低滲透油田抽油機平衡與能耗關系研究

于海山 馬立 楊文敏

（1.大慶油田有限責任公司第八采油廠；2.北京航天石化技術裝備工程有限公司；3.大慶油田有限責任公司第十采油廠）

抽油機是油田開發中應用數量最多的舉升設備，其運行能耗一般接近油田總耗電量的一半，是油田生產的耗能大戶。有效降低抽油機舉升能耗是各油田節能降本的重點方向。抽油機平衡與耗電量存在一定的關系，如果能夠使抽油機達到最佳平衡狀態，系統能耗就能達到最低，抽油機的運行也會更加平穩、安全；所以，調整抽油機平衡是不增加能耗、不影響產量的重要控制手段。然而，由于抽油機平衡度隨地層供液能力變化復雜、平衡調整依靠人工調整平衡塊位置工作量大、平衡判定方法準確程度不一等原因，抽油機運行多處于不平衡或假平衡狀態[1-6]。因此，通過抽油機平衡便捷調整裝置的應用，對抽油機不同平衡方法、不同平衡狀態下的系統能耗進行了試驗研究，通過分析得出準確程度更高的平衡判定方法，探索各平衡判定方法之間的聯系，并給出平衡對抽油機能耗的影響程度，對油田節能降耗工作具有一定的指導意義。

1 平衡判定及調整技術現狀

油田中常用的抽油機平衡判定方法有峰值電流法、功法和功率法三種。其中，峰值電流法依據上下沖程減速箱輸出軸峰值扭矩相等的平衡判定原則，通過實測上、下沖程電動機的峰值電流比值判定平衡度，實現較為容易，應用較早，普及也較廣，但是應用過程中發現其平衡判定存在讀值誤差、虛假平衡、不適用變頻設備等問題。功法依據抽油機電值判定平衡度，方法復雜且要求示功圖飽滿，以抽油機上、下沖程對外做功相等為平衡判定原則，通過實測抽油機運行示功圖上、下沖程包圍的面積來實現，在低滲透油田供液不足情況測試得到的示功圖不適用。功率法依據整個沖程中減速箱輸出軸均方根扭矩最小原則，通過實測上、下沖程電動機的平均功率比值判定平衡度，自動給出平衡塊調整量，測試較為方便、準確度較高，但技術實現較晚，普及性不高[7]。

抽油機平衡調整的常規方法主要采取人工調整平衡塊位置來實現。這種方法需要關停抽油機，一般依據現場經驗判斷調整位移量，需要平衡調整專用工具，移動笨重平衡塊的操作較為繁瑣，對特殊井有時還需要吊車輔助；所以，這種常規調整方法存在調整精度低、工作效率低等問題，此外，關井的同時還存在影響單井產量的問題。因此，部分油田研究應用了自動或半自動平衡調整裝置，在不停井的狀況下，能夠實現抽油機的平衡運行[8-10]。由于這些技術多在局部區域試驗應用，技術普及性差，沒有成型的完善的技術設備大范圍推廣應用，無法對應用效果進行對比[11]。

表1 六型機電流、功率測試情況統計

探索低滲透油田抽油機平衡與能耗之間的關系，需要對抽油機平衡度進行調整，而大幅度的平衡調整會對抽油機運行系統造成安全隱患，輕則造成桿斷作業，重則造成翻機事故。由于抽油機平衡調整后，在一段時間內，平衡隨地下情況變化幅度一般不會太大，所以在平衡調整方法上，選用一種安裝在抽油機游梁后部，可遙控調整的抽油機平衡便捷調整裝置來實現抽油機平衡微調。并根據低滲透油田實際情況，對峰值電流法和功率法兩種平衡判定方法下的能耗情況進行對比分析。

2 平衡與能耗關系分析

2.1 六型機平衡微調能耗測試

現場選取3口應用抽油機平衡便捷調整裝置的六型抽油機井，按抽油機平衡便捷調整裝置的行程平均分配8個測試點進行測試，得出六型機平衡和能耗變化情況（表1）。

由表1的測試結果可以看出：

1）峰值電流平衡度判定準確性差。在最低能耗時，L2井的峰值電流平衡度為83.7%，沒有達到峰值電流法85%～100%的平衡判定標準，按峰值電流法判定應為不平衡，但此時的能耗優于峰值電流平衡標準范圍內的能耗。

2）平均功率平衡度判定準確性好。3口井平均功率平衡度反映出抽油機的能耗狀態，抽油機平衡較好的狀況下，抽油機的能耗最低。

3）平衡狀況下能耗仍有降低空間。按照平均功率平衡判定標準，3口井均在50%～200%的平衡標準內，但在抽油機平衡便捷調整裝置的微調范圍內，最高能耗與最低能耗平均相差16.1 kWh。

