卡光桿綜合測(cè)試儀載荷校準(zhǔn)質(zhì)量及其影響因素分析

王偉旗

中國(guó)石油大慶油田有限責(zé)任公司測(cè)試技術(shù)服務(wù)分公司（黑龍江 大慶 163513）

0 引言

目前，卡光桿加速度綜合測(cè)試被廣泛應(yīng)用于抽油機(jī)井功圖、動(dòng)液面和電參等參數(shù)測(cè)試[1-2]，但是更多的用于功圖測(cè)試以分析泵效，因此卡光桿載荷位移校準(zhǔn)質(zhì)量直接影響功圖測(cè)試結(jié)果。為了實(shí)現(xiàn)卡光桿加速度綜合測(cè)試儀載荷、位移量值傳遞，建立計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)和制定校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)載荷位移進(jìn)行校準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)SY/T 6678—2007[3]規(guī)定了壓載拉線式綜合測(cè)試儀載荷位移的校準(zhǔn)方法，其中載荷位移刻度方法、載荷零點(diǎn)偏移、載荷零點(diǎn)漂移適合于壓載拉線式綜合測(cè)試儀，不適用于卡光桿綜合測(cè)試載荷位移刻度和零點(diǎn)偏移、零點(diǎn)漂移校準(zhǔn)；但載荷位移誤差校準(zhǔn)適用于卡光桿綜合測(cè)試載荷位移誤差校準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)SY/T 7080—2016[4]規(guī)定了壓載拉線式和卡光桿加速度式綜合測(cè)試儀載荷位移校準(zhǔn)方法。與標(biāo)準(zhǔn)SY/T 6678—2007 一樣，SY/T 7080—2016 不適用于卡光桿加速度式綜合測(cè)試儀載荷位移刻度和零點(diǎn)偏移、零點(diǎn)漂移校準(zhǔn)；但載荷位移誤差校準(zhǔn)適用于卡光桿綜合測(cè)試載荷位移誤差校準(zhǔn)[5]。由表1可知，加速度變化非常微小[6]，因此只要檢測(cè)加速度傳感器性能良好就能保證測(cè)量精度。

表1 全國(guó)各地區(qū)十大油田（2019年）重力加速度

目前儀器儀表的刻度方程主要有5 種數(shù)學(xué)模型：①正比例模型。如彈簧管壓力表的壓力；②直線模型。如測(cè)井儀器溫度、壓力刻度[7]；③多項(xiàng)式模型。如超聲波流量計(jì)的流量刻度[8]；④疊加模型。直讀驗(yàn)封儀壓力刻度和存儲(chǔ)式電子壓力計(jì)壓力刻度[9-10]；⑤積分模型。如卡光感綜合測(cè)試儀加速度位移刻度模型。

1 卡光桿綜合測(cè)試儀載荷校準(zhǔn)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

1.1 外觀

綜合測(cè)試儀各個(gè)部件應(yīng)齊全完整，主機(jī)標(biāo)識(shí)清晰，應(yīng)有制造廠名、型號(hào)、出廠編號(hào)等內(nèi)容，各部分應(yīng)清潔、無(wú)損傷，信號(hào)插座無(wú)變形，緊固螺釘無(wú)松動(dòng)。

1.2 載荷示值誤差

綜合測(cè)試儀載荷示值最大允許誤差應(yīng)不大于載荷示值最大允許誤差。

1.3 載荷零點(diǎn)偏移

綜合測(cè)試儀載荷零點(diǎn)偏移應(yīng)不大于載荷示值最大允許誤差。

1.4 載荷零點(diǎn)漂移

綜合測(cè)試儀載荷零點(diǎn)漂移應(yīng)不大于載荷示值最大允許誤差。

2 質(zhì)量問(wèn)題的解決

對(duì)最終產(chǎn)品進(jìn)行抽樣檢驗(yàn)，抽取了400個(gè)樣品，其中不合格品類型及數(shù)量見(jiàn)表2，載荷校準(zhǔn)不合格率為11.0%（44/400×100%)。

