數(shù)字化抽油機質(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）

數(shù)字化抽油機質(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)字化抽油機現(xiàn)場測試試驗方法優(yōu)缺點進行分析，進而對數(shù)字化抽油機質(zhì)量與能效測評的試驗方法進行優(yōu)化研究，推動數(shù)字化抽油機的產(chǎn)品質(zhì)量和能效水平的不斷提升，提升數(shù)字化抽油機的可靠性和適用性。

數(shù)字化抽油機；質(zhì)量與能效；測評

1　數(shù)字化抽油機應(yīng)用現(xiàn)狀

數(shù)字化抽油機是在游梁式抽油機上，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。

1.1數(shù)字化抽油機應(yīng)用效果

長慶油田自2011年全面推廣數(shù)字化抽油機以來，累計安裝使用數(shù)字化抽油機近2萬臺，占到抽油機總量的43%。通過數(shù)字化抽油機在現(xiàn)場的應(yīng)用情況看，數(shù)字化抽油機與工藝技術(shù)配套，大力推進降機型、降桿徑、降泵徑、提效率等“三降一提”工作，數(shù)字化抽油機的機型在油田實現(xiàn)了普遍降低一個型號，負載率提高到70%左右；沖次配置范圍可達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)字化抽油機應(yīng)用中存在問題

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

1.2.1數(shù)字化抽油機機械部分存在的問題

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

1）擺動平衡式抽油機存在調(diào)平衡機構(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)字化抽油機控制部分存在的問題

數(shù)字化抽油機控制部分年故障近15 000臺次，致使抽油機的數(shù)字化功能喪失，系統(tǒng)不能正常運轉(zhuǎn)，進一步加大了維護成本。具體體現(xiàn)在以下幾個方面：

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)字化抽油機現(xiàn)場測試試驗方法分析

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

2.1數(shù)字化抽油機現(xiàn)場測試試驗方法

數(shù)字化抽油機現(xiàn)場測試試驗主要針對數(shù)字化抽油機在運行中的數(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、遠程操作和控制等功能進行本地功能測試和遠程功能測試。重點考核運行模式轉(zhuǎn)換、調(diào)平衡、調(diào)沖次、電參數(shù)及示功圖曲線采集等16項功能指標是否達到數(shù)字化抽油機既定功能要求（表1）。

表1　數(shù)字化抽油機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)能指標評價和節(jié)能效果測試兩個方面。

節(jié)能指標評價依據(jù)GB/T 31453-2015《油田生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測規(guī)范》等標準要求［1］，對數(shù)字化抽油機應(yīng)遵循石油企業(yè)關(guān)于抽油機的節(jié)能監(jiān)測評價指標，以達到抽油機節(jié)能運行的目的。主要指標包括抽油機井平衡度、機械采油井系統(tǒng)效率、電動機功率因數(shù)等參數(shù)。

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

表2　數(shù)字化抽油機能耗水平測試項目及方法

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)字化抽油機相對于常規(guī)抽油機的節(jié)能效果進行測試，重點考核計算所得的節(jié)電率或節(jié)電量是否達到合同約定量。具體測算方法見表3。

2.2現(xiàn)場測試試驗方法優(yōu)缺點分析

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

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

表3　數(shù)字化抽油機節(jié)能效果測定項目及方法

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

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

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

3　數(shù)字化抽油機質(zhì)量與能效測評方法應(yīng)用

由于現(xiàn)場測試試驗方法不能適應(yīng)數(shù)字化抽油機的產(chǎn)品質(zhì)量檢驗及能效評價的需求，應(yīng)建立一種數(shù)字化抽油機的質(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)字化抽油機的產(chǎn)品質(zhì)量檢驗、能效評價、可靠性分析及適用性研究［5］。

3.1開展產(chǎn)品質(zhì)量檢驗

數(shù)字化抽油機的產(chǎn)品性能質(zhì)量主要包括數(shù)字化抽油機的數(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)字化抽油機在現(xiàn)場進行數(shù)字化功能的測試試驗，對現(xiàn)場易發(fā)生故障致使不能實現(xiàn)數(shù)字化功能的項目可在質(zhì)量與能效仿真測評系統(tǒng)進行反復(fù)試驗統(tǒng)計分析，提出改進建議。

3.1.2產(chǎn)品質(zhì)量檢驗

數(shù)字化抽油機產(chǎn)品質(zhì)量檢驗應(yīng)分別對數(shù)字化抽油機、配套電機及控制柜的產(chǎn)品質(zhì)量進行檢驗，其中配套電機應(yīng)依據(jù)電動機相關(guān)標準依托電機質(zhì)量與能效仿真測評系統(tǒng)進行獨立的檢驗。

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

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

3.2優(yōu)化能效評價

能效評價在現(xiàn)場測試試驗進行節(jié)能指標評價和節(jié)能效果測試等能效水平測試的基礎(chǔ)上，對數(shù)字化抽油機的能效水平指標方法進行優(yōu)化拓展。

3.2.1優(yōu)化平衡度測試方法

在行業(yè)標準使用電流平衡度法進行測試的基礎(chǔ)上，結(jié)合油田推廣使用功率平衡度法進行測試和評判抽油機平衡度的實際，加入功率平衡度法測試評判方法，提高實用性。功率平衡度法測試方法見表4。

3.2.2增加經(jīng)濟運行評價

依據(jù)SY/T 6374-2008《機械采油系統(tǒng)經(jīng)濟運行規(guī)范》的要求，增加電動機功率利用率、排量系數(shù)等指標，并與電動機功率因數(shù)、機采系統(tǒng)效率節(jié)能評價值一起對數(shù)字化抽油機構(gòu)成的系統(tǒng)運行水平進行綜合評價。經(jīng)濟運行評價測試方法見表4。

3.2.3增加能效限定值評價

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

3.3進行可靠性分析

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

表4　數(shù)字化抽油機能效評價增加項目及方法

3.4探索適用性研究

采集不同機型數(shù)字化抽油機在油田不同生產(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)，并在抽油機質(zhì)量與能效仿真測評系統(tǒng)之上進行仿真模擬，通過不同機型抽油機、不同型號配套電機、不同類型控制柜之間的匹配試驗統(tǒng)計，分析研究適應(yīng)各生產(chǎn)區(qū)塊的數(shù)字化抽油機機型及配套附屬設(shè)備。

4　認識與結(jié)論

質(zhì)量與能效測評方法可填補現(xiàn)場測試試驗不能開展質(zhì)量檢驗的缺陷，可有效開展數(shù)字化抽油機的產(chǎn)品質(zhì)量檢驗、能效評價、可靠性試驗及適應(yīng)性研究。結(jié)合油田數(shù)字化抽油機應(yīng)用現(xiàn)狀，應(yīng)通過質(zhì)量檢驗與能效測評手段推動數(shù)字化抽油機的產(chǎn)品質(zhì)量與能效水平進一步得到提升。

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

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

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

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

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

［1］全國石油天然氣標準化技術(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：中國標準出版社，2015.

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

［3］石油工業(yè)標準化技術(shù)委員會石油工業(yè)節(jié)能節(jié)水專標委.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.機械采油系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測與評價方法［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2014.

［5］吉效科，許麗，智勇.新型數(shù)字化抽油機的研制與應(yīng)用［J］.石油機械，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