)載保護(hù)，通過(guò)拖動(dòng)裝置是否進(jìn)行保護(hù)動(dòng)作判定是否合格。

（3）缺相保護(hù)。在主電源任意一相安裝一個(gè)接觸器，通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)或帶自鎖的按鈕開(kāi)關(guān)控制接觸器線圈，實(shí)現(xiàn)模擬缺相的工況。拖動(dòng)裝置通過(guò)對(duì)三相電源的監(jiān)測(cè)，當(dāng)出現(xiàn)某相無(wú)電壓（電流）或電壓（電流）過(guò)低時(shí)，則缺相保護(hù)，通過(guò)拖動(dòng)裝置是否進(jìn)行保護(hù)動(dòng)作判定是否合格。

（4）過(guò)熱保護(hù)。對(duì)拖動(dòng)裝置過(guò)熱保護(hù)端子短接，在短接線上連接一個(gè)兩位轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)或帶自鎖按鈕開(kāi)關(guān)，通過(guò)開(kāi)關(guān)的通斷來(lái)模擬過(guò)熱保護(hù)繼電器通斷（電動(dòng)機(jī)是否過(guò)熱）的工況。當(dāng)斷開(kāi)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)或按下自鎖按鈕后，過(guò)熱保護(hù)，通過(guò)拖動(dòng)裝置是否進(jìn)行保護(hù)動(dòng)作判定是否合格。

（5）主電機(jī)運(yùn)行參數(shù)。數(shù)字化節(jié)能控制器檢測(cè)主電機(jī)運(yùn)行電流、電壓，通過(guò)RTU（或PLC）上傳主控制器，主控制器通過(guò)對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電流、電壓進(jìn)行計(jì)算，實(shí)現(xiàn)有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)等參數(shù)的監(jiān)測(cè)。

2.4 遠(yuǎn)程監(jiān)控

抽油機(jī)拖動(dòng)裝置與遠(yuǎn)程傳輸裝置進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)中控室對(duì)抽油機(jī)、拖動(dòng)裝置、調(diào)平衡電動(dòng)機(jī)（自動(dòng)調(diào)平衡抽油機(jī)）運(yùn)行情況的遠(yuǎn)程監(jiān)控，中控室主控臺(tái)顯示抽油機(jī)整體的各種數(shù)據(jù)參數(shù)（電壓、電流、沖程、沖次、平衡度、懸點(diǎn)載荷、示功圖等），并可通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備檢測(cè)拖動(dòng)裝置的遠(yuǎn)程啟停、故障報(bào)警等功能，同時(shí)可以檢測(cè)抽油機(jī)運(yùn)行情況遠(yuǎn)程傳輸、調(diào)平衡電機(jī)的遠(yuǎn)程啟停、示功圖上傳等功能。

2.5 對(duì)比試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)兩種不同型號(hào)電機(jī)拖動(dòng)同一臺(tái)抽油機(jī)時(shí)的對(duì)比試驗(yàn)，并且排除電機(jī)拆卸、更換過(guò)程中對(duì)工況的改變因素，可以在試驗(yàn)臺(tái)電機(jī)位置延伸出另一個(gè)電機(jī)的安裝位置，2 臺(tái)電機(jī)采用特制的靠背輪式皮帶輪連接，一臺(tái)電機(jī)停機(jī)后啟動(dòng)另一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，根據(jù)主控制器采集數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。需要注意：2 臺(tái)電機(jī)在控制上必須進(jìn)行互鎖保護(hù)，保證同一時(shí)間內(nèi)只有一臺(tái)電機(jī)通電運(yùn)行。

3 結(jié)束語(yǔ)

抽油機(jī)與拖動(dòng)裝置一體化加載試驗(yàn)系統(tǒng)，是在模擬油田現(xiàn)場(chǎng)工況的情況下對(duì)抽油機(jī)和拖動(dòng)裝置進(jìn)行整體試驗(yàn)，使抽油機(jī)制造廠和拖動(dòng)裝置制造廠能夠取得更加貼近油田現(xiàn)場(chǎng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)于產(chǎn)品的的設(shè)計(jì)優(yōu)化具有重要意義，同時(shí)能有效提高抽油機(jī)和拖動(dòng)裝置運(yùn)行的可靠性，保證油田的生產(chǎn)運(yùn)行。