機采井平衡度自動采集裝置的研制與應用

李國喜（大慶油田技術(shù)監(jiān)督中心）

油田游梁式抽油機的平衡率對抽油機機井的系統(tǒng)效率影響較大，平衡度差的油井能耗大，系統(tǒng)效率低[1-3]。同時抽油機平衡狀況的好壞，直接影響抽油機連桿機構(gòu)，減速箱和電動機的效率和壽命，而目前抽油機效率測試所采用依據(jù)是GB/T 33653—2017 《油田生產(chǎn)系統(tǒng)能耗測試和計算方法》；儀器主要是功率表、電力分析儀、電參數(shù)動態(tài)平衡測試儀等[4-5]，這幾種儀器無法直接測量機采井平衡度，主要是以人工判斷、讀取上下沖程功率，人工計算平衡度。以油田主要測試儀器日置3169 型電力分析儀為例，現(xiàn)場測試時需兩名測試人員相互配合，一人負責抽油機抽油桿上下行程轉(zhuǎn)換節(jié)點觀察，發(fā)出指令，另一人進行操作儀器，手工記錄數(shù)值，這種測試方法費時費力，且存在一定的測量誤差。為此，在調(diào)查研究的基礎上，提出機采井平衡度自動采集裝置的研制與應用，并收到良好的現(xiàn)場效果。

1 存在的問題

機采井平衡度測量主要有電流法、功率法兩種，實踐已充分證明，采用功率法更能體現(xiàn)機采井上下行程的平衡狀況。因此，在研制機采井平衡度自動采集裝置時優(yōu)先采用功率法測量原理，確保機采井平衡度測量準確有效。目前平衡度采集主要是人工觀察法，由2 人合作完成，即一人負責抽油機上下行程轉(zhuǎn)換節(jié)點觀察，并及時通知另一人操作現(xiàn)場測試，存在測試時效性不一致偏差，影響測試準確率，及測試效率低等問題。主要體現(xiàn)在以下2 個方面：現(xiàn)場溝通存在反應時間，檢測數(shù)據(jù)精度不足，重復性差，對真實性反應平衡度的取值不夠精確；自動化程度低，費時費力，效率低下。因此，有必要研制一套同步現(xiàn)場平衡率自動采集裝置，實現(xiàn)測試過程中平衡率的自動采集，并能現(xiàn)場打印測試數(shù)據(jù)，提高測試效率，降低人為誤差，保證機采平衡率數(shù)據(jù)的精準[6]。

2 工作原理及設備組成

2.1 工作原理

該裝置通過無線加速度監(jiān)測裝置自動判定機采井的上下沖程，并同步傳送至測試儀器，采集上下沖程的有功功率最大值、平均值，計算出機采井平衡度。該系統(tǒng)具有自動化程度高，精度高，安裝、測試方便快捷，有效避免人工取值的誤差，提高測試準確度及測試效率，專門為油田進行電參數(shù)檢測、功圖測量而開發(fā)的一體化、便攜式設備[7-8]。

油井電參數(shù)測量精度參照GB/T 17215.321—2021標準，其測量算法兼容油田常用的日置3169 型電力分析儀的算法，特別是無功功率計量功能可選擇開關(guān)功能，根據(jù)油井設備的特點選擇不同的計算方式，得到真實的功率因數(shù)和電功圖數(shù)據(jù)。通過全自動采集上下沖程功率自動計算平衡度的裝置，用以提升測試效率，提升自動化程度，保證測試數(shù)據(jù)準確率，為油田節(jié)能降耗提供技術(shù)支撐[9-10]。

2.2 設備組成

機采井平衡度自動采集系統(tǒng)由兩部分組成，分別是測試儀器主機和無線加速度監(jiān)測裝置（或者無線線位移監(jiān)測裝置）。測試儀器主機及其配件放置在便攜手提箱中，無線加速度裝置采用強力磁鐵可固定在抽油機懸繩器的平面處。

1）測試儀器主機。采用觸摸屏面板，內(nèi)置鋰電池、充電口、數(shù)據(jù)USB 接口、無線通訊接口等，機采井平衡度自動采集裝置操作界面見圖1。

圖1 機采井平衡度自動采集裝置操作界面

2） 無線加速度監(jiān)測裝置。為了方便現(xiàn)場測試，節(jié)約測井人力，提高自動化水平和測量精度。無線加速度監(jiān)測裝置由高精度加速度傳感器、采集主板、無線通訊模塊、內(nèi)置鋰電池、充電口、強力固定磁鐵等部分組成。無線加速度裝置采用強力磁鐵可固定在抽油機懸繩器的平面處，隨著抽油機運行其可測量油井沖程周期、上下止點位置、沖次等信息。

