抽油機(jī)平衡系統(tǒng)改進(jìn)技術(shù)探討

宮喜龍（大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠）

抽油機(jī)平衡系統(tǒng)改進(jìn)技術(shù)探討

宮喜龍（大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠）

游梁式抽油機(jī)是油田的主力舉升設(shè)備，而抽油機(jī)的平衡問(wèn)題又是油田生產(chǎn)備受關(guān)注的重要問(wèn)題，保持抽油機(jī)井的平衡，能使抽油機(jī)節(jié)約電能，減少對(duì)電網(wǎng)的污染，并能減少抽油機(jī)的波動(dòng)載荷，延長(zhǎng)其使用壽命。根據(jù)薩北油田目前的生產(chǎn)實(shí)際，提出了2種以節(jié)能為目的的游梁輔助平衡方案，即抽油機(jī)平衡下偏杠鈴改造和安裝抽油機(jī)自動(dòng)平衡裝置。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，改造后的抽油機(jī)，其平均綜合節(jié)電率為12.5%，平均單井提高系統(tǒng)效率1.3%；裝有自動(dòng)平衡裝置的抽油機(jī)，其有功功率由11.7 kW下降到9.8 kW,節(jié)電率達(dá)到16.2%，系統(tǒng)效率提高8.17%。

抽油機(jī) 下偏杠鈴改造 自動(dòng)平衡裝置 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

引言

薩北油田共有機(jī)采井3796口，抽油機(jī)井2481口，抽油機(jī)井?dāng)?shù)占機(jī)采井?dāng)?shù)的65.36%。從數(shù)據(jù)可知，游梁式抽油機(jī)是油田的主力舉升設(shè)備，而抽油機(jī)的平衡問(wèn)題又是油田生產(chǎn)的重要問(wèn)題，保持抽油機(jī)井的平衡，能使抽油機(jī)節(jié)約電能，減少對(duì)電網(wǎng)的污染，并能減少抽油機(jī)的波動(dòng)載荷，延長(zhǎng)其使用壽命。

抽油機(jī)井的平衡率是一項(xiàng)很重要的生產(chǎn)指標(biāo)，它是根據(jù)抽油機(jī)井的產(chǎn)量、液面等因素共同作用的，產(chǎn)量和液面等因素的波動(dòng)會(huì)引起抽油機(jī)的不平衡，導(dǎo)致平衡率下降。

游梁式抽油機(jī)的平衡方式從簡(jiǎn)單的游梁平衡發(fā)展到曲柄平衡，再到后來(lái)的復(fù)合平衡。在實(shí)際生產(chǎn)中，通過(guò)改變平衡重質(zhì)量或平衡重的位置來(lái)達(dá)到調(diào)節(jié)平衡的效果，只要抽油機(jī)平衡重配置合理，既可以消除下沖程時(shí)電動(dòng)機(jī)作負(fù)功的現(xiàn)象，又可以減少上沖程時(shí)電動(dòng)機(jī)的能量消耗，使上、下沖程中電動(dòng)機(jī)做功接近相等。

1 抽油機(jī)平衡下偏杠鈴改造

抽油機(jī)下偏杠鈴的改造方式是在常規(guī)游梁式抽油機(jī)的基礎(chǔ)上，在游梁的尾部增加了一個(gè)下偏杠鈴，與曲柄平衡共同作用，形成復(fù)合平衡。

抽油機(jī)下偏杠鈴改造是采用在游梁尾部加裝杠鈴，使杠鈴產(chǎn)生的扭矩隨著游梁擺角的變化而變化來(lái)完成的。當(dāng)下偏杠鈴的重心與游梁中心軸連線成水平位置時(shí)，其平衡力臂最長(zhǎng)，此時(shí)產(chǎn)生的扭矩也最大，正好來(lái)平衡抽油機(jī)懸點(diǎn)的最大載荷產(chǎn)生的最大扭矩；而下偏杠鈴產(chǎn)生的扭矩曲線峰值與懸點(diǎn)載荷產(chǎn)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(dòng)機(jī)的輸出功率，達(dá)到節(jié)能降耗效果。

懸點(diǎn)在下死點(diǎn)時(shí)，因加載懸點(diǎn)載荷較大，其下偏杠鈴的平衡力臂也最長(zhǎng)，下偏杠鈴產(chǎn)生的平衡扭矩也最大，與載荷扭矩方向相反，在游梁上進(jìn)行第一次平衡，削去載荷峰值扭矩；在上死點(diǎn)時(shí)，因卸載懸點(diǎn)載荷較小，其下偏杠鈴產(chǎn)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(zhuǎn)角變化而變化的規(guī)律盡可能與正弦規(guī)律相接近，達(dá)到加強(qiáng)抽油機(jī)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(fù)扭矩，以降低其能耗的目的。

