石油采油機械綜合性測試實驗裝置的設(shè)計和應(yīng)用

韓家員 周密 姜有云 梅軍華

摘要：在石油開采中，對采油機械有較高的要求，這就要求對采油機械進行綜合性測試實驗，其中，實驗裝置則是開展測試工作的前提，注重采油機械綜合性測試實驗裝置的設(shè)計，并將其應(yīng)用在實驗工作中，以保證采油機械具有良好的性能。

關(guān)鍵詞：石油開采；采油機械；綜合性測試；實驗裝置；設(shè)計

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，將石油采油機械綜合性測試實驗裝置作為一種新型的實驗平臺，充分體現(xiàn)了設(shè)計的實驗裝置的綜合性和多元化功能，使實驗裝置充分發(fā)揮其工作性能，以滿足時代發(fā)展的需求。本文則對石油采油機械綜合性測試實驗裝置的設(shè)計和應(yīng)用進行探討。

1.實驗裝置設(shè)計的主導(dǎo)思想

隨著時代的發(fā)展，傳統(tǒng)的實驗裝置已不能滿足時代的發(fā)展要求，注重實驗裝置的更新改造，設(shè)計石油機械綜合性測試實驗裝置，這就要求在設(shè)計中應(yīng)注重實驗裝置的先進性、及時性和經(jīng)濟性[1]。第一，先進性，在實驗室建設(shè)中，由于石油機械實驗裝置的專業(yè)性較強，費用成本也較高，若不采用先進的高水平測試手段，則可能難以滿足實驗室的各種實驗的特殊要求，因此，以先進性為主導(dǎo)思想，引進先進的高水平測試手段，從而研制出具有特色、有技術(shù)含量的實驗裝備；第二，及時性，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，采油機械教材內(nèi)容正在不斷調(diào)整，這就要求需要及時更新實驗設(shè)備來滿足理論課程的要求；第三，經(jīng)濟性，由于實驗裝置的專用性較強，成本費用也較高，這就給實驗室的建設(shè)帶來了一定的困難，然而，采用自制設(shè)備，則可以有效降低實驗室建設(shè)的成本。

2.實驗裝置介紹

針對石油采油機械綜合性測試實驗裝置的設(shè)計，其主要由變頻器、傳感器、液壓源、A/D、D/A模式控制器及計算機組成。分析實驗裝置的工作原理[3]，其測試對象可以為油糧式抽油機及其他類型抽油機，通過在計算機上操作自行編制的系統(tǒng)軟件，根據(jù)不同的實驗內(nèi)容選擇不同的驅(qū)動方式和加載型式，采用數(shù)字化測試的方式對其進行測試，其主要原因是數(shù)字化測試可以實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)和曲線的顯示。下面則對實驗裝置系統(tǒng)進行概述：

2.1抽油機加載系統(tǒng)

由于采油機械的抽油機的上沖載荷與下沖載荷存在一定的差異，若采用懸掛重物的方法，則根本不能真實反映抽油機上、下沖程載荷的變化情況，然而，設(shè)計抽油機加載系統(tǒng)，則可以有效克服這類問題，其可以將任何形狀的示功圖按不同荷載加載[2]。

2.2抽油機測試系統(tǒng)

抽油機測試系統(tǒng)主要包括靜動態(tài)應(yīng)變儀、示功圖及電參數(shù)等測試儀，這些儀器可以對示功圖、電參數(shù)等變量進行測試。

2.3抽油機驅(qū)動系統(tǒng)

抽油機驅(qū)動系統(tǒng)主要利用PLC控制技術(shù)來實現(xiàn)，利用PLC控制技術(shù)對交流變頻器進行控制，并驅(qū)動電機，從而實現(xiàn)了人工智能的驅(qū)動系統(tǒng)。由于人工智能系統(tǒng)具有自動化、智能化的特點，通過設(shè)計智能化、自動化的抽油機驅(qū)動系統(tǒng)，則可以根據(jù)不同的工況來選擇不同的運行速度，同時也可以實現(xiàn)自動停機、自動啟動的功能。

