抽油機平衡系統改進技術探討

宮喜龍（大慶油田有限責任公司第三采油廠）

抽油機平衡系統改進技術探討

宮喜龍（大慶油田有限責任公司第三采油廠）

游梁式抽油機是油田的主力舉升設備，而抽油機的平衡問題又是油田生產備受關注的重要問題，保持抽油機井的平衡，能使抽油機節約電能，減少對電網的污染，并能減少抽油機的波動載荷，延長其使用壽命。根據薩北油田目前的生產實際，提出了2種以節能為目的的游梁輔助平衡方案，即抽油機平衡下偏杠鈴改造和安裝抽油機自動平衡裝置?，F場試驗表明，改造后的抽油機，其平均綜合節電率為12.5%，平均單井提高系統效率1.3%；裝有自動平衡裝置的抽油機，其有功功率由11.7 kW下降到9.8 kW,節電率達到16.2%，系統效率提高8.17%。

抽油機 下偏杠鈴改造 自動平衡裝置 現場試驗

引言

薩北油田共有機采井3796口，抽油機井2481口，抽油機井數占機采井數的65.36%。從數據可知，游梁式抽油機是油田的主力舉升設備，而抽油機的平衡問題又是油田生產的重要問題，保持抽油機井的平衡，能使抽油機節約電能，減少對電網的污染，并能減少抽油機的波動載荷，延長其使用壽命。

抽油機井的平衡率是一項很重要的生產指標，它是根據抽油機井的產量、液面等因素共同作用的，產量和液面等因素的波動會引起抽油機的不平衡，導致平衡率下降。

游梁式抽油機的平衡方式從簡單的游梁平衡發展到曲柄平衡，再到后來的復合平衡。在實際生產中，通過改變平衡重質量或平衡重的位置來達到調節平衡的效果，只要抽油機平衡重配置合理，既可以消除下沖程時電動機作負功的現象，又可以減少上沖程時電動機的能量消耗，使上、下沖程中電動機做功接近相等。

1 抽油機平衡下偏杠鈴改造

抽油機下偏杠鈴的改造方式是在常規游梁式抽油機的基礎上，在游梁的尾部增加了一個下偏杠鈴，與曲柄平衡共同作用，形成復合平衡。

抽油機下偏杠鈴改造是采用在游梁尾部加裝杠鈴，使杠鈴產生的扭矩隨著游梁擺角的變化而變化來完成的。當下偏杠鈴的重心與游梁中心軸連線成水平位置時，其平衡力臂最長，此時產生的扭矩也最大，正好來平衡抽油機懸點的最大載荷產生的最大扭矩；而下偏杠鈴產生的扭矩曲線峰值與懸點載荷產生的扭矩曲線峰值基本同步，且方向相反，兩者疊加后，使減速箱輸出軸扭矩變小或變化幅度減緩，降低了電動機的輸出功率，達到節能降耗效果。

懸點在下死點時，因加載懸點載荷較大，其下偏杠鈴的平衡力臂也最長，下偏杠鈴產生的平衡扭矩也最大，與載荷扭矩方向相反，在游梁上進行第一次平衡，削去載荷峰值扭矩；在上死點時，因卸載懸點載荷較小，其下偏杠鈴產生的力矩因平衡力臂的變短而減小，從而使載荷扭矩隨曲柄軸轉角變化而變化的規律盡可能與正弦規律相接近，達到加強抽油機的平衡效果，降低其曲柄軸輸出凈扭矩的峰值，減小其谷值，消除負扭矩，以降低其能耗的目的。

2 抽油機自動平衡裝置

抽油機自動平衡裝置與下偏杠鈴一樣安裝在抽油機游梁尾部，它的杠鈴可以在輔助電動機的控制下前后擺動，該裝置由輔助電動機、減速器、擺錘、擺桿和控制系統組成（圖1）。

表1 下偏杠鈴改造前后生產數據對比

表2 北2-丁6-445井抽油機自動平衡裝置生產數據對比

圖1 抽油機自動平衡裝置結構示意圖

抽油機自動平衡裝置與下偏杠鈴抽油機一樣在游梁尾部增加配重，但是它的配重能在電動機的帶動下前后擺動，實時改變抽油機尾部的平衡力臂。驢頭懸點在下死點時，上沖程開始，此時懸點載荷最大，自動平衡裝置的擺桿在最外端，力臂最長，力矩也最大，所需的電動機扭矩就小；驢頭懸點在上死點時，下沖程開始，此時懸點載荷最小，自動平衡裝置的擺桿在最內端，力臂最短，力矩也最小，依然需要電動機做正功，消除了常規抽油機的電動機受拖動產生的倒發電現象，這樣電動機在上下沖程的電流就很穩定，提高了抽油機的平衡率（圖2）。

圖2 抽油機自動平衡裝置節能原理

由于擺錘可以前后運動，它的最大力臂比普通下偏杠鈴抽油機的大，最小力臂比普通下偏杠鈴抽油機的小很多，所以它的節能效果更明顯。它還能夠根據驢頭載荷的變化自動變化擺錘的擺動角度，進一步降低了電動機的輸入功率，達到節電的目的，使抽油機具有最佳的極限平衡效果。

3 現場試驗效果

將20臺普通抽油機改造為下偏杠鈴復合平衡抽油機，測試資料表明：與改造前常規抽油機對比，平均綜合節電率為12.5%，日平均單井節電33.3 kWh，平均單井提高系統效率1.3%，百米噸液耗電下降了0.14 kWh，效果良好。實施效果見表1。

抽油機自動平衡裝置在北2-丁6-445井進行了現場試驗，在產液量與液面深度變化不大的情況下有功功率由11.7 kW下降到9.8 kW，節電率達到16.2%，日節電量達到45.6 kWh，系統效率提高8.17%，百米噸液耗電下降了0.38 kWh，節電效果明顯。試驗效果見表2。

4 結論

1）下偏杠鈴技術改造和安裝抽油機自動平衡裝置都能起到降低能耗的作用，都是抽油機節能改造的有效技術手段。

2）抽油機井下偏杠鈴改造的特點是制造簡單、安裝方便、成本較為低廉；但節電效果較差，節電率較低。

3）抽油機自動平衡裝置的特點是尾部平衡重心相對游梁尾部運動，能自動調整平衡重心位置，平衡優勢高于下偏杠鈴，節電效果較好，重載荷井的節能效果會更好，但由于設備價格原因投資回收期較長。

4）在現場實際操作中，安裝抽油機自動平衡裝置的抽油機容易調整平衡，且平衡度高，減少了因平衡度不好而引起的停井和修井次數，降低了勞動強度，延長了抽油機的使用壽命。

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.004.008

2015-01-27）

宮喜龍，1980年畢業于大慶職工大學，從事聚驅電泵現場監督工作，E-mail：gjdd1228@sina.com，地址：黑龍江省大慶油田有限責任公司第三采油廠工程技術大隊三采室，163113。