石油采油機(jī)械綜合性測(cè)試實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)和應(yīng)用

韓家員 周密 姜有云 梅軍華

摘要：在石油開(kāi)采中，對(duì)采油機(jī)械有較高的要求，這就要求對(duì)采油機(jī)械進(jìn)行綜合性測(cè)試實(shí)驗(yàn)，其中，實(shí)驗(yàn)裝置則是開(kāi)展測(cè)試工作的前提，注重采油機(jī)械綜合性測(cè)試實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)，并將其應(yīng)用在實(shí)驗(yàn)工作中，以保證采油機(jī)械具有良好的性能。

關(guān)鍵詞：石油開(kāi)采；采油機(jī)械；綜合性測(cè)試；實(shí)驗(yàn)裝置；設(shè)計(jì)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，將石油采油機(jī)械綜合性測(cè)試實(shí)驗(yàn)裝置作為一種新型的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，充分體現(xiàn)了設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置的綜合性和多元化功能，使實(shí)驗(yàn)裝置充分發(fā)揮其工作性能，以滿(mǎn)足時(shí)代發(fā)展的需求。本文則對(duì)石油采油機(jī)械綜合性測(cè)試實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)和應(yīng)用進(jìn)行探討。

1.實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)的主導(dǎo)思想

隨著時(shí)代的發(fā)展，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)裝置已不能滿(mǎn)足時(shí)代的發(fā)展要求，注重實(shí)驗(yàn)裝置的更新改造，設(shè)計(jì)石油機(jī)械綜合性測(cè)試實(shí)驗(yàn)裝置，這就要求在設(shè)計(jì)中應(yīng)注重實(shí)驗(yàn)裝置的先進(jìn)性、及時(shí)性和經(jīng)濟(jì)性[1]。第一，先進(jìn)性，在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中，由于石油機(jī)械實(shí)驗(yàn)裝置的專(zhuān)業(yè)性較強(qiáng)，費(fèi)用成本也較高，若不采用先進(jìn)的高水平測(cè)試手段，則可能難以滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)室的各種實(shí)驗(yàn)的特殊要求，因此，以先進(jìn)性為主導(dǎo)思想，引進(jìn)先進(jìn)的高水平測(cè)試手段，從而研制出具有特色、有技術(shù)含量的實(shí)驗(yàn)裝備；第二，及時(shí)性，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，采油機(jī)械教材內(nèi)容正在不斷調(diào)整，這就要求需要及時(shí)更新實(shí)驗(yàn)設(shè)備來(lái)滿(mǎn)足理論課程的要求；第三，經(jīng)濟(jì)性，由于實(shí)驗(yàn)裝置的專(zhuān)用性較強(qiáng)，成本費(fèi)用也較高，這就給實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)帶來(lái)了一定的困難，然而，采用自制設(shè)備，則可以有效降低實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的成本。

2.實(shí)驗(yàn)裝置介紹

針對(duì)石油采油機(jī)械綜合性測(cè)試實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)，其主要由變頻器、傳感器、液壓源、A/D、D/A模式控制器及計(jì)算機(jī)組成。分析實(shí)驗(yàn)裝置的工作原理[3]，其測(cè)試對(duì)象可以為油糧式抽油機(jī)及其他類(lèi)型抽油機(jī)，通過(guò)在計(jì)算機(jī)上操作自行編制的系統(tǒng)軟件，根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容選擇不同的驅(qū)動(dòng)方式和加載型式，采用數(shù)字化測(cè)試的方式對(duì)其進(jìn)行測(cè)試，其主要原因是數(shù)字化測(cè)試可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和曲線(xiàn)的顯示。下面則對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng)進(jìn)行概述：

2.1抽油機(jī)加載系統(tǒng)

由于采油機(jī)械的抽油機(jī)的上沖載荷與下沖載荷存在一定的差異，若采用懸掛重物的方法，則根本不能真實(shí)反映抽油機(jī)上、下沖程載荷的變化情況，然而，設(shè)計(jì)抽油機(jī)加載系統(tǒng)，則可以有效克服這類(lèi)問(wèn)題，其可以將任何形狀的示功圖按不同荷載加載[2]。

2.2抽油機(jī)測(cè)試系統(tǒng)

抽油機(jī)測(cè)試系統(tǒng)主要包括靜動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀、示功圖及電參數(shù)等測(cè)試儀，這些儀器可以對(duì)示功圖、電參數(shù)等變量進(jìn)行測(cè)試。

2.3抽油機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

抽油機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要利用PLC控制技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，利用PLC控制技術(shù)對(duì)交流變頻器進(jìn)行控制，并驅(qū)動(dòng)電機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)了人工智能的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。由于人工智能系統(tǒng)具有自動(dòng)化、智能化的特點(diǎn)，通過(guò)設(shè)計(jì)智能化、自動(dòng)化的抽油機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，則可以根據(jù)不同的工況來(lái)選擇不同的運(yùn)行速度，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)停機(jī)、自動(dòng)啟動(dòng)的功能。

3.實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)功能和特點(diǎn)

