卡光桿綜合測(cè)試儀載荷校準(zhǔn)質(zhì)量及其影響因素分析

王偉旗

中國(guó)石油大慶油田有限責(zé)任公司測(cè)試技術(shù)服務(wù)分公司（黑龍江 大慶 163513）

0 引言

目前，卡光桿加速度綜合測(cè)試被廣泛應(yīng)用于抽油機(jī)井功圖、動(dòng)液面和電參等參數(shù)測(cè)試[1-2]，但是更多的用于功圖測(cè)試以分析泵效，因此卡光桿載荷位移校準(zhǔn)質(zhì)量直接影響功圖測(cè)試結(jié)果。為了實(shí)現(xiàn)卡光桿加速度綜合測(cè)試儀載荷、位移量值傳遞，建立計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)和制定校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)載荷位移進(jìn)行校準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)SY/T 6678—2007[3]規(guī)定了壓載拉線式綜合測(cè)試儀載荷位移的校準(zhǔn)方法，其中載荷位移刻度方法、載荷零點(diǎn)偏移、載荷零點(diǎn)漂移適合于壓載拉線式綜合測(cè)試儀，不適用于卡光桿綜合測(cè)試載荷位移刻度和零點(diǎn)偏移、零點(diǎn)漂移校準(zhǔn)；但載荷位移誤差校準(zhǔn)適用于卡光桿綜合測(cè)試載荷位移誤差校準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)SY/T 7080—2016[4]規(guī)定了壓載拉線式和卡光桿加速度式綜合測(cè)試儀載荷位移校準(zhǔn)方法。與標(biāo)準(zhǔn)SY/T 6678—2007 一樣，SY/T 7080—2016 不適用于卡光桿加速度式綜合測(cè)試儀載荷位移刻度和零點(diǎn)偏移、零點(diǎn)漂移校準(zhǔn)；但載荷位移誤差校準(zhǔn)適用于卡光桿綜合測(cè)試載荷位移誤差校準(zhǔn)[5]。由表1可知，加速度變化非常微小[6]，因此只要檢測(cè)加速度傳感器性能良好就能保證測(cè)量精度。

表1 全國(guó)各地區(qū)十大油田（2019年）重力加速度

目前儀器儀表的刻度方程主要有5 種數(shù)學(xué)模型：①正比例模型。如彈簧管壓力表的壓力；②直線模型。如測(cè)井儀器溫度、壓力刻度[7]；③多項(xiàng)式模型。如超聲波流量計(jì)的流量刻度[8]；④疊加模型。直讀驗(yàn)封儀壓力刻度和存儲(chǔ)式電子壓力計(jì)壓力刻度[9-10]；⑤積分模型。如卡光感綜合測(cè)試儀加速度位移刻度模型。

1 卡光桿綜合測(cè)試儀載荷校準(zhǔn)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

1.1 外觀

綜合測(cè)試儀各個(gè)部件應(yīng)齊全完整，主機(jī)標(biāo)識(shí)清晰，應(yīng)有制造廠名、型號(hào)、出廠編號(hào)等內(nèi)容，各部分應(yīng)清潔、無損傷，信號(hào)插座無變形，緊固螺釘無松動(dòng)。

1.2 載荷示值誤差

綜合測(cè)試儀載荷示值最大允許誤差應(yīng)不大于載荷示值最大允許誤差。

1.3 載荷零點(diǎn)偏移

綜合測(cè)試儀載荷零點(diǎn)偏移應(yīng)不大于載荷示值最大允許誤差。

1.4 載荷零點(diǎn)漂移

綜合測(cè)試儀載荷零點(diǎn)漂移應(yīng)不大于載荷示值最大允許誤差。

2 質(zhì)量問題的解決

對(duì)最終產(chǎn)品進(jìn)行抽樣檢驗(yàn)，抽取了400個(gè)樣品，其中不合格品類型及數(shù)量見表2，載荷校準(zhǔn)不合格率為11.0%（44/400×100%)。

