数字化抽油机质量与能效测评方法浅析

王海军，雷　钧，周学军，周国琴，张　莉

中国石油长庆油田分公司技术监测中心（陕西西安710018）

数字化抽油机质量与能效测评方法浅析

王海军，雷钧，周学军，周国琴，张莉

中国石油长庆油田分公司技术监测中心（陕西西安710018）

通过对数字化抽油机现场应用存在问题的调查，对目前的数字化抽油机现场测试试验方法优缺点进行分析，进而对数字化抽油机质量与能效测评的试验方法进行优化研究，推动数字化抽油机的产品质量和能效水平的不断提升，提升数字化抽油机的可靠性和适用性。

数字化抽油机；质量与能效；测评

1　数字化抽油机应用现状

数字化抽油机是在游梁式抽油机上，融合了信息技术，嵌入了传感器、集成电路、软件和其他信息元器件，集成了油井功图和电参数的采集和传输，具有冲次、平衡等参数随工况自动调节的抽油机。

1.1数字化抽油机应用效果

长庆油田自2011年全面推广数字化抽油机以来，累计安装使用数字化抽油机近2万台，占到抽油机总量的43%。通过数字化抽油机在现场的应用情况看，数字化抽油机与工艺技术配套，大力推进降机型、降杆径、降泵径、提效率等“三降一提”工作，数字化抽油机的机型在油田实现了普遍降低一个型号，负载率提高到70%左右；冲次配置范围可达1.5～5次/min，变频无级可调；抽油泵泵径以Φ28mm和Φ32mm为主，泵效明显提升；抽油机井平均系统效率从2011年的20.7%提高到2015年的21.6%。通过多年的应用，数字化抽油机在节能降耗、提升效率方面成效显著。

1.2数字化抽油机应用中存在问题

通过近几年的应用实践，并结合数字化抽油机现场测试试验，数字化抽油机在现场使用中还存在一些问题，制约着数字化抽油机功能的有效发挥。

1.2.1数字化抽油机机械部分存在的问题

数字化抽油机机械部分年发生故障10 000余台次，对抽油机的正常运行造成了很大的影响。具体体现在以下几个方面：

1）摆动平衡式抽油机存在调平衡机构易卡死、调平衡装置固定销钉易退出、调平衡装置电机底座存在剪切现象、三条腿支架晃动大等问题。

2）移动平衡式抽油机受环境影响存在丝杆锈蚀问题。

3）减速箱存在漏油、异响、窜轴等现象。

1.2.2数字化抽油机控制部分存在的问题

数字化抽油机控制部分年故障近15 000台次，致使抽油机的数字化功能丧失，系统不能正常运转，进一步加大了维护成本。具体体现在以下几个方面：

1）自动调平衡、调冲次等功能失效，数字化功能无法实现。

2）控制柜密封性差，不能有效防尘、防沙。

3）接触器、继电器、按钮等电气元件频繁出现故障。

2　数字化抽油机现场测试试验方法分析

针对数字化抽油机在使用现场存在的问题，近年来通过开展现场测试试验来检验其使用效果。

2.1数字化抽油机现场测试试验方法

数字化抽油机现场测试试验主要针对数字化抽油机在运行中的数字化功能和能效水平。

2.1.1数字化功能测试

数字化功能测试方法依据Q/SYCQ 3421-2012《数字化抽油机技术规范》，对数据采集和传输、参数分析和调整、远程操作和控制等功能进行本地功能测试和远程功能测试。重点考核运行模式转换、调平衡、调冲次、电参数及示功图曲线采集等16项功能指标是否达到数字化抽油机既定功能要求（表1）。

表1　数字化抽油机功能测试判定方法一览表

2.1.2能效水平测试

能效水平测试分为节能指标评价和节能效果测试两个方面。

节能指标评价依据GB/T 31453-2015《油田生产系统节能监测规范》等标准要求［1］，对数字化抽油机应遵循石油企业关于抽油机的节能监测评价指标，以达到抽油机节能运行的目的。主要指标包括抽油机井平衡度、机械采油井系统效率、电动机功率因数等参数。

节能指标的测试依据SY/T 5264-2012《油田生产系统能耗测试和计算方法》［2］，利用电能测试仪、示功仪等仪器对正常运行的数字化抽油机的主要生产参数进行现场测试，以此计算数字化抽油机节能指标，具体测试项目及方法见表2。

表2　数字化抽油机能耗水平测试项目及方法

节能效果测试依据SY/T 6422-2016《石油企业节能产品节能效果测定》［3］，对应用数字化抽油机相对于常规抽油机的节能效果进行测试，重点考核计算所得的节电率或节电量是否达到合同约定量。具体测算方法见表3。

2.2现场测试试验方法优缺点分析

数字化抽油机现场测试试验方法可对数字化抽油机的数字化功能特点进行较好的检验，有效的发挥了数字化抽油机自动调平衡、调冲次等技术优势［4］。

但由于目前数字化抽油机现场测试方法受到试验目的不同、现场条件限制等因素制约，还不能对数字化抽油机在使用中存在问题较多的项目进行针对性的测试和诊断。

表3　数字化抽油机节能效果测定项目及方法

1）现场测试试验方法不能对数字化抽油机及附属设备的产品质量进行检验，对数字化抽油机机械故障频发的部件没有针对性的试验评价。

2）现场测试试验方法还缺乏对极端运行条件的长期试验，数字化抽油机的可靠性没有得到有效的试验。

3）现场测试试验缺乏数字化抽油机机型以及与各种配套电机、智能控制柜的适用性评价。

3　数字化抽油机质量与能效测评方法应用

由于现场测试试验方法不能适应数字化抽油机的产品质量检验及能效评价的需求，应建立一种数字化抽油机的质量与能效测评系统，通过质量与能效测评方法系统开展数字化抽油机的产品质量检验、能效评价、可靠性分析及适用性研究［5］。

