潜油电泵测试系统方案

郉厚伟，宋诗光，吴 频，郝 杰

（渤海石油装备（天津）中成机械制造有限公司，天津 300280）

0 引言

潜油电泵目前已经作为主要采油设备，特别是在油田开发后期应用越来越广。近年，许多科研机构及潜油电泵生产企业都花费很大精力投入到潜油电泵的测试方法，提高使用性能。但对于其测试方法及性能研究成果较少，国内目前还没有一套公认的科学、合理、能够充分体现潜油电泵实际性能的测试系统，使理论分析和试验结果相统一，用来指导设计开发、生产制造。

1 潜油电泵测试系统执行标准

GB/T 16750—2008《潜油电泵机组》，GB/T 12785—2014《潜水电泵试验方法》，API RP 11S2—1997《Recommended Practice for Electric Submersible Pump Testing》，GB/T 3216—2005《离心泵、混流泵、轴流泵和旋涡泵试验方法》，GB/T 1032—2005《三相异步电动机试验方法》。

2 潜油电泵测试系统技术指标

潜油电机参数:电机外径143 mm、138 mm、114 mm、108 mm、98 mm/95 mm；额定最大功率≤280 kW；额定最大电流≤96 A；额定最大电压≤2500 V；保护器外径尺寸98 mm、130 mm；潜油泵外径尺寸95 mm、98 mm、130 mm。

3 试验介质

按照标准泵出厂进行水力性能试验，试验介质为清水，相对密度1.0，常温；为配合潜油电泵可以模拟现场多种工况的运行情况，以及潜油电泵技术研究开发，测试系统配套小流量多项流液气混合系统（80 L/min），可实现油气水按不同要求进行混合，测试潜油电泵的运行数据。水介质由水箱经过供水管进入吸入口，气体经供气管线进入注气室，并在此与水混合后进入泵，通过泵后，经高压阀门及回水管返回水箱。电机提供动力，在电机和止推室之间安装转矩传感器，用于测量泵轴的输入转矩；在吸入口处泵出口和高压阀门之间各安装一个压力表，用于测量泵入口及出口处压力；流量计安装在供水管线上，用于测量进入泵的介质流量。

4 测试系统仪器仪表配置

仪器、仪表选择要求符合GB 16750—2008 第6.1.1 项要求，具体配置:试验时采用的电压、电流互感器精度不低于0.2级；电气测量仪表（兆欧表除外）、转矩仪精度不低于0.5 级；频率、转速表精度不低于0.1 级；直流泄漏仪精度不低于0.2 级；流量、扬程（压力）仪表精度不低于1.0 级；直流电阻测量仪表精度不低于0.2 级；振动测试传感器精度不低于0.2 级；温度表精度误差在±1 ℃以内。

5 试验台试验参数设置（表1）

表1 试验台试验参数设置

6 试验台操作控制系统

试验室测控系统采用功能分层、分散控制的设计思想，利用高速通信网络将计算机、智能仪表和可编程控制器相互联接，实现数据和信息的共享，完成监视、操作、管理和控制等功能。

（1）集中管理层。由1 台或多台操作员站和1 台工程师站组成，给操作和管理维护人员提供人机界面。能准确显示过程控制情况和程控系统运行状况，记录设备的启停时间和故障发生及消除时间；打印各种报表并能故障报警；在线修改控制参数和软件操作；通过网络与分散监控层连接，接收和发送数据信息；还可与管理网联网，向管理网发送相关信息。

（2）分散监控层。由多个过程监控装置组成分散监控层，每个过程监控装置作为一个子系统，将整个过程控制分成几个局部过程控制或单元控制系统。各子系统功能相对独立，采集各自对象的输入信号和被控制信号，运算处理后输出控制信号，通过网络与集中管理层以及其他各子系统连接，接收和发送数据信息。

（3）现场控制层。由多台就地控制操作装置组成，具有现场手动操作、手动和自动控制的电气联锁和切换功能，具有驱动电气设备，非电量信号转换等手动操作功能。集中管理层和分散监控层之间用高速通信网连接，分散监控层与现场控制层之间通过测量信号和控制信号电缆一一对应连接。

7 试验台管路系统设计

（1）试验台管路上的高压门型活动管路、高压弯管以及测流管路按厂房基本要求布置，满足目前生产的所有机组试验能力的要求。

（2）管路上的电磁流量计、电子执行器、高压调节阀、压力变送器等部件均按照标准精度要求配置；准确校核操作台阀门控制仪表和电子执行器的动作匹配，达到对潜油电泵机组流量和扬程（压力）精确控制要求。

（3）电动截止阀。电动截止阀采用多回转阀门电动装置，使阀芯作上下直线运动，采用380 V 或220 V 控制电源。实现远程控制阀门的打开或关闭，具有重量轻、密封可靠的优点。阀杆升降螺纹采用左旋梯形螺纹，顺时针旋转手轮为关，反时针旋转为开，与习惯一致。采用锥形密封副结构，它靠金属阀芯与阀座锥面之间的自由贴合实现密封，阀芯和阀座表面都焊硬质合金，使之具有良好耐磨性和防腐能力。阀盖和阀体采用双头螺栓连接，密封件为不锈钢垫环，它使阀盖与阀体的装配间隙很小，减小甚至消除了腐蚀介质对螺栓和螺孔的侵蚀。

（4）电动调压阀。该阀阀杆头部设计为筒形锥面，堆焊硬质合金，阀座采用钨钛合金制成，具有良好的抗冲刷和耐腐蚀能力，安装使用方便。阀杆头部采用锥面结构，经得起大流量流体的冲刷。阀杆头部锥面结构能够更加准确调节流量大小。

（5）阀门控制。电源380 V 或220 V，控制信号:4～20 mA。

8 试验台强电控制系统配置

（1）工位1、2 配电系统参数满足额定功率140 kW，额定电流48 A，额定电压2282 V 的电泵机组整机试验要求。

（2）工位3、4 调压器原边6 kV 侧增加一台高压接触器柜，用来分合调压器原边6 kV 电压，避免高压开关柜频繁分合导致高压开关失灵。

（3）工位3、4 的试验启动方案为调压器后端软启动器启动装置，完成电泵机组的软启软停，避免调压器直给电机启动的模式，导致调压器涡轮蜗杆损坏。

（4）工位3、4 启动柜应具有工频、软启双向选择功能，可通过试验台进行操控选择。

9 试验台软件采集系统设计

（1）试验台测试系统具备井下传感器的通信能力，使用井下传感器采集振动和温升数据，并进行数据验证。井下传感器具备RS485 通信接口。

（2）工位1～3 具备试验介质温度测量、滑行时间、电机转速、热冷态电阻采集以及机组电参数的采集设备，提供完善连接工装。

（3）工位4 除具备以上功能外，还应具备机组振动测试功能，电泵机组尺寸。

（4）试验台完成数据采集、分析、试验曲线绘制，并根据试验数据，依据GB 16750 等相关要求自动判定机组试验数据是否合格，生成试验报告。

10 测试系统应用

本测试系统经过几年运行试验，完成了各种型号潜油电泵的出厂测试，针对几种潜油电泵配合研究产品升级，模拟现场不同工况，不同介质性质，不同压力条件完成测试。为研究开发提供了一套完善测试系统，可以得到最接近潜油电泵在现场工作条件下的运行数据，为进一步研究提供有效数据支撑。