游梁式抽油機功率法平衡調整技術研究與應用

盧成國（大慶油田有限責任公司第八采油廠）

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游梁式抽油機功率法平衡調整技術研究與應用

盧成國（大慶油田有限責任公司第八采油廠）

游梁式抽油機平衡度是抽油機運行狀態的一個重要參數之一，也是評價油井設備運行管理的一項技術指標。討論了游梁式抽油機的平衡問題，指出電流法平衡判定易出現虛假平衡現象，并且不適用于功率因數較小的井，因此提出功率法平衡調整技術。介紹了功率法平衡技術原理、油田現場試驗應用情況以及綜合效果評價分析；并指出此技術是以抽油機最節能和最安全為標準，能確保電動機在上、下沖程中功率相等，使電動機輸入功率的均方根值最小，使電動機的損耗達到最低，從而既能實現節電效果，又能保證抽油機安全運行。采油八廠進行抽油機功率法平衡技術的試驗應用，調整抽油機功率法平衡110井次，平均單日節電9.9kWh，取得了良好的節能效果。

游梁式抽油機平衡判定均方根扭矩功率法

平衡調整是保證抽油機井安全、穩定運行的基礎，合理平衡能夠改善抽油機系統的受力狀況、降低能耗。目前，某廠主要應用電流法判定抽油機平衡，依據此種方法常出現虛假平衡現象，導致抽油機能耗增加。因此，針對電流法平衡調整中的不足，為尋求合理的平衡調整方法，達到降低能耗的目的，開展了游梁式抽油機功率法平衡技術的研究與應用，收到了良好的節能效果。

1　功率平衡技術原理

功率法平衡技術以通過對測試電動機均方根功率最小來實現，能有效消除負功，減小減速器沖擊為標準，通過對抽油機功率曲線進行傅立葉分解，求出不平衡功率，計算出最佳平衡調整量，以抵消不平衡功率，使均方根功率最小，實現均方根扭矩最?。?］。

從安全運行角度考慮，平衡要實現減速器輸出扭矩最小。采用均方根扭矩比平均扭矩更能反映實際載荷變化情況［2］。二者的比值為周期載荷系數，關系如公式（1）～（3）所示，其值越接近1，抽油機波動就越小，抽油機運行就越平穩［1］。

式中：

Ti——瞬時扭矩，kN·m；

Tp——平均扭矩，kN·m；

Tf——均方根扭矩，kN·m；

φ——曲柄轉角，°；

FCL——周期載荷系數；

dφ——0到2π范圍內取值無限小的一段取值。

從節能的角度考慮，平衡要實現電流的均方根值最小。由于電動機運轉過程中的固定損耗和抽油機運行過程中的機械傳動損耗相對不變，要實現抽油機能耗最小，就只能減小電動機變動損耗，也就要使電動機均方根電流為最小值［1］。由于電動機的負載扭矩大小決定電流大小，只要使電動機負載扭矩均方根值最小，就可以使電動機電流的均方根值最小。

式中：

T2i—負載扭矩，kN·m；

μc—電動機軸到曲柄軸的傳動效率；

n—減速器總減速比。

但是，電動機負載扭矩不易測量，而電動機的功率容易測量。由于常規電動機轉差不大，曲柄軸角速度及電動機轉速可以認為是一個常數［1］，曲柄扭矩與電動機輸入功率成正比，二者關系如公式（5）：

式中：

μb——皮帶及減速器的傳動效率；

μd——電動機效率；

ω——曲柄角速度，rad/s；

Pi——瞬時電動機輸入功率，kW。

因此，功率法平衡調整技術通過實現均方根功率最小，保證了均方根扭矩最小，不受抽油機各項結構參數的限制，并且測試即簡單又方便，同時實現了抽油機節能、安全運行。

2　現場測試與應用

2.1現場測試情況

應用功率測試儀現場測試110井次，研究發現，電流平衡度與功率平衡度的變化存在一定的規律，這種規律主要通過功率因數的差異表現出來，不同功率因數下變化較大（圖1）。從圖1測試井電流平衡度與功率平衡度對應關系圖中可以看出：

圖1　電流平衡度與功率平衡度對應關系

1）功率因數大于或等于0.6時，均可以擬合出較為規律的曲線，并且電流平衡度在85%～100%之間時，電流和功率均平衡；電流平衡度在小于70%、大于120%時，電流和功率都不平衡；電流平衡度在70%～85%、100%～120%之間時，平衡度變化情況不確定，隨功率因數變化差別較大。功率因數由1～0.6，電流敏感度下降，功率敏感度上升。