表2 不合格品類型及數(shù)量

2.1 分析影響載荷校準(zhǔn)質(zhì)量的癥結(jié)

通過(guò)柏拉圖分析尋找影響載荷校準(zhǔn)質(zhì)量的癥結(jié)，如圖1所示。

圖1 不合格類型柏拉圖分析

從圖1可以看出：影響載荷校準(zhǔn)質(zhì)量的癥結(jié)是載荷示值誤差超差，占到59.09%，是主要的改進(jìn)對(duì)象。

2.2 質(zhì)量問(wèn)題主要原因

利用頭腦風(fēng)暴法收集導(dǎo)致載荷示值誤差超差的原因，并應(yīng)用因果圖分組整理分析，如圖2所示。紅色原因?yàn)橹饕颍嚎潭确匠棠Ｐ?、卡光桿位置、光桿直徑、光桿材料、零點(diǎn)補(bǔ)償、遲滯性補(bǔ)償。其他原因可以通過(guò)培訓(xùn)、管理，嚴(yán)格執(zhí)行校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)消除。

圖2 載荷示值誤差超差因果圖

2.3 質(zhì)量問(wèn)題的解決對(duì)策及實(shí)施

2.3.1 質(zhì)量問(wèn)題的解決對(duì)策

質(zhì)量問(wèn)題的解決對(duì)策見(jiàn)表3。

表3 對(duì)策表

2.3.2 質(zhì)量問(wèn)題解決對(duì)策的實(shí)施

1）刻度模型、光桿直徑、光桿材料、卡光桿位置試驗(yàn)。卡光桿綜合測(cè)試儀載荷校準(zhǔn)，以光桿作為標(biāo)準(zhǔn)器，檢測(cè)光桿的徑向形變量，標(biāo)準(zhǔn)器使用與抽油桿材質(zhì)相同的光桿，外徑規(guī)格分別為25、28 和32 mm?？ü鈼U載荷傳感器卡在光桿中點(diǎn)以上3 cm和光桿中點(diǎn)以下3 cm 位置進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 試驗(yàn)1結(jié)果

卡光桿載荷傳感器卡在光桿中點(diǎn)位置以下的刻度時(shí)，載荷傳感器原始輸出頻率在2 000～3 000 Hz；卡在中點(diǎn)以上位置的刻度時(shí)，載荷示值在3 000～3 500 Hz。經(jīng)過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，加載10 kN 與130 kN 載荷時(shí)，載荷傳感器輸出的頻率差值是一個(gè)固定值（表5），平均為500 Hz。

表5 10 kN與130 kN儀器示值之差

因此，為了消除光桿直徑、光桿材料、卡光桿位置對(duì)載荷傳感器輸出頻率的影響，卡光桿載荷傳感器刻度采用載荷示值之差與輸出頻率之差的比值來(lái)刻度儀器，保證了卡光桿載荷傳感器輸出結(jié)果的穩(wěn)定性，刻度數(shù)學(xué)模型見(jiàn)式（1）。

式中：f(x)為載荷計(jì)算工程值，kN；Δy為載荷標(biāo)準(zhǔn)值差值，kN；Δx為儀器輸出頻率差值，Hz；x為儀器輸出頻率，Hz。

為了驗(yàn)證刻度方程的準(zhǔn)確性，使用外徑25、32 mm 的光桿在中點(diǎn)以上、下3 cm 位置卡光桿進(jìn)行交叉驗(yàn)證，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

由表6 可知，交叉驗(yàn)證最大引用誤差為1.35%，小于最大允許誤差3%；同時(shí)進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)，由表7可知，最大引用誤差1.40%，小于最大允許誤差3%，因此式（1）刻度數(shù)學(xué)模型消除了光桿直徑、光桿材料、卡光桿位置對(duì)載荷傳感器輸出頻率的影響。

