抽油機與拖動裝置一體化加載試驗系統

馮曉輝，徐 浩，杜 業

（渤海石油裝備（天津）新世紀機械制造有限公司，天津 300280）

0 引言

據不完全統計，目前國內油井數量約25 萬口，其中游梁式抽油機井占70%以上，其無故障運行時間的長短，直接影響到油田的管理成本和運行成本，甚至影響到油田的產量。以往抽油機制造廠在對抽油機進行試驗時，多是在驢頭位置懸掛重砣進行試驗，無法模擬抽油機現場交變載荷的工況；而少數科研院所對抽油機進行試驗時，采用的是水井+水循環系統加載進行試驗，但存在投資大、工藝復雜、占地面積大等問題，無法進行推廣。抽油機拖動裝置制造商在對拖動裝置進行試驗時有兩種情況：一是拖動裝置重新設計或更改工藝時進行型式試驗；二是常規出廠試驗，只對常規參數進行試驗。為了能夠實現抽油機加載和拖動裝置一體化試驗，介紹一種抽油機與抽油機拖動裝置一體化的加載試驗系統，以滿足模擬油田工況的情況下，對抽油機和拖動裝置同時進行試驗，保證設備的質量。

1 系統原理

試驗系統由加載系統（液壓馬達及液壓油源）、無線角位移傳感器、無線負載傳感器、RTU（Remote Terminal Unit，遠程終端單元）（或PLC）、主控制器、振動檢測儀、溫度檢測儀等組成，如圖1 所示。通過載系統來模擬油田現場的實際工況，實現抽油機的交變載荷，并可模擬現場負荷減少、負荷增加、卡井等突發工況；通過一體化控制系統可以監測抽油機的沖程、沖次、懸點載荷、平衡度、振動等參數，同時可以監測拖動裝置的運行電壓、電流、溫度、有功功率、無功功率、功率因數等參數；遠程傳輸裝置和中控試驗臺，可以對拖動裝置的遠程啟停、遠程故障報警、示功圖顯示等功能進行檢測。

2 系統組成

2.1 加載系統

鋼絲繩滾筒通過支架用地錨固定在地基上，鋼絲繩滾筒通過軸承在支架上滾動來收緊或放松鋼絲繩。通過液壓伺服馬達給滾筒施加力矩載荷，給鋼絲繩施加拉力載荷（圖2）。伺服壓力控制單元給馬達提供精確的液壓壓力，光電碼盤檢測位置及速度，實現模擬油田現場交變載荷的工況；通過伺服控制單元還可以隨時增加或減小液壓壓力，模擬油田現場載荷不均勻和軟卡的工況，使試驗條件接近油田現場運行工況。

圖1 一體化加載試驗系統組成

圖2 加載系統（液壓馬達）

2.2 抽油機檢測

（1）沖次檢測。RTU 通過角位移傳感器采集數據，通過計算顯示抽油機運行沖次并上傳至主控制器。

（2）沖程檢測。RTU 通過角位移傳感器采集數據，通過計算顯示抽油機運行沖程并上傳至主控制器，主控制器程序對實際沖程和設計沖程進行對比，并判定是否合格。

（3）懸點載荷。RTU 通過載荷傳感器采集數據，通過計算顯示抽油機懸點載荷并上傳至主控制器。

（4）平衡度檢測。RTU 通過電量采集模塊采集電流信號，通過角位移傳感器采集上下行信號，通過對上下行電流的計算顯示抽油機的平衡度并上傳至主控制器。

（5）振動檢測。通過振動傳感器將抽油機的實際振動值上傳至主控制器，主控制器程序對實際振動值和設計值進行對比，并判定是否合格。

（6）根據不同的需求，還可以增加減速箱凈扭矩、調平衡電機（自動調平衡抽油機）相關參數等項目的檢測。

2.3 拖動裝置檢測

（1）過壓、欠壓保護。通過調壓變壓器對電壓進行調節，模擬油田現場過壓、欠壓的工況。拖動裝置通過對電壓的監測，與內設保護限值（一般為額定電壓依20%）對比，高于保護限值則為過壓保護，反之為欠壓保護，通過拖動裝置是否進行保護動作判定是否合格。

（2）過載保護。通過調整液壓馬達加載系統，模擬現場卡井或負載超過電動機額定負載的工況。拖動裝置實時監測電流，當出現電流突變且超出電動機設定保護電流值時，進行過載保護，通過拖動裝置是否進行保護動作判定是否合格。

（3）缺相保護。在主電源任意一相安裝一個接觸器，通過轉換開關或帶自鎖的按鈕開關控制接觸器線圈，實現模擬缺相的工況。拖動裝置通過對三相電源的監測，當出現某相無電壓（電流）或電壓（電流）過低時，則缺相保護，通過拖動裝置是否進行保護動作判定是否合格。

（4）過熱保護。對拖動裝置過熱保護端子短接，在短接線上連接一個兩位轉換開關或帶自鎖按鈕開關，通過開關的通斷來模擬過熱保護繼電器通斷（電動機是否過熱）的工況。當斷開轉換開關或按下自鎖按鈕后，過熱保護，通過拖動裝置是否進行保護動作判定是否合格。

（5）主電機運行參數。數字化節能控制器檢測主電機運行電流、電壓，通過RTU（或PLC）上傳主控制器，主控制器通過對電動機運行電流、電壓進行計算，實現有功功率、無功功率、功率因數等參數的監測。

2.4 遠程監控

抽油機拖動裝置與遠程傳輸裝置進行通信，實現中控室對抽油機、拖動裝置、調平衡電動機（自動調平衡抽油機）運行情況的遠程監控，中控室主控臺顯示抽油機整體的各種數據參數（電壓、電流、沖程、沖次、平衡度、懸點載荷、示功圖等），并可通過遠程監控設備檢測拖動裝置的遠程啟停、故障報警等功能，同時可以檢測抽油機運行情況遠程傳輸、調平衡電機的遠程啟停、示功圖上傳等功能。

2.5 對比試驗設計

為了實現兩種不同型號電機拖動同一臺抽油機時的對比試驗，并且排除電機拆卸、更換過程中對工況的改變因素，可以在試驗臺電機位置延伸出另一個電機的安裝位置，2 臺電機采用特制的靠背輪式皮帶輪連接，一臺電機停機后啟動另一臺電動機，根據主控制器采集數據進行對比試驗。需要注意：2 臺電機在控制上必須進行互鎖保護，保證同一時間內只有一臺電機通電運行。

3 結束語

抽油機與拖動裝置一體化加載試驗系統，是在模擬油田現場工況的情況下對抽油機和拖動裝置進行整體試驗，使抽油機制造廠和拖動裝置制造廠能夠取得更加貼近油田現場的試驗數據，對于產品的的設計優化具有重要意義，同時能有效提高抽油機和拖動裝置運行的可靠性，保證油田的生產運行。