石油采油机械综合性测试实验装置的设计和应用

韩家员 周密 姜有云 梅军华

摘要：在石油开采中，对采油机械有较高的要求，这就要求对采油机械进行综合性测试实验，其中，实验装置则是开展测试工作的前提，注重采油机械综合性测试实验装置的设计，并将其应用在实验工作中，以保证采油机械具有良好的性能。

关键词：石油开采；采油机械；综合性测试；实验装置；设计

随着社会经济的快速发展，将石油采油机械综合性测试实验装置作为一种新型的实验平台，充分体现了设计的实验装置的综合性和多元化功能，使实验装置充分发挥其工作性能，以满足时代发展的需求。本文则对石油采油机械综合性测试实验装置的设计和应用进行探讨。

1.实验装置设计的主导思想

随着时代的发展，传统的实验装置已不能满足时代的发展要求，注重实验装置的更新改造，设计石油机械综合性测试实验装置，这就要求在设计中应注重实验装置的先进性、及时性和经济性[1]。第一，先进性，在实验室建设中，由于石油机械实验装置的专业性较强，费用成本也较高，若不采用先进的高水平测试手段，则可能难以满足实验室的各种实验的特殊要求，因此，以先进性为主导思想，引进先进的高水平测试手段，从而研制出具有特色、有技术含量的实验装备；第二，及时性，随着科学技术的发展，采油机械教材内容正在不断调整，这就要求需要及时更新实验设备来满足理论课程的要求；第三，经济性，由于实验装置的专用性较强，成本费用也较高，这就给实验室的建设带来了一定的困难，然而，采用自制设备，则可以有效降低实验室建设的成本。

2.实验装置介绍

针对石油采油机械综合性测试实验装置的设计，其主要由变频器、传感器、液压源、A/D、D/A模式控制器及计算机组成。分析实验装置的工作原理[3]，其测试对象可以为油粮式抽油机及其他类型抽油机，通过在计算机上操作自行编制的系统软件，根据不同的实验内容选择不同的驱动方式和加载型式，采用数字化测试的方式对其进行测试，其主要原因是数字化测试可以实现实时数据和曲线的显示。下面则对实验装置系统进行概述：

2.1抽油机加载系统

由于采油机械的抽油机的上冲载荷与下冲载荷存在一定的差异，若采用悬挂重物的方法，则根本不能真实反映抽油机上、下冲程载荷的变化情况，然而，设计抽油机加载系统，则可以有效克服这类问题，其可以将任何形状的示功图按不同荷载加载[2]。

2.2抽油机测试系统

抽油机测试系统主要包括静动态应变仪、示功图及电参数等测试仪，这些仪器可以对示功图、电参数等变量进行测试。

2.3抽油机驱动系统

抽油机驱动系统主要利用PLC控制技术来实现，利用PLC控制技术对交流变频器进行控制，并驱动电机，从而实现了人工智能的驱动系统。由于人工智能系统具有自动化、智能化的特点，通过设计智能化、自动化的抽油机驱动系统，则可以根据不同的工况来选择不同的运行速度，同时也可以实现自动停机、自动启动的功能。

3.实验项目开发功能和特点

3.1抽油机刚度及稳定性测试

抽油机主要包括支架、连杆等主要部件，根据实验要求选择不同的加载及驱动方式，对抽油机各点的动态应力值进行测试，充分体现出抽油机荷载与速度之间的关系，对有限元计算的准确性进行验证，从而为石油采油机械的抽油机的设计提供参考依据。

3.2传动功率及示功圖测试

针对电机的瞬时角速度，应利用测速电机对其进行连续测量；然而，对于电机输出轴的瞬时转矩测量，则需要采用动态应变仪进行连续测量；对于曲柄轴转矩，则需要使用遥测仪连续测量。当各个点的瞬时功率测量完成后，则需要对冲程内的各个部件的功率进行测量，采用积分的计算方式，并计算由位移和拉力传感器绘出的示功图，最终计算出整个抽油机的工作效率。

3.3平衡性能测试

在平衡性能检测实验中，首先应对电机输入电参数进行测试，这就要求采用抽油机测功仪；其次，当采集电路被计算机系统控制后，则需要采集抽油机的电压及功率，获得无功功率及上下冲程峰值电流等参数，将这些参数作为判断抽油机平衡性能的依据，最终找到有效的解决办法。

3.4数字化抽油机性能实验

关于数字化抽油机性能实验，其主要包括以下几个方面：第一，利用系统采集的示功图对抽油机进行自动加载，从而真实模拟抽油机现场工作的实际情况；第二，将无线载荷、位移传感器安装在抽油机上，其可以实现自动采集数据的功能，并且也可以绘制出加载后的抽油机示功图，通过加载后的抽油机示功图与加载前的示功图进行对比，则可以验证抽油机上安装的无线载荷及位移传感器的准确性、可靠性；第三，在油田采油井场，通过自动采集抽油机的运行数据，如悬重载荷、运行功率及抽油机示功图等，则可以计算出抽油机产液量和动液面的数据，最终判断出抽油机的运行情况；第四，关于抽油机电参数及远程控制模块，其不仅可以采集电压、运行功率等参数，也可以实现A/D转换，将整理的数据传输至定点计算机，然而，在传输过程中，这些模块还需接受定点计算机发出的控制指令，通过人工智能的方式，对抽油机的运行情况进行判断，最终发出各种控制指令及指挥抽油机的运行方式。

4.结论

随着采油机械课程内容的不断调整，传统的实验装置已不能满足社会的发展要求，设计石油采油机械综合性测试实验装置，实现实验装置的智能化、自动化，将使实验装置在油田开采中发挥重要作用。

参考文献：

[1]焦永利，高淑芹，胡静.石油采油机械综合性测试实验装置的设计和应用[J]. 今日科苑，2014，02：123.

[2]职黎光，魏航信.石油采油机械综合性测试实验装置研制与应用[J]. 实验技术与管理，2012，11：63-64.

[3]职黎光，魏航信.石油钻机综合性测试实验装置研制[J]. 实验科学与技术，2013，02：186-188.

[4]蒋发光，梁政，张真，张梁.《采油机械》课程教学探索[J]. 中国科教创新导刊，2012，04：38-39.