机械采油系统、油田注水系统、集输系统及机泵节能监测与测试检测

油田生产关键系统节能监测与测试技术研究

油田生产系统能耗巨大，其核心环节——机械采油系统、油田注水系统、油气集输系统及各类机泵的能效水平直接影响整个油田的开发效益与碳排放强度。因此，对这些系统实施科学、精确、常态化的节能监测与测试，是挖掘节能潜力、优化参数、实现精细化管理的技术基础。仪在线监测，获取电机输入端的电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、谐波含量等。通过分析电能质量，可判断电网条件对电机效率的影响。

• 电机效率：通过测量电机的输入电功率和输出轴功率间接计算。输出轴功率常采用 反转矩法 或 损耗分析法 获得。反转矩法使用高精度转矩转速传感器直接测量电机输出轴的转矩和转速；损耗分析法通过测量电机各项损耗（定转子铜耗、铁耗、风摩耗等）计算输出功率。

• 抽油机系统效率：分为地面效率和井下效率。

  • 地面系统效率：为光杆功率（有用功）与电机输入功率之比。光杆功率通过测量光杆悬点载荷（采用载荷传感器）与位移（采用位移传感器或换算曲柄转角），计算一个冲程周期内的平均功率。

  • 井下系统效率：为有效扬程功率（将井液举升至地面的理论功率）与光杆功率之比。需结合动液面深度、产液量、液体密度等生产数据计算。

• 抽油机平衡度：通过测量电机电流或功率曲线的变化进行分析。平衡良好时，上下冲程的电流或功率峰值接近。常用 电流法（比较上下冲程峰值电流比）或 功率曲线法（分析功率曲线对称性）进行判断。

2. 检测范围

• 游梁式抽油机机组、塔架式抽油机机组、链条式抽油机机组。

• 地面驱动螺杆泵采油系统、电潜泵采油系统、液压驱动采油系统。

• 针对老化、高耗能、低产液井的能效专项测评。

3. 检测标准

• GB/T 33652-2017 《抽油机节能监测方法》：规定了抽油机系统效率、电动机负载率、平衡度等参数的监测方法。

• SY/T 6275-2007 《石油企业节能监测评价方法》：涵盖机械采油系统的节能测试与评价通则。

• API RP 11L 《游梁式抽油机系统设计计算方法》：国际通用设计标准，其理论模型是能效分析的基础。

4. 检测仪器

• 三相电能质量分析仪：用于综合电参量测量与录波。

• 转矩转速传感器及配套仪表：用于直接测量电机、减速箱输出轴功率。

• 抽油机示功图测试仪：集成载荷、位移、角位移传感器，用于获取光杆功率和工况诊断。

• 数字式钳形功率计：用于快速现场测试电流、功率等参数。

• 回声仪：用于测量动液面深度，计算井下效率。

二、 油田注水系统节能监测与测试

注水系统是油田第二大耗能系统，其效率监测核心在于泵机组效率与管网匹配性。

1. 检测项目、方法与原理

• 注水泵机组效率：分为泵效率和电机效率，最终得机组总效率。

  • 泵效率：通过测量泵的有效功率（水力功率）与轴功率之比获得。有效功率通过测量泵的出口压力、进口压力、流量及介质密度计算。轴功率采用转矩转速传感器直接测量或通过测量电机输出功率推算。

  • 电机效率：同机械采油系统电机效率测试方法。

• 管网效率：反映管网输送过程的能耗损失。为注水站出口至注水井口有效功率之差与注水站出口有效功率之比。需在注水站出口和典型井口同时测量压力、流量。

• 系统匹配度：分析泵的额定参数与实际工况点的偏差。通过测试泵的实际流量、扬程，绘制在泵特性曲线上，判断其是否工作在高效区内。检查回流调节、节流调节等造成的节流损失。