表2 不合格品類型及數(shù)量

2.1 分析影響載荷校準(zhǔn)質(zhì)量的癥結(jié)

通過柏拉圖分析尋找影響載荷校準(zhǔn)質(zhì)量的癥結(jié)，如圖1所示。

圖1 不合格類型柏拉圖分析

從圖1可以看出：影響載荷校準(zhǔn)質(zhì)量的癥結(jié)是載荷示值誤差超差，占到59.09%，是主要的改進(jìn)對(duì)象。

2.2 質(zhì)量問題主要原因

利用頭腦風(fēng)暴法收集導(dǎo)致載荷示值誤差超差的原因，并應(yīng)用因果圖分組整理分析，如圖2所示。紅色原因?yàn)橹饕颍嚎潭确匠棠Ｐ汀⒖ü鈼U位置、光桿直徑、光桿材料、零點(diǎn)補(bǔ)償、遲滯性補(bǔ)償。其他原因可以通過培訓(xùn)、管理，嚴(yán)格執(zhí)行校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)來消除。

圖2 載荷示值誤差超差因果圖

2.3 質(zhì)量問題的解決對(duì)策及實(shí)施

2.3.1 質(zhì)量問題的解決對(duì)策

質(zhì)量問題的解決對(duì)策見表3。

表3 對(duì)策表

2.3.2 質(zhì)量問題解決對(duì)策的實(shí)施

1）刻度模型、光桿直徑、光桿材料、卡光桿位置試驗(yàn)。卡光桿綜合測(cè)試儀載荷校準(zhǔn)，以光桿作為標(biāo)準(zhǔn)器，檢測(cè)光桿的徑向形變量，標(biāo)準(zhǔn)器使用與抽油桿材質(zhì)相同的光桿，外徑規(guī)格分別為25、28 和32 mm?？ü鈼U載荷傳感器卡在光桿中點(diǎn)以上3 cm和光桿中點(diǎn)以下3 cm 位置進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 試驗(yàn)1結(jié)果

卡光桿載荷傳感器卡在光桿中點(diǎn)位置以下的刻度時(shí)，載荷傳感器原始輸出頻率在2 000～3 000 Hz；卡在中點(diǎn)以上位置的刻度時(shí)，載荷示值在3 000～3 500 Hz。經(jīng)過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，加載10 kN 與130 kN 載荷時(shí)，載荷傳感器輸出的頻率差值是一個(gè)固定值（表5），平均為500 Hz。

表5 10 kN與130 kN儀器示值之差

因此，為了消除光桿直徑、光桿材料、卡光桿位置對(duì)載荷傳感器輸出頻率的影響，卡光桿載荷傳感器刻度采用載荷示值之差與輸出頻率之差的比值來刻度儀器，保證了卡光桿載荷傳感器輸出結(jié)果的穩(wěn)定性，刻度數(shù)學(xué)模型見式（1）。

式中：f(x)為載荷計(jì)算工程值，kN；Δy為載荷標(biāo)準(zhǔn)值差值，kN；Δx為儀器輸出頻率差值，Hz；x為儀器輸出頻率，Hz。

為了驗(yàn)證刻度方程的準(zhǔn)確性，使用外徑25、32 mm 的光桿在中點(diǎn)以上、下3 cm 位置卡光桿進(jìn)行交叉驗(yàn)證，試驗(yàn)結(jié)果見表6。

由表6 可知，交叉驗(yàn)證最大引用誤差為1.35%，小于最大允許誤差3%；同時(shí)進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)，由表7可知，最大引用誤差1.40%，小于最大允許誤差3%，因此式（1）刻度數(shù)學(xué)模型消除了光桿直徑、光桿材料、卡光桿位置對(duì)載荷傳感器輸出頻率的影響。

