ISO 6398-12024 包括低碳能源在内的石油和天然气工业人工举升用潜水线性电机系统第1部分潜水线性电机标准立项发展报告

ISO6398-1:2024《包括低碳能源在内的石油和天然气工业人工举升用潜水线性电机系统第1部分：潜水线性电机》标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Oilandgasindustriesincludinglowercarbonenergy—Submersiblelinearmotorsystemsforartificiallift—Part1:Submersiblelinearmotor摘要随着全球能源结构加速向低碳化转型，石油和天然气行业的人工举升技术面临前所未有的升级需求。传统的抽油机与电潜泵系统在深井、斜井、海上平台及高含砂、高黏度等复杂工况下表现出明显的效率瓶颈与运维短板。潜水线性电机系统作为一种将直线运动直接转化为举升力的新型无杆举升装置，因其结构紧凑、传动效率高、适应性强等显著优势，已被视为下一代人工举升技术的核心方向。然而，长期以来国际范围内缺乏针对该类系统的统一技术规范，制约了其设计标准化、产品系列化和跨区域应用推广。为填补这一空白，国际标准化组织（ISO）依据SC4专业标准的制修订程序，于2024年6月3日正式发布ISO6398-1:2024《包括低碳能源在内的石油和天然气工业人工举升用潜水线性电机系统第1部分：潜水线性电机》。该标准作为系列标准的第一部分，系统规定了潜水线性电机的术语定义、型式分类、技术要求、试验方法及标志包装等核心内容，为全球制造企业、油田服务商与能源运营商提供了统一的技术依据。本报告围绕该标准的立项背景、编制历程、技术框架与行业影响展开系统阐述，并对未来标准化方向提出展望。关键词：潜水线性电机；人工举升；低碳能源；国际标准；油气开采；标准化AbstractAstheglobalenergystructureacceleratesitstransitiontowardlow-carbondevelopment,artificiallifttechnologiesintheoilandgasindustryarefacingunprecedenteddemandsforupgrading.Traditionalbeampumpingunitsandelectricsubmersiblepumpsystemshavedemonstratedsignificantefficiencybottlenecksandmaintenanceshortcomingsundercomplexoperatingconditionssuchasdeepwells,deviatedwells,offshoreplatforms,andreservoirswithhighsandcontentorhighviscosity.Thesubmersiblelinearmotorsystem,asanovelrodlessliftingdevicethatdirectlyconvertslinearmotionintoliftingforce,hasbeenrecognizedasthecoredirectionofnext-generationartificiallifttechnologyduetoitsnotableadvantagesincludingcompactstructure,hightransmissionefficiency,andstrongadaptability.However,foralongperiod,theabsenceofunifiedinternationaltechnicalspecificationsforsuchsystemshasconstrainedtheirdesignstandardization,productserialization,andcross-regionalapplicationdeployment.Tofillthisgap,theInternationalOrganizationforStandardization(ISO)officiallypublishedISO6398-1:2024onJune3,2024,inaccordancewiththeprofessionalstandarddevelopmentproceduresofSC4.AsPart1oftheseries,thisstandardsystematicallyspecifiestheterminologydefinitions,typeclassification,technicalrequirements,testmethods,andmarkingandpackagingofsubmersiblelinearmotors,providingaunifiedtechnicalbasisforglobalmanufacturers,oilfieldserviceproviders,andenergyoperators.Thisreportsystematicallyelaboratesontheprojectbackground,compilationprocess,technicalframework,andindustryimpactofthestandard,andpresentsprospectsforfuturestandardizationdirections.Keywords:SubmersibleLinearMotor;ArtificialLift;LowerCarbonEnergy;InternationalStandard;OilandGasExploration;Standardization一、引言1.1研究背景人工举升是石油天然气开采中维持油井产能的关键工艺环节。据统计，全球范围内超过90%的油井在开采中后期依赖人工举升系统维持生产，能耗成本占油田操作成本的比重可达25%～40%。传统的游梁式抽油机自19世纪问世以来虽经多次改进，但其固有的机械转换损耗大、占地面积大、维护频繁等缺陷始终未能根本解决。电潜泵（ESP）虽在部分区块取得良好效果，但对高含气、高黏度及大斜度井的适应性仍然有限。近年来，随着直线电机技术的日趋成熟，潜水线性电机系统以其“直接驱动、无杆传输、精准控制”的技术特征，在人工举升领域展现出巨大的应用潜力。该类系统将电机定子与动子直接置于井下，通过电磁力驱动柱塞往复运动实现举升，避免了传统抽油杆的偏磨问题，能量传递效率可提升20%以上，同时支持变频调速与实时工况监测，为实现"智慧油田"提供了硬件基础。然而，由于该技术尚处于产业化的快速成长期，全球各制造企业的产品在额定参数、接口尺寸、性能指标及测试方法等方面存在显著差异，极大增加了业主选型、设备互换及后期维护的难度。国际石油和天然气生产者协会（IOGP）在技术调研报告中明确建议，应尽快制定潜水线性电机系统的国际统一标准。1.2标准立项必要性第一，填补国际标准空白。截至标准发布前，ISO和IEC标准体系中尚无针对潜水线性电机系统的专门标准。现有的APIRP11S系列、ISO15551等标准主要适用于传统电潜泵系统，无法覆盖直线电机系统的特殊技术要求。第二，服务能源转型战略。在全球碳中和目标和能源结构转型背景下，提高油气开采能效、降低碳排放已成为行业共识。潜水线性电机系统与太阳能、风能等可再生能源的适配性强，可为低碳能源集成开采提供关键装备支撑。第三，促进国际贸易便利化。统一的技术标准有助于消除各主要油气生产国之间的技术壁垒，推动装备制造企业参与国际市场竞争，降低跨国项目的采购和运维成本。1.3标准基本信息ISO6398-1:2024由国际标准化组织（ISO）发布，归口于ISO/TC67（石油、石化和天然气工业用材料、设备和海上结构技术委员会）下设的SC4（钻井和生产设备分技术委员会）。该标准属于勘探和钻采设备分类，发布于2024年6月3日，目前状态为现行有效。标准定价为1286.00元人民币（约合180美元），以电子版加密PDF格式发行。二、标准编制历程2.1提案阶段ISO6398-1:2024的编制工作始于2019年。在ISO/TC67/SC4第43届年会上，中国石油集团工程技术研究院联合多家国内骨干装备制造企业，基于国内在潜水线性电机领域的技术积累和现场应用经验，首次提出制定国际标准的提案（NP）。提案详细阐述了该技术领域的标准缺口、预期应用范围以及各国对该标准的需求程度。经SC4各成员国投票表决，该提案以超过85%的赞成率获得通过，正式立项为ISO/NP6398-1，编号序列延续了与人工举升系统相关的既有标准族体系。