淺談抽油機平衡調節技術

高福剛

摘要：大慶油田經過幾十年的不斷開采，現已全面處于機械采油階段，油田開采設備主要為游梁式抽油機，抽油機的平衡問題成為油田日常生產中的一項重要工作。目前油田主要的平衡方式為游梁平衡、曲柄平衡和復合平衡三種機械平衡，平衡調節方法為電流法。通過實踐發現電流法調平衡已經無法適應油田的飛速發展，急需更準確、有效的平衡調節方法以提高游梁式抽油機系統的運行穩定性、優化設備參數、降低系統故障率。

關鍵詞：游梁式抽油機;平衡;電流;功率

大慶油田經過幾十年的不斷開采，現已全面處于機械采油階段，油田開采設備主要為游梁式抽油機。就目前薩北油田開發區而言，截止至2014年9月采油三廠共有機采井4568口，其中抽油機井3063口，占67.05%。采油二礦機采井865口，其中抽油機井601口，占69.47%。游梁式抽油機作為一種結構簡單、制造容易、維護方便的采油設備，已經成為薩北開發區、大慶油田乃至全國油田開采的主力生產設備。相對應于游梁式抽油機的大規模使用，抽油機的平衡調節也成為油田日常生產工作的主要工作項目。

1游粱式抽油機的平衡原理

游梁式抽油機作為一種油田生產設備，實質是一種四連桿傳動機構。工作時，電動機通過皮帶帶動減速箱減速后，由四連桿機構把減速箱輸出軸的旋轉運動變為游梁驢頭的往復運動，用驢頭帶動光桿和抽油桿作上下往復的直線運動，通過抽油桿再將這個運動傳給井下抽油泵中的活塞，實現將井下液體輸送到地面的目的。下沖程：抽油桿依靠自重下落，帶動平衡重從低處抬到高處，從而增加了平衡重的重力勢能，為了抬高平衡重，除了依靠抽油桿柱下落所放出的勢能外，還要電動機做功，所以消除了反發電的現象;上沖程：平衡重由高處下落，把下沖程時平衡重存儲的勢能釋放出來，幫助電動機去提升抽油桿柱和油柱，減小了電動機在上沖程時需要給出的能量。如果平衡重選擇的合適，就可以使電動機上沖程時給出的能量等于下沖程時給出的能量，也就是使電動機在懸點上、下沖程所做的功相等，從而達到平衡。

2電流法調平衡技術

目前抽油機平衡測試及調整常用的方法是電流法，即：電流平衡度=下沖程的峰值電流/上沖程的峰值電流，如果這個比值在0.85-1.0之間，就認為抽油機的平衡情況良好，否則就需要進行調整。然而，通過研究及多年應用發現，這種方法并不能夠保證抽油機真正的平衡。

2.1未考慮電流在整個上下沖程的變化情況

電流法認為抽油機上下沖程做功與電流成正比關系（曲線定點與曲線與X軸圍成面積呈正比）。但在大量抽油機實際運行過程中，由于慣性載荷、摩擦阻力等各種因素綜合變化下，電流曲線已經不是正弦曲線，無法代表抽油機做功情況。

2.2視在電流無法反應無功功率、無法區分電流方向

電流法只是簡單的量取視在電流的大小，無法區分其中的有功功率和無功功率。對于部分“大馬拉小車”井無法準確判斷平衡情況。同時電流法調平衡過程中無法分辨電流方向，對于部分不平衡井產生的反電流無法分辨。當油井已經處于極不平衡狀態而產生反電流后，反電流數值與正電流比值在合理范圍內而認為平衡。比如在很多安裝有變頻器的抽油機上，根據電流法平衡調整后的抽油機量取下電流為0的情況。

3功率法調平衡技術

3.1功率法調平衡技術原理

功率法調平衡技術通過從安全與節能的角度分析抽油機的運行狀態，認為當曲柄扭矩均方根最小時電機負載扭矩最平穩，系統最安全;當曲柄扭矩均方根最小時電機電流最小，系統最節能。

功率法調平衡技術是通過數據采集電流、電壓等參數，計算出電動機功率，從而生成電動機的功率曲線。功率曲線是一個以抽油機的沖程周期為周期的連續函數。從數學分析知道，每一個周期性的非正弦量，只要滿足狄利斯利條件，就可以分解成一系列的三角級數。抽油機的功率曲線函數能滿足狄利斯利條件，所以可以展開成收斂的三角級數一傅里葉級數。

按均方根功率的定義，再考慮到三角函數的正交特性，均方根功率Pf可以按下式計算。

之后通過均方根最小值求得平衡重的改變方式，最終達到上、下沖程做功相等。

3.2功率法調平衡技術應用效果

功率法調平衡技術在大慶油田進行了現場試驗，主要應用于采油一廠、采油三廠。其中采油三廠第二油礦作為功率法調平衡技術試點單位之一，于2014年4月開始了技術應用，截止目前共進行了平衡度測試173口井，通過功率法確定不平衡30口井，均進行了平衡調節。

其中Bl-310-P60井發現電流法平衡而功率法不平衡問題。通過功率法建議調節平衡后，有功功率下降了0.25kW，日節電量6kWh，節電率2.4%。充分說明了功率法對比電流法在平衡調節上更加準確。

3.3功率法調平衡目前使用情況

目前功率法調平衡技術在采油二礦處于暫時停止狀態，原因是所用測試儀器“最一特新式鉗形電流表”鉗口較一般鉗形電流表大，在配電柜中操作不便，容易觸碰配電柜內其他電線導致靜電打擊現象，由于安全原因，暫停實驗待廠家進行整改。

參考文獻：

[1]朱益飛，游梁式抽油機功率平衡技術的研究與應用[J].石油石化節能，2012（07）.