抽油機(jī)功率法調(diào)平衡方法的研究

唐守忠　杜國棟　王濤　張峰　丁利霞

摘 要 在管理抽油機(jī)的過程中，工作人員通常通過電流平衡率來判斷抽油機(jī)的平衡情況。然而，實(shí)際運(yùn)用表明，電流平衡與抽油機(jī)平衡之間并沒有絕對關(guān)系。因此，利用電流測試法來檢驗(yàn)抽油機(jī)的平衡在實(shí)際中存在缺陷。為此，研究人員提出了利用功率法來調(diào)試平衡的新方法，以游梁式抽油機(jī)為研究對象，綜合考慮各要素，來驗(yàn)證該方法的實(shí)用情況。

關(guān)鍵詞 功率平衡法 游梁式抽油機(jī)

1平衡原理和問題的提出

目前，抽油機(jī)主要用于判斷和調(diào)節(jié)平衡的方法是電流法，即根據(jù)電動機(jī)在上、下沖程中的電流峰值之比來判斷抽油機(jī)是否達(dá)到平衡。兩個峰值小與大的比值被稱為電流平衡度，平衡度在85%～115%區(qū)間為標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間，即抽油機(jī)達(dá)到平衡狀態(tài)。若平衡度不再這個區(qū)間，就需要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來調(diào)整平衡。這種方法測試方便、設(shè)備簡單，但在實(shí)際中卻發(fā)現(xiàn)了問題。首先，電流法不能判斷負(fù)功引起的虛假平衡，而且調(diào)整平衡塊是憑經(jīng)驗(yàn)，不能一次性調(diào)整到位；同時，近年來變頻智能控制技術(shù)在采油領(lǐng)域中愈發(fā)普及，而電流法配合這種技術(shù)使用時效果卻很不理想，無法滿足工作需要。因此，調(diào)整抽油機(jī)平衡的方法急需改進(jìn)。目前，有一種利用功來判斷平衡的方法，依據(jù)能量守恒定律，有人研究出了利用功率法來一次調(diào)整平衡到位的公式，并投入應(yīng)用。

2研究方法

抽油機(jī)的負(fù)荷在工作時是交變的，上沖程中，電動機(jī)需做較大功才能是驢頭懸點(diǎn)上行，提起抽油杠桿和液柱，下沖程時靠自身重量就可下落，因此才需要調(diào)整抽油機(jī)的平衡，使電動機(jī)所做的功在上、下沖程相等。功率法是根據(jù)能量守恒原理，把電動機(jī)在上、下沖程中所付出的電量和平衡塊在曲柄上的位置建立函數(shù)關(guān)系，根據(jù)電量在兩沖程的變化直接計算出平衡位置，實(shí)現(xiàn)一次調(diào)整到位。

這種方法是把平衡塊看作一個整體，平衡塊之外的其他參與做功的部分看作另一個整體。它認(rèn)為抽油機(jī)正常運(yùn)行時，電動機(jī)對四連桿機(jī)構(gòu)、液柱、抽油杠桿和變速箱等做工，平衡塊位置變化導(dǎo)致電量重新分配，這幾個部分在調(diào)整平衡前后，所做的功保持不變。

上沖程中，電動機(jī)做功和平衡塊釋放能量拉動液柱、杠桿等做功，兩部分做工之和等于其他部分做功的代數(shù)和。下沖程時，平衡塊靠電動機(jī)的升舉做功該部分的功與其他部分功的代數(shù)和為零。這兩個沖程中，功之間的關(guān)系可以用公式表示。有關(guān)研究人員對公式進(jìn)行了推導(dǎo)、演算，最終得出了影響平衡塊移動距離的因素和移動距離與各因素之間關(guān)系的公式。

3公式推導(dǎo)

3.1游梁式抽油機(jī)平衡計算公式

3.2公式誤差討論

平衡塊能量轉(zhuǎn)換率根據(jù)現(xiàn)場相關(guān)數(shù)據(jù)，從現(xiàn)場數(shù)據(jù)看：K1*K2>80%， K1+ K2 >1.8

因?yàn)椋?E=G*2%=L，即%=L x ≈（1—1.1）* %=L 0 若：K1*K2>65%，即：K1+ K2 >1.6 則%=L x ≈（1—1.2）* %=L 0在公式的基礎(chǔ)上取誤差中位數(shù)，多調(diào)5%，誤差5%。多調(diào)10%，誤差在10%。