3 主要特點

1）結(jié)構(gòu)簡單，攜帶方便。機采井平衡度自動采集系統(tǒng)，通過無線加速度監(jiān)測裝置自動判定機采井的上下沖程，并同步傳送至測試儀器，采集上下沖程的有功功率最大值、平均值，自動計算出機采井平衡度。機采井平衡度自動采集結(jié)構(gòu)簡單，自動采集系統(tǒng)攜帶操作方便。

2） 自動化程度高。該系統(tǒng)具有自動化程度高，精度高，安裝、測試方便快捷，有效避免人工取值的誤差，提高測試準確度及測試效率，專門為油田進行電參數(shù)檢測、功圖測量而開發(fā)的一體化、便攜式設備。

3） 技術(shù)先進。它集成了先進的計算機技術(shù)、測量技術(shù)、電子技術(shù)并充分考慮了油田的實際需求，其可廣泛應用于油田電力設備測試，便于掌握設備的運行情況，以及輔助管理者科學地把握設備節(jié)能降耗潛力，從而可以有效地促進和推動油田節(jié)能降耗工作的開展。

4）測量準確。由于現(xiàn)場測量采用自動測量方法，消除了人工觀察帶來的計量誤差，測量數(shù)據(jù)更加可靠準確，該裝置的測量準確度為0.5 級。

5）節(jié)能效果好。采用機采井平衡度自動采集系統(tǒng)，可獲得準確可靠機采機井生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)，便于掌握設備的運行情況，以及輔助管理者科學地把握設備節(jié)能降耗潛力，從而可以有效地促進和推動油田節(jié)能降耗工作的開展。

4 現(xiàn)場應用情況

該機采井平衡度自動采集裝置于2021 年6 月研制獲得成功，并在某油田投入現(xiàn)場試驗應用，并得良好應用效果。截止2021 年底，該裝置已累計測試機采抽油機井1 300 余口，機采井平衡度測試時間減少了一半，工作效率提升了50%。裝置應用前后測試數(shù)據(jù)對比見表1。

從表1 中可以看出，應用后，油井平均系統(tǒng)效率提升了8.1%，平均有功率下降了3.41 kW，平均無功功率下降了7.21 kVar，平均功率因數(shù)提高了0.055，油井平衡度合格率提升22.5%，每口井平均測試時間減少了10 min，這充分說明新研制的機采井平衡度自動采集裝置性能良好。

表1 裝置應用前后測試數(shù)據(jù)對比

5 綜合效果評價

1）節(jié)能效果好。采用該自動采集裝置后，根據(jù)測試結(jié)果及時調(diào)整機采井平衡度，提升抽油機井平衡度，降低了有功功率，實現(xiàn)了節(jié)能降耗，預計年節(jié)電可達3 883.3×104kWh，按0.623 1 元/kWh 計算，則年節(jié)能效益可達2 419.7 萬元。

2） 減排效益。按照節(jié)約1 kWh 電能減排0.997 kg 二氧化碳，即減少0.272 kg 碳排放計算，則年減少碳排放1 049.5 kg，減碳環(huán)保效益明顯。

3）提升現(xiàn)場監(jiān)測技術(shù)。采用先進的計算機技術(shù)、測量技術(shù)、電子技術(shù)開發(fā)研制出機采井平衡度自動采集裝置，提升了機采井能耗現(xiàn)場監(jiān)測技術(shù)能力。

4）減輕了測試人員勞動強度。采用該自動采集裝置，提升現(xiàn)場測試自動化程度，提升了測試工作效率，大大地減輕了員工的勞動強度。

5）測量數(shù)據(jù)更加準確可靠。自動采集裝置運行平穩(wěn)、案例可靠，測量數(shù)量準確度達到0.5 級，確保每一臺機采井測量數(shù)據(jù)準確可靠。

6 結(jié)束語

實踐證明，機采井平衡度自動采集裝置性能良好、運行案例可靠。該裝置集成了先進的計算機技術(shù)、測量技術(shù)、電子技術(shù)并充分考慮了油田的實際需求，其可廣泛應用于油田電力設備能耗測試分析，它的研制成功，既為油田節(jié)能減排提供了一種新利器，又提升了油田能源監(jiān)測能力，具有良好的推廣應用前景。