分析石油采油機(jī)械綜合性測試實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)和應(yīng)用

許利軍　王華

摘 要：該文設(shè)計(jì)出了一種新型的石油采用機(jī)械綜合性測試實(shí)驗(yàn)裝置，這種裝置是對以往采油機(jī)械實(shí)驗(yàn)裝置的改革，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)裝置從單一性向多功能性、綜合性的轉(zhuǎn)變，從而更能適應(yīng)采油的需求和時代的發(fā)展要求。

關(guān)鍵詞：石油采油機(jī)械 綜合性測試 試驗(yàn)裝置 設(shè)計(jì)應(yīng)用

中圖分類號：TE933 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）09（c）-0071-02

作為一種新型的實(shí)驗(yàn)平臺，石油采油機(jī)械綜合性實(shí)驗(yàn)裝置，更好地使用了時代的發(fā)展和石油采油工作的新發(fā)展，為石油采油工作提供了準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。采油機(jī)械實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)也必須在先進(jìn)行思想的指導(dǎo)下開展，符合時代的發(fā)展趨勢。另外，由于一些石油機(jī)械實(shí)驗(yàn)設(shè)備的專業(yè)性強(qiáng)，而市場上的需求量又很小，幾乎買不到成品。因此，如果進(jìn)行定制，則費(fèi)用昂貴，研發(fā)的周期較長，可能無法使用實(shí)驗(yàn)室裝置的各種要求。在該文中從設(shè)計(jì)的主導(dǎo)思想、實(shí)驗(yàn)裝置介紹等方面分析了該命題。對最新研制的石油采油機(jī)械綜合測試和配套儀器進(jìn)行了分析，并開發(fā)設(shè)計(jì)了相應(yīng)的采油實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，積極的改變了原有的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，讓采油機(jī)械綜合性測試實(shí)驗(yàn)裝置提升到了綜合性、多功能的科研平臺。

1 采油機(jī)械綜合性測試實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想

由于當(dāng)前的石油采油測試試驗(yàn)裝置，無法適應(yīng)時代的發(fā)展，在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)以下列的思想為主要的指導(dǎo)思想。

1.1 及時性

自主研發(fā)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備可在實(shí)驗(yàn)室操作中及時得到應(yīng)用，可提高實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)的效率。但是由于當(dāng)前科學(xué)技術(shù)發(fā)展的速度較快，而高校專業(yè)課的理論內(nèi)容也在不斷的更新，更新速度較快。在這種新形勢下，則應(yīng)及時改進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，滿足新課程教學(xué)目標(biāo)的需要。對于高水平的實(shí)驗(yàn)手段，主要來源于實(shí)驗(yàn)室，可從市場上采購得到。因此，需積極自主研發(fā)實(shí)驗(yàn)室裝置。

1.2 經(jīng)濟(jì)性

實(shí)驗(yàn)教學(xué)所需的設(shè)備為先進(jìn)教學(xué)產(chǎn)品，價格較高，但是一些設(shè)備的需求量小，但是專業(yè)性較強(qiáng)。由于高校的資金不足，當(dāng)前只能選擇價格低、質(zhì)量差的設(shè)備。

2 采油測試實(shí)驗(yàn)裝置概況

采油測試實(shí)驗(yàn)裝置包括下面幾個方面。

2.1 驅(qū)動系統(tǒng)

抽油機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)中，PLC系統(tǒng)控制交流變頻器為驅(qū)動電機(jī)，這種電機(jī)具有良好的人工智能能力。在正常工作中，可分析和判斷實(shí)際的工作狀況，可按照實(shí)際的實(shí)際情況，自動停止或者啟動。

2.2 加載系統(tǒng)

由于抽油機(jī)加載系統(tǒng)的上、下沖程在荷載量上有著很大的區(qū)別，因此，在通常情況下，懸掛重物不能夠真實(shí)反映荷載變化的實(shí)際情況、真實(shí)數(shù)據(jù)。不過由于加載系統(tǒng)可有效克服上述不足，因此，可把任何形狀的示功能圖進(jìn)行加載。

2.3 測試系統(tǒng)

抽油機(jī)的測試系統(tǒng)包括示功圖測試儀和靜動態(tài)應(yīng)變儀和電參數(shù)測試儀等。因此，可針對荷載、電子參數(shù)和應(yīng)力等進(jìn)行有效的測試。

測試對象為游梁式抽油機(jī)，同樣可為其它類型的抽油機(jī)。在使用過程中，編制的系統(tǒng)軟件可在微機(jī)上操作，根據(jù)試驗(yàn)的相關(guān)要求合理選擇加載型式和驅(qū)動方式。在實(shí)驗(yàn)過程中，可開展數(shù)字化測試，顯示出數(shù)據(jù)與曲線。

3 石油采油機(jī)械綜合性測試實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目特點(diǎn)與功能

3.1 強(qiáng)度、穩(wěn)定性與剛度

抽油機(jī)的重要部位包括游梁、支架和連桿等，在這些部位貼上應(yīng)變片，之后按照不同的位置，合理選擇驅(qū)動方式與加載方式。首先測試出每個點(diǎn)的動態(tài)應(yīng)力值、荷載之間的相互關(guān)系和抽油機(jī)的加載速度等，主要的目的為驗(yàn)證有限元的精準(zhǔn)度，從而為抽油機(jī)參數(shù)提供準(zhǔn)確的依據(jù)。

3.2 傳動效率、功率和示功圖

電機(jī)瞬時角速度，需用測速電機(jī)來測算，而使用遙測儀測試曲柄軸的轉(zhuǎn)矩，使用動態(tài)應(yīng)變儀測算電機(jī)輸出軸的瞬時轉(zhuǎn)矩。在測算過程中，采用積分法計(jì)算1個沖程中的1個小部件的功率，之后再進(jìn)行計(jì)算位移與拉力傳感器的示功圖，便可得到抽油機(jī)的效率與抽油桿工作時的功值。

3.3 平衡性

通過抽油機(jī)測功儀來測試電機(jī)輸入?yún)?shù)，之后可有效采集電路的電流、功率和電壓等。而數(shù)據(jù)的計(jì)算，主要是無功功率、功率因素和上下沖程峰值電流等參數(shù)的計(jì)算，在詳細(xì)的分析和計(jì)算后，便可分析和判斷出抽油機(jī)的平衡性。如果不平衡，則可找出相應(yīng)的解決辦法。

3.4 數(shù)字化抽油機(jī)的性能測試

數(shù)字化抽油機(jī)具有數(shù)據(jù)采集與遠(yuǎn)程控制能力，是一種新型的抽油機(jī)。這種新型抽油機(jī)的性能主要包括以下三個方面：

（1）在油田采油井內(nèi)，自動采集抽油機(jī)運(yùn)動數(shù)據(jù)、井口套壓數(shù)據(jù)、油壓數(shù)據(jù)，以及光桿位移數(shù)據(jù)和懸重荷載數(shù)據(jù)等，在詳細(xì)的規(guī)劃之后，可繪制出抽油機(jī)的示功圖，從而自動計(jì)算出抽油機(jī)動液面、產(chǎn)液量數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)對于反映抽油機(jī)的采油性能情況具有很重要的意義。

（2）在抽油機(jī)的上方安裝無線荷載、位移傳感器等，可實(shí)現(xiàn)所需數(shù)據(jù)的自動采集，且可自動繪制施加荷載之后的抽油機(jī)示功圖，并對比施加荷載前后的示功圖，從而分析和判斷無線荷載與位移傳感器是否具有合理性與準(zhǔn)確性。

（3）把采集到的示功圖加載到抽油機(jī)上，以此來仿真模擬抽油機(jī)的實(shí)際生產(chǎn)情況。抽油機(jī)的遠(yuǎn)程電參數(shù)和遠(yuǎn)程控制模塊，具有采集位移數(shù)據(jù)、荷載數(shù)據(jù)和壓力數(shù)據(jù)等電機(jī)參數(shù)的詳細(xì)功能，并通過專業(yè)的A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成位移、荷載和壓力等數(shù)據(jù)。通過數(shù)據(jù)的自動打包與數(shù)據(jù)處理，在網(wǎng)絡(luò)傳輸模式上，把數(shù)據(jù)傳輸?shù)街付ǖ挠?jì)算機(jī)上。同時，由于這些數(shù)據(jù)受各項(xiàng)控制指令的控制，可人為判斷方式，按照啟動之后來發(fā)布各項(xiàng)控制指令，確定抽油機(jī)的運(yùn)行方式。采用這種閉環(huán)控制試驗(yàn)，可檢測出數(shù)字化抽油機(jī)的性能是否可靠，運(yùn)行狀態(tài)是否可靠等。

通過上述分析，我們明確了石油采油機(jī)械綜合性測試實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)內(nèi)容，在實(shí)際的應(yīng)用中，受到了良好的應(yīng)用效果，在改善科研環(huán)境和條件方面，具有很重要的意義。在長期的科研實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面，一些新的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目不斷被研發(fā)出來，像交流變頻器應(yīng)用試驗(yàn)、拉壓傳感器、位移傳感器試驗(yàn)和抽油機(jī)振動測試與故障診斷等。

4 結(jié)語

當(dāng)前，隨著石油生產(chǎn)條件的復(fù)雜化，給采油機(jī)械綜合性實(shí)驗(yàn)裝置提出了更高的要求，這就要求積極研發(fā)實(shí)驗(yàn)新裝置，以滿足生產(chǎn)的需要。這就要求在研發(fā)之前，首先明確設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，遵循一定的原則。石油采油性能試驗(yàn)裝置，目前實(shí)現(xiàn)了從單一向綜合的轉(zhuǎn)變。

參考文獻(xiàn)

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