3.3討論平衡塊質(zhì)量的確定

以圖形分解法確定平衡塊體積，將平衡塊理想成梯形，并分別計算圓孔、圓弧螺栓處的體積及與梯形體積的比率，根據(jù)常見平衡塊的體積計算G實(shí)際 ≈ G梯形*（0.93—1），為了控制誤差，取G實(shí)際 ≈ G梯形*0.96，誤差3%。

不同重量，各平衡點(diǎn)下的調(diào)整長度及長度與平衡點(diǎn)間的敏感度。通過對負(fù)功、公式誤差、平衡點(diǎn)敏感度等分析，取偏差中位數(shù)可以降低誤差，公式應(yīng)用時誤差一般在10%以內(nèi)。 根據(jù)慣性扭矩積分，計算出M=0時的O點(diǎn)，然后計算出L值，加平衡塊的位置值為%=L - L，在誤差允許的條件下可以通過形狀分解簡單計算出O點(diǎn)。

負(fù)功：（1）欠平衡時下沖程懸點(diǎn)載荷做功一部分轉(zhuǎn)換為負(fù)功 ；（2）過平衡時上沖程平衡塊做功一部分轉(zhuǎn)換為負(fù)功 。

極度不平衡以及負(fù)功的增加導(dǎo)致無效能量間轉(zhuǎn)換，使K1+ K2之和減小。80%>K1*K2>65% ，即1.8>K1+ K2 >1.6。對參數(shù)優(yōu)化對平衡影響及平衡儲能的分析。簡化后： %=R= %=F*a/b*r/wcb%=F：根據(jù)功圖取得或根據(jù)載荷計算。這里：%=R ：平衡移動值；F=（F上+F下）/2

（1）調(diào)沖次：在Q2/ Q1 ≈ N2/ N1，%=F變化較小，一般沖次增加，平衡率小幅減小，沖次減小，平衡率小幅增大。（2）改變泵徑： %=F變化很大，一般增大泵徑，平衡率大幅減小，減小泵徑，平衡率大幅增大。（3）稠油井： %=F變化很大，轉(zhuǎn)周后期造成平衡率大幅減小。

根據(jù)%=R= %=F*a/b*r/wcb 估算變化值及平衡率。簡化后： %=R= %=F*a/b*r/wcb，%=F：根據(jù)功圖取得或根據(jù)載荷計算。

4試驗(yàn)效果

案例：GD1-13-14

向外移動%=L 0=17.2CM，考慮公式誤差%=L x =17.2*（1+5%） ≈ 18CM，考慮重量誤差及移動4CM平衡率才變化10%，最后確定移動距離%=L x =17.2*（1+10%） ≈ 19CM。功率平衡率由65%上升102%。

負(fù)功影響 案例：GD1-13-817

正常時：地面效率11.45/11.46 ≈ 100%。 斷脫后：地面效率0.25/2.46=10.2%，由于F下≈ F上，平衡塊儲能幾乎全部對電網(wǎng)做功，下行電機(jī)儲存的11.77KW能量只有6.69KW反饋給電網(wǎng)，轉(zhuǎn)換率56.8%，能量損耗≈ 4.8KW。 假設(shè)：將該井平衡塊向內(nèi)調(diào)，將下行功率降低到2.77KW，上行負(fù)功1.66KW，無效能量減少11.77-2.77=9KW，節(jié)約有功功率9*0.4/2=1.8KW，日節(jié)電1.8KW*24 ≈ 43度。

參數(shù)優(yōu)化對平衡影響案例：GD1-13-817

需要調(diào)整： %=L=（%=P/2）/（0.131*5.6）*10cm=2.565/0.7336*10cm =34.96（1+5%）。對比調(diào)前、調(diào)后7天平均日電量，其中排除掉工作時間小于24小時日電量，日電量幅度超過20%的（規(guī)避錯誤數(shù)據(jù)），調(diào)沖次、液量大幅增加不做統(tǒng)計比較。2016年共調(diào)整254井次，其中統(tǒng)計對比井220井次，不對比34井次。

5結(jié)束語

（1）合理工況下調(diào)沖次，平衡率變化較小。

（2）改變泵徑，工況變化會造成平衡率很大變化。稠油井一般會向欠平衡發(fā)展，泵漏、斷脫向過平衡方向發(fā)展。可以根據(jù)井況變化規(guī)律確定過平衡點(diǎn)或欠平衡點(diǎn)調(diào)整平衡率。

（3）日常要加強(qiáng)極度不平衡井、負(fù)功成分大井的治理，如作業(yè)增大泵徑后，平衡率變化很大，會導(dǎo)致上下行功率峰值、電流峰值大幅度增大，影響電機(jī)、控制柜的正常運(yùn)行。