机采井平衡度自动采集装置的研制与应用

李国喜（大庆油田技术监督中心）

油田游梁式抽油机的平衡率对抽油机机井的系统效率影响较大，平衡度差的油井能耗大，系统效率低[1-3]。同时抽油机平衡状况的好坏，直接影响抽油机连杆机构，减速箱和电动机的效率和寿命，而目前抽油机效率测试所采用依据是GB/T 33653—2017 《油田生产系统能耗测试和计算方法》；仪器主要是功率表、电力分析仪、电参数动态平衡测试仪等[4-5]，这几种仪器无法直接测量机采井平衡度，主要是以人工判断、读取上下冲程功率，人工计算平衡度。以油田主要测试仪器日置3169 型电力分析仪为例，现场测试时需两名测试人员相互配合，一人负责抽油机抽油杆上下行程转换节点观察，发出指令，另一人进行操作仪器，手工记录数值，这种测试方法费时费力，且存在一定的测量误差。为此，在调查研究的基础上，提出机采井平衡度自动采集装置的研制与应用，并收到良好的现场效果。

1 存在的问题

机采井平衡度测量主要有电流法、功率法两种，实践已充分证明，采用功率法更能体现机采井上下行程的平衡状况。因此，在研制机采井平衡度自动采集装置时优先采用功率法测量原理，确保机采井平衡度测量准确有效。目前平衡度采集主要是人工观察法，由2 人合作完成，即一人负责抽油机上下行程转换节点观察，并及时通知另一人操作现场测试，存在测试时效性不一致偏差，影响测试准确率，及测试效率低等问题。主要体现在以下2 个方面：现场沟通存在反应时间，检测数据精度不足，重复性差，对真实性反应平衡度的取值不够精确；自动化程度低，费时费力，效率低下。因此，有必要研制一套同步现场平衡率自动采集装置，实现测试过程中平衡率的自动采集，并能现场打印测试数据，提高测试效率，降低人为误差，保证机采平衡率数据的精准[6]。

2 工作原理及设备组成

2.1 工作原理

该装置通过无线加速度监测装置自动判定机采井的上下冲程，并同步传送至测试仪器，采集上下冲程的有功功率最大值、平均值，计算出机采井平衡度。该系统具有自动化程度高，精度高，安装、测试方便快捷，有效避免人工取值的误差，提高测试准确度及测试效率，专门为油田进行电参数检测、功图测量而开发的一体化、便携式设备[7-8]。

油井电参数测量精度参照GB/T 17215.321—2021标准，其测量算法兼容油田常用的日置3169 型电力分析仪的算法，特别是无功功率计量功能可选择开关功能，根据油井设备的特点选择不同的计算方式，得到真实的功率因数和电功图数据。通过全自动采集上下冲程功率自动计算平衡度的装置，用以提升测试效率，提升自动化程度，保证测试数据准确率，为油田节能降耗提供技术支撑[9-10]。

2.2 设备组成

机采井平衡度自动采集系统由两部分组成，分别是测试仪器主机和无线加速度监测装置（或者无线线位移监测装置）。测试仪器主机及其配件放置在便携手提箱中，无线加速度装置采用强力磁铁可固定在抽油机悬绳器的平面处。

1）测试仪器主机。采用触摸屏面板，内置锂电池、充电口、数据USB 接口、无线通讯接口等，机采井平衡度自动采集装置操作界面见图1。

图1 机采井平衡度自动采集装置操作界面

2） 无线加速度监测装置。为了方便现场测试，节约测井人力，提高自动化水平和测量精度。无线加速度监测装置由高精度加速度传感器、采集主板、无线通讯模块、内置锂电池、充电口、强力固定磁铁等部分组成。无线加速度装置采用强力磁铁可固定在抽油机悬绳器的平面处，随着抽油机运行其可测量油井冲程周期、上下止点位置、冲次等信息。

3 主要特点

1）结构简单，携带方便。机采井平衡度自动采集系统，通过无线加速度监测装置自动判定机采井的上下冲程，并同步传送至测试仪器，采集上下冲程的有功功率最大值、平均值，自动计算出机采井平衡度。机采井平衡度自动采集结构简单，自动采集系统携带操作方便。

2） 自动化程度高。该系统具有自动化程度高，精度高，安装、测试方便快捷，有效避免人工取值的误差，提高测试准确度及测试效率，专门为油田进行电参数检测、功图测量而开发的一体化、便携式设备。

3） 技术先进。它集成了先进的计算机技术、测量技术、电子技术并充分考虑了油田的实际需求，其可广泛应用于油田电力设备测试，便于掌握设备的运行情况，以及辅助管理者科学地把握设备节能降耗潜力，从而可以有效地促进和推动油田节能降耗工作的开展。

4）测量准确。由于现场测量采用自动测量方法，消除了人工观察带来的计量误差，测量数据更加可靠准确，该装置的测量准确度为0.5 级。

5）节能效果好。采用机采井平衡度自动采集系统，可获得准确可靠机采机井生产运行数据，便于掌握设备的运行情况，以及辅助管理者科学地把握设备节能降耗潜力，从而可以有效地促进和推动油田节能降耗工作的开展。

4 现场应用情况

该机采井平衡度自动采集装置于2021 年6 月研制获得成功，并在某油田投入现场试验应用，并得良好应用效果。截止2021 年底，该装置已累计测试机采抽油机井1 300 余口，机采井平衡度测试时间减少了一半，工作效率提升了50%。装置应用前后测试数据对比见表1。

从表1 中可以看出，应用后，油井平均系统效率提升了8.1%，平均有功率下降了3.41 kW，平均无功功率下降了7.21 kVar，平均功率因数提高了0.055，油井平衡度合格率提升22.5%，每口井平均测试时间减少了10 min，这充分说明新研制的机采井平衡度自动采集装置性能良好。

表1 装置应用前后测试数据对比

5 综合效果评价

1）节能效果好。采用该自动采集装置后，根据测试结果及时调整机采井平衡度，提升抽油机井平衡度，降低了有功功率，实现了节能降耗，预计年节电可达3 883.3×104kWh，按0.623 1 元/kWh 计算，则年节能效益可达2 419.7 万元。

2） 减排效益。按照节约1 kWh 电能减排0.997 kg 二氧化碳，即减少0.272 kg 碳排放计算，则年减少碳排放1 049.5 kg，减碳环保效益明显。

3）提升现场监测技术。采用先进的计算机技术、测量技术、电子技术开发研制出机采井平衡度自动采集装置，提升了机采井能耗现场监测技术能力。

4）减轻了测试人员劳动强度。采用该自动采集装置，提升现场测试自动化程度，提升了测试工作效率，大大地减轻了员工的劳动强度。

5）测量数据更加准确可靠。自动采集装置运行平稳、案例可靠，测量数量准确度达到0.5 级，确保每一台机采井测量数据准确可靠。

6 结束语

实践证明，机采井平衡度自动采集装置性能良好、运行案例可靠。该装置集成了先进的计算机技术、测量技术、电子技术并充分考虑了油田的实际需求，其可广泛应用于油田电力设备能耗测试分析，它的研制成功，既为油田节能减排提供了一种新利器，又提升了油田能源监测能力，具有良好的推广应用前景。