數字化抽油機質量與能效測評方法淺析

王海軍，雷　鈞，周學軍，周國琴，張　莉

中國石油長慶油田分公司技術監測中心（陜西西安710018）

數字化抽油機質量與能效測評方法淺析

王海軍，雷鈞，周學軍，周國琴，張莉

中國石油長慶油田分公司技術監測中心（陜西西安710018）

通過對數字化抽油機現場應用存在問題的調查，對目前的數字化抽油機現場測試試驗方法優缺點進行分析，進而對數字化抽油機質量與能效測評的試驗方法進行優化研究，推動數字化抽油機的產品質量和能效水平的不斷提升，提升數字化抽油機的可靠性和適用性。

數字化抽油機；質量與能效；測評

1　數字化抽油機應用現狀

數字化抽油機是在游梁式抽油機上，融合了信息技術，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的采集和傳輸，具有沖次、平衡等參數隨工況自動調節的抽油機。

1.1數字化抽油機應用效果

長慶油田自2011年全面推廣數字化抽油機以來，累計安裝使用數字化抽油機近2萬臺，占到抽油機總量的43%。通過數字化抽油機在現場的應用情況看，數字化抽油機與工藝技術配套，大力推進降機型、降桿徑、降泵徑、提效率等“三降一提”工作，數字化抽油機的機型在油田實現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；抽油泵泵徑以Φ28mm和Φ32mm為主，泵效明顯提升；抽油機井平均系統效率從2011年的20.7%提高到2015年的21.6%。通過多年的應用，數字化抽油機在節能降耗、提升效率方面成效顯著。

1.2數字化抽油機應用中存在問題

通過近幾年的應用實踐，并結合數字化抽油機現場測試試驗，數字化抽油機在現場使用中還存在一些問題，制約著數字化抽油機功能的有效發揮。

1.2.1數字化抽油機機械部分存在的問題

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

1）擺動平衡式抽油機存在調平衡機構易卡死、調平衡裝置固定銷釘易退出、調平衡裝置電機底座存在剪切現象、三條腿支架晃動大等問題。

2）移動平衡式抽油機受環境影響存在絲桿銹蝕問題。

3）減速箱存在漏油、異響、竄軸等現象。

1.2.2數字化抽油機控制部分存在的問題

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

1）自動調平衡、調沖次等功能失效，數字化功能無法實現。

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故障。

2　數字化抽油機現場測試試驗方法分析

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

2.1數字化抽油機現場測試試驗方法

數字化抽油機現場測試試驗主要針對數字化抽油機在運行中的數字化功能和能效水平。

2.1.1數字化功能測試

數字化功能測試方法依據Q/SYCQ 3421-2012《數字化抽油機技術規范》，對數據采集和傳輸、參數分析和調整、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換、調平衡、調沖次、電參數及示功圖曲線采集等16項功能指標是否達到數字化抽油機既定功能要求（表1）。

表1　數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能指標評價和節能效果測試兩個方面。

節能指標評價依據GB/T 31453-2015《油田生產系統節能監測規范》等標準要求［1］，對數字化抽油機應遵循石油企業關于抽油機的節能監測評價指標，以達到抽油機節能運行的目的。主要指標包括抽油機井平衡度、機械采油井系統效率、電動機功率因數等參數。

節能指標的測試依據SY/T 5264-2012《油田生產系統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字化抽油機的主要生產參數進行現場測試，以此計算數字化抽油機節能指標，具體測試項目及方法見表2。

表2　數字化抽油機能耗水平測試項目及方法

節能效果測試依據SY/T 6422-2016《石油企業節能產品節能效果測定》［3］，對應用數字化抽油機相對于常規抽油機的節能效果進行測試，重點考核計算所得的節電率或節電量是否達到合同約定量。具體測算方法見表3。

2.2現場測試試驗方法優缺點分析

數字化抽油機現場測試試驗方法可對數字化抽油機的數字化功能特點進行較好的檢驗，有效的發揮了數字化抽油機自動調平衡、調沖次等技術優勢［4］。

但由于目前數字化抽油機現場測試方法受到試驗目的不同、現場條件限制等因素制約，還不能對數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　數字化抽油機節能效果測定項目及方法

1）現場測試試驗方法不能對數字化抽油機及附屬設備的產品質量進行檢驗，對數字化抽油機機械故障頻發的部件沒有針對性的試驗評價。

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

3）現場測試試驗缺乏數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　數字化抽油機質量與能效測評方法應用