2）功率因數小于0.6時，不能擬合出較為合理的曲線，且這些點主要集中在電流平衡度的75%～115%之間。這說明當功率因數較低時，電流平衡度相對于功率平衡變得不敏感。對于功率因數較低的井，電流平衡度已經不能真實反映抽油機平衡狀況，按此方法調整平衡易造成抽油機運行能耗過高。

統計現場測試結果，電動機功率因數低于0.6的井有81井次，占測試總數的73.6%（表1）。由此可見，功率因數較低的井所占比例較大，應用電流法判別抽油機平衡度的準確性降低，功率法相比于電流法具有更強的適用性，并且節能優勢十分明顯，不會出現虛假平衡現象，但技術普及應用的難度較大（表2）。

表1　測試井功率因數分布情況

2.2平衡調整效果

統計對13口功率不平衡井的平衡調整結果，其中12口井實現了節能，1口井能耗增加，調整后平均單井日節電9.9kWh，節電率6.2%，功率因數提高0.05（表3）。去除永82-88井后，可實現平均單井日節電11.8kWh，節電率8.2%的節能效果。

從表3中13口井功率法調整前后測試對比數據可以看出：

1）對于功率因數較小的井，電流平衡度好壞并不影響節電的多少，也就是說電流平衡度不好，調整后節電不一定多，如永92-90井；反之，電流平衡度好，調整后節電不一定少，如永61-斜72、永91-斜93井等。因此，電流平衡度不具有判斷節電多少的價值。

表2　電流法與功率法平衡調整情況對比

表3　功率法調整前后效果對比數據

2）對于存在負功的井，電流平衡度不具有參考價值。從調整前后電流平衡度的反應結果看，電流平衡度的好壞也不能反映節電的多少。功率法調整后，有效地避免了負功的出現，并且電流和功率的波動變化減小（圖2），抽油機運行更加平穩。

圖2　永93-斜79井功率法調整前后功率及電流曲線

3）功率平衡度過大并不能實現良好的節能效果。永82-88井調整前后，功率平衡度由810%調整為197%，功率雖然在平衡范圍內，但日耗電增加12.96kWh；而永80-88井功率平衡度由54%調整為139%，日節電14.84kWh。

3　結論

1）功率法調整平衡依據抽油機整個沖程中減速箱輸出軸均方根扭矩最小這一原則，能夠實現抽油機最節能和最安全的運行狀態。

2）電流法平衡判定由于測試電流不分正負，無法發現負功問題，易出現虛假平衡現象，并且不適用于功率因數較小的井。

3）測試結果表明，功率法平衡優于電流法平衡，相比電流法，能夠實現平均單井日節電9.9kWh，節電率6.2%的節能效果。在合理的平衡區間，平衡效果更佳。

［1］顧永強，周靜，李玲.改進抽油機井“功率平衡”測試實現節能降耗［J］.油氣田環境保護，2009，19（4）：45-47.

［2］孫延安.游梁式抽油機合理平衡判別方法研究［J］.石油機械，2014，42（3）：72-75.

中國石化美好生活館亮相世錦賽

8月22日，鳥巢迎來北京奧運之后最高級別的國際大賽——2015年北京國際田聯世界田徑錦標賽。在鳥巢與水立方之間的國際田聯市場街上，一個形狀為六邊形、外觀宛似蜂巢、整體藍色基調的建筑引人注目，這就是中國石化美好生活館。在這里，石油的神奇世界向公眾敞開大門，展示石油化工如何改變世界。

世錦賽期間，眾多運動員和觀眾來到美好生活館做客：戴上高性能防割手套伸入設置有利器的展柜中，感受中國石化高性能手套的神奇魅力；玩施肥種菜游戲贏取美好生活拼圖；體味長城潤滑油中的智慧……呈六邊形的美好生活館寓意人們如蜜蜂一般辛勤工作，為美好生活加油。整體藍色的基調，突出了中國石化“碧水藍天”的環保主題。展館內分為衣、食、住、行、用五個篇章。通過參觀和現場活動，大家了解到不只是車用的汽油、柴油，我們的衣服鞋子、食品包裝膜保鮮膜、地熱供暖、建筑家居、化肥、塑料大棚等原料中都有中國石化的影子；塑料作為石油的衍生品，對于減輕車重、降低能耗等具有顯著作用。

胡慶明

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.09.009

2015-04-28）

盧成國，工程師，2007年畢業于中國石油大學（華東）（石油工程專業），從事機采節能管理工作，E-mail：chengguolu@petrochina.com.cn，地址：黑龍江省大慶市大同區第八采油廠工程技術大隊機采室，163514。