表6 交叉試驗(yàn)檢定結(jié)果對(duì)比

表7 自動(dòng)檢定結(jié)果

2）零點(diǎn)和遲滯性補(bǔ)償試驗(yàn)。在校準(zhǔn)卡光桿載荷傳感器的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，拉伸光桿校準(zhǔn)過(guò)程中示值誤差很小，但壓縮光桿校準(zhǔn)過(guò)程中示值誤差偏大，由表8 可知最大引用誤差6.80%，大于最大允許誤差3%。由表8 可知卡光桿載荷傳感器每一次的零值不一樣，從最初的0.72 kN隨著載荷加載次數(shù)增加至5.16 kN。分析原因是由金屬標(biāo)形變的遲滯性導(dǎo)致的。試驗(yàn)結(jié)果表明，每一循環(huán)進(jìn)行載荷零值補(bǔ)償，每點(diǎn)的載荷示值減去該循環(huán)零點(diǎn)載荷示值，表8數(shù)據(jù)進(jìn)行零點(diǎn)補(bǔ)償后的數(shù)據(jù)見(jiàn)表9。由表9可知，除第1次循環(huán)和第二次循環(huán)下行過(guò)程中100 kN的數(shù)據(jù)超差，引用誤差分別為3.07%、3.47%。

表8 載荷校準(zhǔn)數(shù)據(jù)

表9 零點(diǎn)補(bǔ)償載荷校準(zhǔn)數(shù)據(jù)

針對(duì)零值補(bǔ)償后個(gè)別數(shù)據(jù)超差的現(xiàn)象，一般發(fā)生在減載上限值，分析原因是金屬形變由于遲滯性恢復(fù)需要一定的時(shí)間，補(bǔ)償?shù)霓k法，延長(zhǎng)數(shù)據(jù)采集時(shí)間，載荷穩(wěn)定120 s后手動(dòng)記錄3次數(shù)據(jù)取平均值作為該點(diǎn)的示值。由表10 可知，進(jìn)行遲滯性補(bǔ)償后，最大的引用誤差2.61%，小于最大允許誤差3%。

表10 遲滯性質(zhì)補(bǔ)償校準(zhǔn)數(shù)據(jù)

3）實(shí)施效果進(jìn)行確認(rèn)并標(biāo)準(zhǔn)化。改進(jìn)之后抽取400 個(gè)樣品進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（表11）。通過(guò)這次質(zhì)量改進(jìn)，卡光桿綜合測(cè)試儀載荷校準(zhǔn)的不合格率從原來(lái)的11.0%降至4.5%（18/400×100%）。將改進(jìn)前后的柏拉圖進(jìn)行對(duì)比，很容易看出改善的效果很明顯（圖3）。

圖3 改進(jìn)后不合格類型柏拉圖分析

表11 改進(jìn)后不合格品類型及數(shù)量

通過(guò)分析改進(jìn)后的柏拉圖可知，卡光桿綜合測(cè)試儀載荷校準(zhǔn)不合格率降至了4.5%，外觀不合格成為主要原因，進(jìn)入下一個(gè)PDCA 改善的循環(huán)中。需在以后的生產(chǎn)中繼續(xù)進(jìn)行改進(jìn)，對(duì)改進(jìn)措施進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，制定相應(yīng)的制度，使每一位員工都熟悉并按規(guī)定執(zhí)行，加強(qiáng)監(jiān)督的力量。

3 結(jié)論

1）載荷示值誤差超差是卡光桿綜合測(cè)試儀載荷校準(zhǔn)質(zhì)量的主要問(wèn)題；刻度方程模型、卡光桿位置、光桿直徑、光桿材料、零點(diǎn)補(bǔ)償、遲滯性補(bǔ)償?shù)仁侵饕绊懸蛩亍?/p>

2）卡光桿載荷刻度方程采用變形的正比例函數(shù)可以滿足校準(zhǔn)最大允許誤差要求。

3）應(yīng)用全面質(zhì)量管理方法進(jìn)行PDCA 循環(huán)改進(jìn)，卡光桿綜合測(cè)試儀載荷校準(zhǔn)的不合格率由11.0%下降至4.5%，提高了載荷校準(zhǔn)質(zhì)量。