2.2编制阶段项目立项后，SC4成立了由来自中国、美国、沙特阿拉伯、挪威、英国、阿联酋等9个国家的专家组成的工作组（WG），由中国专家担任召集人。工作组先后召开6次实体会议和15次网络会议，围绕以下关键技术议题进行了深入研讨：-潜水线性电机的定义边界及与常规电机的分类界限；-额定功率、推力、行程等核心性能参数的测试条件与允差范围；-井下高温高压环境下的绝缘等级和可靠性验证方法；-低碳能源场景下的适配性技术要求（如波动电源输入工况）；-产品标识、出厂文件和技术文档的规范化要求。2.3投票与发布2023年5月，标准草案（DIS稿）提交SC4各成员国进行公开投票。投票结果显示，赞成率达100%，未收到实质性技术反对意见。经编辑性修改后，最终国际标准草案（FDIS）于2024年3月获得通过，并于2024年6月3日正式出版发布。三、标准主要内容ISO6398-1:2024的主体结构包括以下章节：3.1范围标准规定了石油和天然气工业（包括低碳能源生产场景）人工举升用潜水线性电机系统的术语和定义、型式与基本参数、技术要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输及贮存。适用于额定电压不超过10kV、额定推力不超过200kN的潜水线性电机的设计、制造与检验。3.2规范性引用文件标准规范性引用了ISO15136（井下设备用螺杆泵）、ISO15551（电潜泵系统）、IEC60034（旋转电机）及IEC60529（外壳防护等级）等相关国际标准，构建了完整的标准引用体系。3.3术语和定义该章界定了包括“潜水线性电机”“动子”“定子”“推力”“行程效率”“热寿命”等在内的38项关键技术术语，为后续各章技术条款的表述奠定了统一语义基础。3.4型式分类与基本参数标准将潜水线性电机按结构形式分为永磁同步型（PMSM）、感应型（IM）和开关磁阻型（SRM）三大类，并规定了对应的基本参数系列。该章节还给出了电机推力的优先数系和与管柱尺寸的匹配推荐表。3.5技术要求本章为标准的核心内容，涵盖：-环境适应性要求：规定了电机在温度不超过180℃、压力不超过50MPa井下环境中的连续运行能力；-电气性能要求：明确了额定推力、推力波动系数（≤5%）、功率因数、效率等指标的最低限值；-密封与绝缘要求：规定了电机绕组绝缘等级不低于H级（180℃），密封系统应能承受反复热循环而不失效；-机械可靠性要求：包括动子导向精度、振动限值（≤4.5mm/s）、耐磨损性能等；-低碳适配性要求：针对可再生能源供电的波动性，规定了电机在电压谐波畸变率不超过12%工况下的稳定运行能力。3.6试验方法标准详细规定了额定推力试验、温升试验、绝缘电阻及介电强度试验、振动试验、密封性能试验和耐久性试验的具体方法，明确了试验条件、测试仪器精度（不低于0.5级）及数据处理方法。其中耐久性试验要求在模拟井下工况条件下连续运行不少于3000小时。3.7标志、包装、运输与贮存该章对产品铭牌内容（包括型号、额定推力、额定电压、生产日期、序列号等）、随行文件（产品合格证、使用说明书、维护手册等）、包装防护等级（不低于IEC60529规定的IP56）及贮运条件提出了明确规定。四、标准技术特点与创新4.1首次构建潜水线性电机的国际标准体系该标准填补了ISO在潜水线性电机领域的空白，与此前发布的ISO15551（电潜泵系统）、ISO15136（螺杆泵）共同构成了完整的人工举升装备国际标准谱系，为后续系列标准的制定（如第2部分：地面控制系统；第3部分：系统集成与调试）奠定了基础。4.2充分融合低碳能源场景需求标准创新性地将“包括低碳能源”纳入适用领域，针对光伏、风电等可再生能源供电的波动性特点，增设了谐波适应性要求。这一设计使标准具有明显的前瞻性，为油气田实现绿电驱动人工举升系统提供了技术保障依据。4.3突出可靠性与全生命周期管理理念标准在传统产品标准的基础上，强化了可靠性验证和全生命周期质量管理的要求。通过规定累计运行时间（MTBF≥10000小时）指标和寿命期内维护策略要求，将标准化对象的关注点从单一的“产品合格”扩展到“系统可用”，体现了现代标准化理念的演进方向。4.4明确智能化接口的预留要求标准要求潜水线性电机应预留传感器接口和数据传输接口，以适应智能油田建设中状态监测、故障诊断及预测性维护等数字化应用需求。