2 抽油機(jī)自動(dòng)平衡裝置

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

表1 下偏杠鈴改造前后生產(chǎn)數(shù)據(jù)對(duì)比

表2 北2-丁6-445井抽油機(jī)自動(dòng)平衡裝置生產(chǎn)數(shù)據(jù)對(duì)比

圖1 抽油機(jī)自動(dòng)平衡裝置結(jié)構(gòu)示意圖

抽油機(jī)自動(dòng)平衡裝置與下偏杠鈴抽油機(jī)一樣在游梁尾部增加配重，但是它的配重能在電動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下前后擺動(dòng)，實(shí)時(shí)改變抽油機(jī)尾部的平衡力臂。驢頭懸點(diǎn)在下死點(diǎn)時(shí)，上沖程開(kāi)始，此時(shí)懸點(diǎn)載荷最大，自動(dòng)平衡裝置的擺桿在最外端，力臂最長(zhǎng)，力矩也最大，所需的電動(dòng)機(jī)扭矩就小；驢頭懸點(diǎn)在上死點(diǎn)時(shí)，下沖程開(kāi)始，此時(shí)懸點(diǎn)載荷最小，自動(dòng)平衡裝置的擺桿在最內(nèi)端，力臂最短，力矩也最小，依然需要電動(dòng)機(jī)做正功，消除了常規(guī)抽油機(jī)的電動(dòng)機(jī)受拖動(dòng)產(chǎn)生的倒發(fā)電現(xiàn)象，這樣電動(dòng)機(jī)在上下沖程的電流就很穩(wěn)定，提高了抽油機(jī)的平衡率（圖2）。

圖2 抽油機(jī)自動(dòng)平衡裝置節(jié)能原理

由于擺錘可以前后運(yùn)動(dòng)，它的最大力臂比普通下偏杠鈴抽油機(jī)的大，最小力臂比普通下偏杠鈴抽油機(jī)的小很多，所以它的節(jié)能效果更明顯。它還能夠根據(jù)驢頭載荷的變化自動(dòng)變化擺錘的擺動(dòng)角度，進(jìn)一步降低了電動(dòng)機(jī)的輸入功率，達(dá)到節(jié)電的目的，使抽油機(jī)具有最佳的極限平衡效果。

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)效果

將20臺(tái)普通抽油機(jī)改造為下偏杠鈴復(fù)合平衡抽油機(jī)，測(cè)試資料表明：與改造前常規(guī)抽油機(jī)對(duì)比，平均綜合節(jié)電率為12.5%，日平均單井節(jié)電33.3 kWh，平均單井提高系統(tǒng)效率1.3%，百米噸液耗電下降了0.14 kWh，效果良好。實(shí)施效果見(jiàn)表1。

抽油機(jī)自動(dòng)平衡裝置在北2-丁6-445井進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，在產(chǎn)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(jié)電率達(dá)到16.2%，日節(jié)電量達(dá)到45.6 kWh，系統(tǒng)效率提高8.17%，百米噸液耗電下降了0.38 kWh，節(jié)電效果明顯。試驗(yàn)效果見(jiàn)表2。

4 結(jié)論

1）下偏杠鈴技術(shù)改造和安裝抽油機(jī)自動(dòng)平衡裝置都能起到降低能耗的作用，都是抽油機(jī)節(jié)能改造的有效技術(shù)手段。

2）抽油機(jī)井下偏杠鈴改造的特點(diǎn)是制造簡(jiǎn)單、安裝方便、成本較為低廉；但節(jié)電效果較差，節(jié)電率較低。

3）抽油機(jī)自動(dòng)平衡裝置的特點(diǎn)是尾部平衡重心相對(duì)游梁尾部運(yùn)動(dòng)，能自動(dòng)調(diào)整平衡重心位置，平衡優(yōu)勢(shì)高于下偏杠鈴，節(jié)電效果較好，重載荷井的節(jié)能效果會(huì)更好，但由于設(shè)備價(jià)格原因投資回收期較長(zhǎng)。

4）在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作中，安裝抽油機(jī)自動(dòng)平衡裝置的抽油機(jī)容易調(diào)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(shù)，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，延長(zhǎng)了抽油機(jī)的使用壽命。

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.004.008

2015-01-27）

宮喜龍，1980年畢業(yè)于大慶職工大學(xué)，從事聚驅(qū)電泵現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督工作，E-mail：gjdd1228@sina.com，地址：黑龍江省大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠工程技術(shù)大隊(duì)三采室，163113。