由于現場測試試驗方法不能適應數字化抽油機的產品質量檢驗及能效評價的需求，應建立一種數字化抽油機的質量與能效測評系統，通過質量與能效測評方法系統開展數字化抽油機的產品質量檢驗、能效評價、可靠性分析及適用性研究［5］。

3.1開展產品質量檢驗

數字化抽油機的產品性能質量主要包括數字化抽油機的數字化功能和產品質量。

3.1.1數字化功能測試

新安裝的數字化抽油機在現場進行數字化功能的測試試驗，對現場易發生故障致使不能實現數字化功能的項目可在質量與能效仿真測評系統進行反復試驗統計分析，提出改進建議。

3.1.2產品質量檢驗

數字化抽油機產品質量檢驗應分別對數字化抽油機、配套電機及控制柜的產品質量進行檢驗，其中配套電機應依據電動機相關標準依托電機質量與能效仿真測評系統進行獨立的檢驗。

1）數字化抽油機的產品質量檢驗。依據GB/T 29021-2012《石油天然氣工業游梁式抽油機》的要求，利用抽油機質量與能效仿真測評系統對數字化抽油機的39項整機性能質量特征和零件外觀質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、焊縫質量等項目進行檢驗。通過對數字化抽油機關鍵質量參數的抽檢，促進進入油田市場的數字化抽油機產品質量，降低現場使用故障率。

2）數字化抽油機控制柜質量檢驗方法。結合數字化功能測試，依據Q/SYCQ 3481-2014《數字化抽油機控制柜技術規范》，利用現場測試試驗與質量與能效仿真測評系統試驗相結合的方式，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、元器件等質量檢驗。

3.2優化能效評價

能效評價在現場測試試驗進行節能指標評價和節能效果測試等能效水平測試的基礎上，對數字化抽油機的能效水平指標方法進行優化拓展。

3.2.1優化平衡度測試方法

在行業標準使用電流平衡度法進行測試的基礎上，結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增加經濟運行評價

依據SY/T 6374-2008《機械采油系統經濟運行規范》的要求，增加電動機功率利用率、排量系數等指標，并與電動機功率因數、機采系統效率節能評價值一起對數字化抽油機構成的系統運行水平進行綜合評價。經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》范圍內國家明令禁止的電機效率限定值要求，提升數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字化抽油機配套產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，結合數字化抽油機產品質量檢驗，利用抽油機質量與能效仿真測評系統開展抽油機過載失載條件下的性能試驗，對導致抽油機停機和喪失數字化功能的關鍵參數項目進行可靠性檢驗分析統計，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

采集不同機型數字化抽油機在油田不同生產區塊的油井示功圖、動液面、產液量、油氣比等主要生產參數，并在抽油機質量與能效仿真測評系統之上進行仿真模擬，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計，分析研究適應各生產區塊的數字化抽油機機型及配套附屬設備。

4　認識與結論

質量與能效測評方法可填補現場測試試驗不能開展質量檢驗的缺陷，可有效開展數字化抽油機的產品質量檢驗、能效評價、可靠性試驗及適應性研究。結合油田數字化抽油機應用現狀，應通過質量檢驗與能效測評手段推動數字化抽油機的產品質量與能效水平進一步得到提升。

1）對新安裝的數字化抽油機應在使用現場開展數字化功能測試，確保數字化抽油機充分發揮調平衡、自動優化等功能。

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

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

4）充分利用抽油機質量與能效仿真測評系統開展數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）利用抽油機質量與能效仿真測評系統探索開展數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委員會.油田生產系統節能監測規范：GB/T 31453-2015［S］.北京：中國標準出版社，2015.

［2］石油工業節能節水專業標準化技術委員會.油田生產系統能耗測試和計算方法：SY/T 5264-2012［S］.北京：石油工業出版社，2012.

［3］石油工業標準化技術委員會石油工業節能節水專標委.石油企業用節能產品節能效果測定：SY/T 6422-2016［S］.北京：石油工業出版社，2016.

［4］馬建國.機械采油系統節能監測與評價方法［M］.北京：石油工業出版社，2014.

［5］吉效科，許麗，智勇.新型數字化抽油機的研制與應用［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，主要從事油氣田節能監測工作。

本文編輯：路萍2016-06-25