2.2 八型機平衡微調能耗測試

現場選取2口應用抽油機平衡便捷調整裝置的八型抽油機井，同樣按抽油機平衡便捷調整裝置的行程平均分配8個測試點進行測試，得出八型機平衡和能耗變化情況（表2）。

表2 六型機電流、功率測試情況統計

由表2的測試結果可以看出：

1）峰值電流平衡度判定準確性差。在最低能耗時，B1井的峰值電流平衡度為99.2%，已經達到很好的平衡狀態，但功率平衡度為63.7%，并沒有達到很好的平衡狀態，能耗仍有進一步降低的空間，應對抽油機的平衡塊進行調整，達到抽油機的最佳平衡狀態。B2井的峰值電流平衡度為109.1%，已經為不平衡狀態，但峰值電流平衡范圍內的能耗高于此時18.7 kWh。

2）平均功率平衡度判定準確性好。2口井平均功率平衡度反映出抽油機的能耗狀態，抽油機平衡較好的狀況下，抽油機的能耗也最低。

3）平衡與不平衡狀況對能耗影響較大。在抽油機平衡便捷調整裝置的微調范圍內，B1井平衡時的最低能耗與不平衡時的最高能耗相差37.4 kWh；B2井在同樣平衡的狀態時也有19.7 kWh的能耗差，并且與六型機相比，平衡對能耗的影響更大。

2.3 最佳能耗下平衡范圍探討

雖然應用抽油機平衡便捷調整裝置進行平衡微調的空間有限，但通過對六型機和八型機平衡與能耗關系分析仍可以看出：平均功率法要比峰值電流法判定抽油機平衡的準確性高，能夠使抽油機達到最低能耗的運行狀態，最大限度地節約能源，但也反映出功率平衡標準范圍過大，在同樣平衡的狀態下，機型越大可降低能耗的空間就越大。

那么，功率平衡法判定抽油機平衡的范圍在哪個區間內，能夠使抽油機的能耗保持在一個較低的水平呢？通過以上5口井的分析可以得出：B1井并沒有達到最合理的平衡狀態，需要進一步調整平衡塊來實現最佳平衡狀態，所以在分析最佳功率平衡區間時不與考慮；剩余4口井均能夠實現最佳平衡狀態，通過4口井功率平衡與能耗關系折線圖可以較為直觀地得出，平均功率平衡度在70%～120%區間內，抽油機的運行能耗處于較低水平。

因此，應用平均功率法判定抽油機平衡的平衡度區間在70%～120%內時，抽油機能耗變化不大，運行處于最佳平衡狀態，能夠實現最佳能耗運行狀態。

2.4 平衡對能耗的影響

通過以上研究得出，平均功率法判定平衡的準確性高，且其合理平衡區間為70%～120%；所以，應用平均功率法對抽油機平衡進行判定，選取峰值電流法測試平衡的30口井進行平均功率法平衡調整試驗。測試平衡調整后能耗變化情況如表3所示。

由表3可知，應用平均功率法調整抽油機平衡后，30口井能耗由平衡調整前的5 642.6 kWh，下降到4 385.5 kWh，平均單井日節電11.2 kWh。因此，抽油機應用功率法調整到最佳平衡狀態，一般可以實現單井日節電11.2 kWh的效果。

表3 30口井平衡調整情況統計

按5000口井計算，應用平均功率法調整抽油機平衡，可實現年節電2 044.0×104kWh的效果。可見，抽油機平衡對能耗具有較大影響。由于抽油機平衡隨地下地質狀況的變化而變動，要使機采能耗得到有效控制，必須加強機采井日常平衡管理工作。而5000口井平衡調整按每月調整一次計算，可達到60 000井次之多，工作量巨大，目前的平衡調整方法還過于落后，有必要探索更加先進、便捷的抽油機平衡調整方法。

3 結論

1）平均功率法要比峰值電流法判定抽油機平衡的準確性高，能夠使抽油機達到最低能耗的運行狀態，最大限度地節約能源。

2）抽油機不平衡運行的能耗損失大且安全性差，即使在同樣平衡的狀態下，機型越大可降低能耗的空間也越大。

3）應用平均功率法判定抽油機平衡的平衡度區間在70%～120%內時，能耗變化不大，抽油機運行處于最佳平衡狀態，能夠實現最佳能耗運行狀態，可以實現單井日節電11.2 kWh的效果。

4）有必要探索更加便捷的平衡調整方法。