3.1抽油機(jī)剛度及穩(wěn)定性測(cè)試

抽油機(jī)主要包括支架、連桿等主要部件，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求選擇不同的加載及驅(qū)動(dòng)方式，對(duì)抽油機(jī)各點(diǎn)的動(dòng)態(tài)應(yīng)力值進(jìn)行測(cè)試，充分體現(xiàn)出抽油機(jī)荷載與速度之間的關(guān)系，對(duì)有限元計(jì)算的準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證，從而為石油采油機(jī)械的抽油機(jī)的設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。

3.2傳動(dòng)功率及示功圖測(cè)試

針對(duì)電機(jī)的瞬時(shí)角速度，應(yīng)利用測(cè)速電機(jī)對(duì)其進(jìn)行連續(xù)測(cè)量；然而，對(duì)于電機(jī)輸出軸的瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩測(cè)量，則需要采用動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀進(jìn)行連續(xù)測(cè)量；對(duì)于曲柄軸轉(zhuǎn)矩，則需要使用遙測(cè)儀連續(xù)測(cè)量。當(dāng)各個(gè)點(diǎn)的瞬時(shí)功率測(cè)量完成后，則需要對(duì)沖程內(nèi)的各個(gè)部件的功率進(jìn)行測(cè)量，采用積分的計(jì)算方式，并計(jì)算由位移和拉力傳感器繪出的示功圖，最終計(jì)算出整個(gè)抽油機(jī)的工作效率。

3.3平衡性能測(cè)試

在平衡性能檢測(cè)實(shí)驗(yàn)中，首先應(yīng)對(duì)電機(jī)輸入電參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，這就要求采用抽油機(jī)測(cè)功儀；其次，當(dāng)采集電路被計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制后，則需要采集抽油機(jī)的電壓及功率，獲得無(wú)功功率及上下沖程峰值電流等參數(shù)，將這些參數(shù)作為判斷抽油機(jī)平衡性能的依據(jù)，最終找到有效的解決辦法。

3.4數(shù)字化抽油機(jī)性能實(shí)驗(yàn)

關(guān)于數(shù)字化抽油機(jī)性能實(shí)驗(yàn)，其主要包括以下幾個(gè)方面：第一，利用系統(tǒng)采集的示功圖對(duì)抽油機(jī)進(jìn)行自動(dòng)加載，從而真實(shí)模擬抽油機(jī)現(xiàn)場(chǎng)工作的實(shí)際情況；第二，將無(wú)線(xiàn)載荷、位移傳感器安裝在抽油機(jī)上，其可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)采集數(shù)據(jù)的功能，并且也可以繪制出加載后的抽油機(jī)示功圖，通過(guò)加載后的抽油機(jī)示功圖與加載前的示功圖進(jìn)行對(duì)比，則可以驗(yàn)證抽油機(jī)上安裝的無(wú)線(xiàn)載荷及位移傳感器的準(zhǔn)確性、可靠性；第三，在油田采油井場(chǎng)，通過(guò)自動(dòng)采集抽油機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，如懸重載荷、運(yùn)行功率及抽油機(jī)示功圖等，則可以計(jì)算出抽油機(jī)產(chǎn)液量和動(dòng)液面的數(shù)據(jù)，最終判斷出抽油機(jī)的運(yùn)行情況；第四，關(guān)于抽油機(jī)電參數(shù)及遠(yuǎn)程控制模塊，其不僅可以采集電壓、運(yùn)行功率等參數(shù)，也可以實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換，將整理的數(shù)據(jù)傳輸至定點(diǎn)計(jì)算機(jī)，然而，在傳輸過(guò)程中，這些模塊還需接受定點(diǎn)計(jì)算機(jī)發(fā)出的控制指令，通過(guò)人工智能的方式，對(duì)抽油機(jī)的運(yùn)行情況進(jìn)行判斷，最終發(fā)出各種控制指令及指揮抽油機(jī)的運(yùn)行方式。

4.結(jié)論

隨著采油機(jī)械課程內(nèi)容的不斷調(diào)整，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)裝置已不能滿(mǎn)足社會(huì)的發(fā)展要求，設(shè)計(jì)石油采油機(jī)械綜合性測(cè)試實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)裝置的智能化、自動(dòng)化，將使實(shí)驗(yàn)裝置在油田開(kāi)采中發(fā)揮重要作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]焦永利，高淑芹，胡靜.石油采油機(jī)械綜合性測(cè)試實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)和應(yīng)用[J]. 今日科苑，2014，02：123.

[2]職黎光，魏航信.石油采油機(jī)械綜合性測(cè)試實(shí)驗(yàn)裝置研制與應(yīng)用[J]. 實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2012，11：63-64.

[3]職黎光，魏航信.石油鉆機(jī)綜合性測(cè)試實(shí)驗(yàn)裝置研制[J]. 實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2013，02：186-188.

[4]蔣發(fā)光，梁政，張真，張梁.《采油機(jī)械》課程教學(xué)探索[J]. 中國(guó)科教創(chuàng)新導(dǎo)刊，2012，04：38-39.