这一条款在全球石油装备标准中具有开创性意义。五、标准实施的意义与影响5.1推动技术创新与国际竞争力提升ISO6398-1:2024的发布实施，为潜水线性电机制造企业提供了明确的技术研发路线图。企业可依据标准中的性能指标和试验方法，有针对性地开展产品优化和技术攻关，加速产品迭代升级。同时，标准的国际属性为我国潜水线性电机产品“走出去”提供了有力的技术背书，有助于提升国产高端装备的国际市场份额。5.2促进油气行业绿色低碳转型在碳达峰、碳中和目标指引下，油气行业正积极推进生产过程节能降耗。潜水线性电机系统相比传统举升方式的节能优势（最高可达30%）将因标准化推广而加速释放。据初步测算，若全球范围内10%的电潜泵井改用潜水线性电机系统，每年可减少CO₂排放量约1200万吨。5.3保障油田生产安全与运行效率标准中对密封系统、绝缘等级、保护功能等技术指标的严格要求，将有效降低井下电机故障率，减少因设备失效导致的修井作业和安全事故。同时，参数系列的规范化使业主在设备选型和备件储备方面更加便捷高效，提升了油田整体运营管理水平。六、主要参与企事业单位介绍——中国石油集团工程技术研究院中国石油集团工程技术研究院（以下简称中石油工程院）是ISO6398-1:2024标准编制的核心发起单位和主要起草单位，也是国际标准化组织ISO/TC67/SC4的国内技术对口支撑单位。中石油工程院成立于2007年，是中国石油天然气集团有限公司直属的综合性工程技术研发机构，业务涵盖钻井完井技术、采油采气工程、装备自动化、标准与信息研究等多个领域。研究院现有科研人员1200余人，其中高级职称以上人员占比超过45%，拥有国家级重点实验室2个、集团公司级重点实验室6个。院内在人工举升技术领域具有超过三十年的研究积累，先后承担国家科技重大专项、国家重点研发计划等国家级项目20余项，获得省部级及以上科技奖励40余项。在潜水线性电机系统的研发方面，中石油工程院自2015年起即组建了专项研究团队，投入科研经费超过8000万元，建立了国内领先的潜水直线电机试验平台，先后完成多口现场试验井的工程验证。2018年，该院牵头起草了中国石油天然气集团公司企业标准《潜水直线电机人工举升系统技术规范》，为国际标准的制定积累了丰富的技术数据和实践经验。在国际标准化工作方面，中石油工程院作为ISO/TC67国内技术对口单位，长期深度参与国际标准制修订工作。截至目前，该院累计派出专家参与ISO工作组30余个，主导制定国际标准3项，参与制定国际标准20余项。在ISO6398-1的编制过程中，中石油工程院不仅主导了标准框架的设计，还独立完成了标准草案中“技术要求”和“试验方法”两大核心章节的初稿撰写，并组织完成了三轮国际实验室间比对验证试验，为标准技术指标的合理性提供了坚实的数据支撑。此外，该院还积极推动标准成果的产业转化，联合国内多家电机制造企业和油田服务公司建立了“潜水线性电机产业技术创新联盟”，形成了从基础研究、产品开发到现场应用的完整创新链条，为标准的落地实施奠定了良好的产业基础。七、结论与展望ISO6398-1:2024《包括低碳能源在内的石油和天然气工业人工举升用潜水线性电机系统第1部分：潜水线性电机》的正式发布，是人工举升技术标准化进程中的重要里程碑。该标准填补了国际标准化组织在潜水线性电机系统领域的技术空白，系统地建立了涵盖术语、分类、技术要求和试验方法的完整指标体系，为全球该领域的技术研发和产业发展提供了统一的技术语言和评价标准。从行业层面来看，该标准的实施将有效促进潜水线性电机技术的规范化发展和规模化应用，推动传统人工举升装备向高效化、智能化、低碳化方向转型升级。其对低碳能源场景的充分考虑，更为油气行业实现绿色低碳发展提供了前瞻性的标准引领。展望未来，随着ISO6398系列标准的后续部分（如地面控制系统标准、系统设计与集成标准、现场应用与评价标准等）逐步立项和发布，潜水线性电机系统将形成完整的标准族。同时，随着该技术在全球更多油田的规模化推广，需要持续跟踪标准实施效果，适时启动标准修订工作。建议各方加强合作，共同推进相关国际标准的配套完善，同时关注标准化与数字化的深度融合，探索建立面向智慧油田的智能装备标准体系，为全球能源行业的可持续发展贡献标准力量。参考文献[1]ISO6398-1:2024,Oilandgasindustriesincludinglower