3.實驗項目開發(fā)功能和特點

3.1抽油機剛度及穩(wěn)定性測試

抽油機主要包括支架、連桿等主要部件，根據(jù)實驗要求選擇不同的加載及驅(qū)動方式，對抽油機各點的動態(tài)應(yīng)力值進行測試，充分體現(xiàn)出抽油機荷載與速度之間的關(guān)系，對有限元計算的準確性進行驗證，從而為石油采油機械的抽油機的設(shè)計提供參考依據(jù)。

3.2傳動功率及示功圖測試

針對電機的瞬時角速度，應(yīng)利用測速電機對其進行連續(xù)測量；然而，對于電機輸出軸的瞬時轉(zhuǎn)矩測量，則需要采用動態(tài)應(yīng)變儀進行連續(xù)測量；對于曲柄軸轉(zhuǎn)矩，則需要使用遙測儀連續(xù)測量。當(dāng)各個點的瞬時功率測量完成后，則需要對沖程內(nèi)的各個部件的功率進行測量，采用積分的計算方式，并計算由位移和拉力傳感器繪出的示功圖，最終計算出整個抽油機的工作效率。

3.3平衡性能測試

在平衡性能檢測實驗中，首先應(yīng)對電機輸入電參數(shù)進行測試，這就要求采用抽油機測功儀；其次，當(dāng)采集電路被計算機系統(tǒng)控制后，則需要采集抽油機的電壓及功率，獲得無功功率及上下沖程峰值電流等參數(shù)，將這些參數(shù)作為判斷抽油機平衡性能的依據(jù)，最終找到有效的解決辦法。

3.4數(shù)字化抽油機性能實驗

關(guān)于數(shù)字化抽油機性能實驗，其主要包括以下幾個方面：第一，利用系統(tǒng)采集的示功圖對抽油機進行自動加載，從而真實模擬抽油機現(xiàn)場工作的實際情況；第二，將無線載荷、位移傳感器安裝在抽油機上，其可以實現(xiàn)自動采集數(shù)據(jù)的功能，并且也可以繪制出加載后的抽油機示功圖，通過加載后的抽油機示功圖與加載前的示功圖進行對比，則可以驗證抽油機上安裝的無線載荷及位移傳感器的準確性、可靠性；第三，在油田采油井場，通過自動采集抽油機的運行數(shù)據(jù)，如懸重載荷、運行功率及抽油機示功圖等，則可以計算出抽油機產(chǎn)液量和動液面的數(shù)據(jù)，最終判斷出抽油機的運行情況；第四，關(guān)于抽油機電參數(shù)及遠程控制模塊，其不僅可以采集電壓、運行功率等參數(shù)，也可以實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換，將整理的數(shù)據(jù)傳輸至定點計算機，然而，在傳輸過程中，這些模塊還需接受定點計算機發(fā)出的控制指令，通過人工智能的方式，對抽油機的運行情況進行判斷，最終發(fā)出各種控制指令及指揮抽油機的運行方式。

4.結(jié)論

隨著采油機械課程內(nèi)容的不斷調(diào)整，傳統(tǒng)的實驗裝置已不能滿足社會的發(fā)展要求，設(shè)計石油采油機械綜合性測試實驗裝置，實現(xiàn)實驗裝置的智能化、自動化，將使實驗裝置在油田開采中發(fā)揮重要作用。

參考文獻：

[1]焦永利，高淑芹，胡靜.石油采油機械綜合性測試實驗裝置的設(shè)計和應(yīng)用[J]. 今日科苑，2014，02：123.

[2]職黎光，魏航信.石油采油機械綜合性測試實驗裝置研制與應(yīng)用[J]. 實驗技術(shù)與管理，2012，11：63-64.

[3]職黎光，魏航信.石油鉆機綜合性測試實驗裝置研制[J]. 實驗科學(xué)與技術(shù)，2013，02：186-188.

[4]蔣發(fā)光，梁政，張真，張梁.《采油機械》課程教學(xué)探索[J]. 中國科教創(chuàng)新導(dǎo)刊，2012，04：38-39.