2. 检测范围

• 离心式注水泵机组（多级离心泵）、柱塞式注水泵机组。

• 高压注水管网系统。

• 注水站整体能耗与能效水平评估。

3. 检测标准

• GB/T 31453-2015 《油田生产系统节能监测规范》：详细规定了注水系统泵机组、管网的监测项目与方法。

• GB/T 3216-2016 《回转动力泵 水力性能验收试验》：泵性能测试的国际通用方法标准。

• SY/T 5264-2012 《油田注水系统效率测试方法》：行业核心测试标准。

4. 检测仪器

• 超声波流量计（外夹式或插入式）：用于非介入式测量管道流量，尤其适用于高压注水管道。

• 高精度压力变送器/传感器：测量泵进出口及管网关键节点压力。

• 三相功率分析仪、转矩转速传感器：用于电机和泵轴功率测试。

• 数据采集系统：用于多点同步压力、流量数据采集与处理。

三、 油气集输系统节能监测与测试

集输系统能耗分散于加热、增压、冷却等环节，监测重点在于热能利用与输送效率。

1. 检测项目、方法与原理

• 加热炉（换热设备）热效率：采用 正平衡法（直接法） 和 反平衡法（间接法） 。正平衡法通过测量燃料消耗量、低位发热量及被加热介质吸收的有效热量计算；反平衡法则通过测量各项热损失（排烟热损失、散热损失等）来推算效率。

• 输油泵机组效率：测试方法与注水泵机组类似，需关注介质粘度对泵性能的影响。

• 管网输送效率与保温效果：通过测量管道起点、终点的介质温度、压力、流量，计算温降与压降损失。使用红外热像仪对管道、阀门、法兰等进行扫描，定性分析保温层破损或散热情况。

• 油气处理装置（如压缩机、分离器）能耗测评：测试关键耗能设备的输入功率与处理量，计算单位处理量能耗。

2. 检测范围

• 原油加热炉、水套炉、热媒炉、各类换热器。

• 原油外输泵、给油泵、转油泵等泵机组。

• 集输油管道、掺水管线、伴热管线。

• 天然气压缩机机组、油气处理站场。

3. 检测标准

• GB/T 31845-2015 《油气田集输系统节能监测规范》：针对集输系统各环节的综合监测标准。

• GB/T 15386-2008 《工业锅炉热工性能试验规程》：加热炉热效率测试可参照的基本原则。

• SY/T 6381-2008 《加热炉热工测定》：石油行业加热炉测试专门标准。

4. 检测仪器

• 烟气分析仪：测量排烟温度、O₂、CO等含量，用于计算排烟热损失。

• 红外热像仪：用于检测保温缺陷和表面温度分布。

• 超声波流量计、热量表：用于测量介质流量及换热量。

• 燃料流量计、燃料发热量测定仪（或采用已知数据）。

• 表面温度计（接触式与非接触式）。

四、 机泵节能监测与测试

机泵（电机+泵）作为通用耗能设备，其专项测试是上述系统测试的细化与深化。

1. 检测项目、方法与原理

• 泵性能曲线测试：在泵试验台或现场，通过调节出口阀门改变流量，测量不同流量点下的扬程、轴功率、效率，绘制流量-扬程、流量-功率、流量-效率曲线。这是评价泵是否匹配工况的根本依据。

• 电机负载率与效率：测量电机在实际负载下的输出功率与额定功率之比。负载率过低（“大马拉小车”）是导致电机效率下降的主要原因。采用 负载率-效率曲线法 或直接测量法评估。

• 系统工况匹配诊断：将泵的实际点（测试的流量、扬程）绘制到泵的出厂性能曲线上，分析其与最佳效率点的偏离程度，评估通过调速、切削叶轮、更换泵型等措施的节能潜力。

2. 检测范围

• 所有在用的离心泵、往复泵、转子泵及其驱动电机。

• 新购泵的能效验收测试。

• 变频调速泵组的节能效果验证测试。

3. 检测标准

• GB 19762-2007 《清水离心泵能效限定值及节能评价值》：强制性泵能效标准。

• GB 18613-2020 《电动机能效限定值及能效等级》：强制性电机能效标准。

• GB/T 13468-2013 《泵类系统电能平衡测试与计算方法》。

4. 检测仪器

• 泵性能综合测试台（实验室）：集成了高精度流量、压力、转矩转速测量装置。

• 便携式泵组测试仪：整合了超声波流量计、压力传感器、钳形功率计或转矩仪，适用于现场测试。

• 电机综合测试仪：可进行电机空载、负载试验，分离各项损耗。

结论

对机械采油、油田注水、油气集输及机泵系统进行全面的节能监测与测试，是一项涉及多参数、多设备、多标准的系统性技术工作。其核心在于通过精确的数据采集，运用热力学、流体力学及电工学原理，准确计算各个环节的能量转换与利用效率，识别能耗瓶颈。严格遵循国内外相关标准，采用先进、适用的检测仪器，是确保测试结果科学性、准确性和可比性的关键。最终，基于测试数据形成的能效诊断报告与优化建议，将为油田实施节能技术改造、参数优化、能效对标管理提供不可或缺的决策支持，是实现油田绿色低碳、降本增效发展的重要技术保障。