3.1开展产品质量检验

数字化抽油机的产品性能质量主要包括数字化抽油机的数字化功能和产品质量。

3.1.1数字化功能测试

新安装的数字化抽油机在现场进行数字化功能的测试试验，对现场易发生故障致使不能实现数字化功能的项目可在质量与能效仿真测评系统进行反复试验统计分析，提出改进建议。

3.1.2产品质量检验

数字化抽油机产品质量检验应分别对数字化抽油机、配套电机及控制柜的产品质量进行检验，其中配套电机应依据电动机相关标准依托电机质量与能效仿真测评系统进行独立的检验。

1）数字化抽油机的产品质量检验。依据GB/T 29021-2012《石油天然气工业游梁式抽油机》的要求，利用抽油机质量与能效仿真测评系统对数字化抽油机的39项整机性能质量特征和零件外观质量开展批次抽样检验，重点对驴头悬点投影、两曲柄剪刀差、悬绳器与钢丝绳连接强度、焊缝质量等项目进行检验。通过对数字化抽油机关键质量参数的抽检，促进进入油田市场的数字化抽油机产品质量，降低现场使用故障率。

2）数字化抽油机控制柜质量检验方法。结合数字化功能测试，依据Q/SYCQ 3481-2014《数字化抽油机控制柜技术规范》，利用现场测试试验与质量与能效仿真测评系统试验相结合的方式，开展控制柜绝缘检测、静电放电试验、快速瞬变脉冲群抗扰度试验、浪涌检验、高低温检验及RTU、载荷位移传感器、变频器、元器件等质量检验。

3.2优化能效评价

能效评价在现场测试试验进行节能指标评价和节能效果测试等能效水平测试的基础上，对数字化抽油机的能效水平指标方法进行优化拓展。

3.2.1优化平衡度测试方法

在行业标准使用电流平衡度法进行测试的基础上，结合油田推广使用功率平衡度法进行测试和评判抽油机平衡度的实际，加入功率平衡度法测试评判方法，提高实用性。功率平衡度法测试方法见表4。

3.2.2增加经济运行评价

依据SY/T 6374-2008《机械采油系统经济运行规范》的要求，增加电动机功率利用率、排量系数等指标，并与电动机功率因数、机采系统效率节能评价值一起对数字化抽油机构成的系统运行水平进行综合评价。经济运行评价测试方法见表4。

3.2.3增加能效限定值评价

对数字化抽油机配套电机的电机效率进行试验测试，评价其效率值是否达到GB 18613-2012《中小型三相异步电动机能效限定值及能效等级》范围内国家明令禁止的电机效率限定值要求，提升数字化抽油机配套电机的能效水平。对其他具有国家能效限定值标准的数字化抽油机配套产品以此原则进行试验评价。

3.3进行可靠性分析

针对极端运行的特殊情况，结合数字化抽油机产品质量检验，利用抽油机质量与能效仿真测评系统开展抽油机过载失载条件下的性能试验，对导致抽油机停机和丧失数字化功能的关键参数项目进行可靠性检验分析统计，绘制可靠性运行曲线图，全面检验抽油机的使用可靠性。

表4　数字化抽油机能效评价增加项目及方法

3.4探索适用性研究

采集不同机型数字化抽油机在油田不同生产区块的油井示功图、动液面、产液量、油气比等主要生产参数，并在抽油机质量与能效仿真测评系统之上进行仿真模拟，通过不同机型抽油机、不同型号配套电机、不同类型控制柜之间的匹配试验统计，分析研究适应各生产区块的数字化抽油机机型及配套附属设备。

4　认识与结论

质量与能效测评方法可填补现场测试试验不能开展质量检验的缺陷，可有效开展数字化抽油机的产品质量检验、能效评价、可靠性试验及适应性研究。结合油田数字化抽油机应用现状，应通过质量检验与能效测评手段推动数字化抽油机的产品质量与能效水平进一步得到提升。

1）对新安装的数字化抽油机应在使用现场开展数字化功能测试，确保数字化抽油机充分发挥调平衡、自动优化等功能。

2）利用抽油机质量与能效仿真测评系统对数字化抽油机及其控制柜的产品质量性能进行批次抽测，提高进入油田市场数字化抽油机的产品质量。

3）利用现场测试试验与质量与能效仿真测评相结合的方式开展数字化抽油机的节能指标评价、节能效果测试、经济运行评价及能效限定值评价，提高数字化抽油机的运行效率，降低能耗。

4）充分利用抽油机质量与能效仿真测评系统开展数字化抽油机的可靠性分析试验，降低故障率，提高运行完好率。

5）利用抽油机质量与能效仿真测评系统探索开展数字化抽油机的油田适用性研究。

［1］全国石油天然气标准化技术委员会.油田生产系统节能监测规范：GB/T 31453-2015［S］.北京：中国标准出版社，2015.

［2］石油工业节能节水专业标准化技术委员会.油田生产系统能耗测试和计算方法：SY/T 5264-2012［S］.北京：石油工业出版社，2012.

［3］石油工业标准化技术委员会石油工业节能节水专标委.石油企业用节能产品节能效果测定：SY/T 6422-2016［S］.北京：石油工业出版社，2016.

［4］马建国.机械采油系统节能监测与评价方法［M］.北京：石油工业出版社，2014.

［5］吉效科，许丽，智勇.新型数字化抽油机的研制与应用［J］.石油机械，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

王海军（1981-），男，工程师，主要从事油气田节能监测工作。

本文编辑：路萍2016-06-25