表6 交叉試驗(yàn)檢定結(jié)果對(duì)比

表7 自動(dòng)檢定結(jié)果

2）零點(diǎn)和遲滯性補(bǔ)償試驗(yàn)。在校準(zhǔn)卡光桿載荷傳感器的過程中發(fā)現(xiàn)，拉伸光桿校準(zhǔn)過程中示值誤差很小，但壓縮光桿校準(zhǔn)過程中示值誤差偏大，由表8 可知最大引用誤差6.80%，大于最大允許誤差3%。由表8 可知卡光桿載荷傳感器每一次的零值不一樣，從最初的0.72 kN隨著載荷加載次數(shù)增加至5.16 kN。分析原因是由金屬標(biāo)形變的遲滯性導(dǎo)致的。試驗(yàn)結(jié)果表明，每一循環(huán)進(jìn)行載荷零值補(bǔ)償，每點(diǎn)的載荷示值減去該循環(huán)零點(diǎn)載荷示值，表8數(shù)據(jù)進(jìn)行零點(diǎn)補(bǔ)償后的數(shù)據(jù)見表9。由表9可知，除第1次循環(huán)和第二次循環(huán)下行過程中100 kN的數(shù)據(jù)超差，引用誤差分別為3.07%、3.47%。

表8 載荷校準(zhǔn)數(shù)據(jù)

表9 零點(diǎn)補(bǔ)償載荷校準(zhǔn)數(shù)據(jù)

針對(duì)零值補(bǔ)償后個(gè)別數(shù)據(jù)超差的現(xiàn)象，一般發(fā)生在減載上限值，分析原因是金屬形變由于遲滯性恢復(fù)需要一定的時(shí)間，補(bǔ)償?shù)霓k法，延長(zhǎng)數(shù)據(jù)采集時(shí)間，載荷穩(wěn)定120 s后手動(dòng)記錄3次數(shù)據(jù)取平均值作為該點(diǎn)的示值。由表10 可知，進(jìn)行遲滯性補(bǔ)償后，最大的引用誤差2.61%，小于最大允許誤差3%。

表10 遲滯性質(zhì)補(bǔ)償校準(zhǔn)數(shù)據(jù)

3）實(shí)施效果進(jìn)行確認(rèn)并標(biāo)準(zhǔn)化。改進(jìn)之后抽取400 個(gè)樣品進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（表11）。通過這次質(zhì)量改進(jìn)，卡光桿綜合測(cè)試儀載荷校準(zhǔn)的不合格率從原來的11.0%降至4.5%（18/400×100%）。將改進(jìn)前后的柏拉圖進(jìn)行對(duì)比，很容易看出改善的效果很明顯（圖3）。

圖3 改進(jìn)后不合格類型柏拉圖分析

表11 改進(jìn)后不合格品類型及數(shù)量

通過分析改進(jìn)后的柏拉圖可知，卡光桿綜合測(cè)試儀載荷校準(zhǔn)不合格率降至了4.5%，外觀不合格成為主要原因，進(jìn)入下一個(gè)PDCA 改善的循環(huán)中。需在以后的生產(chǎn)中繼續(xù)進(jìn)行改進(jìn)，對(duì)改進(jìn)措施進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，制定相應(yīng)的制度，使每一位員工都熟悉并按規(guī)定執(zhí)行，加強(qiáng)監(jiān)督的力量。

3 結(jié)論

1）載荷示值誤差超差是卡光桿綜合測(cè)試儀載荷校準(zhǔn)質(zhì)量的主要問題；刻度方程模型、卡光桿位置、光桿直徑、光桿材料、零點(diǎn)補(bǔ)償、遲滯性補(bǔ)償?shù)仁侵饕绊懸蛩亍?/p>

2）卡光桿載荷刻度方程采用變形的正比例函數(shù)可以滿足校準(zhǔn)最大允許誤差要求。

3）應(yīng)用全面質(zhì)量管理方法進(jìn)行PDCA 循環(huán)改進(jìn)，卡光桿綜合測(cè)試儀載荷校準(zhǔn)的不合格率由11.0%下降至4.5%，提高了載荷校準(zhǔn)質(zhì)量。