功率平衡技術試驗及應用

騰曉峰 張乃亮

（1.大慶油田有限責任公司采氣分公司；2.大慶油田有限責任公司第六采油廠）

目前喇嘛甸油田抽油機井普遍采用電流法進行平衡調整，該方法具有設備簡單、測試方便等特點，但存在不能判斷因負功引起的虛假平衡、平衡塊調整量憑經驗，不能一次性準確調整到位等缺點。因此為提高抽油機井的平衡度，延長減速器、電動機及皮帶的使用壽命，降低抽油機井電能消耗，現場開展了抽油機井功率平衡調整技術的試驗及應用工作，功率平衡技術有效解決了因負功導致的假平衡問題，實現了游梁式抽油機的平衡，降低了電能消耗、減少了皮帶的磨損。

1 現狀及問題

現場對77口游梁式抽油機井應用電流法進行了平衡比測試，并測試記錄了電流、有功功率的運行曲線，見圖1。測試數據表明，約有41口井不同程度地存在負功功率，占比53.2%，其中有20口井因負功功率的影響出現假平衡。例：L2-B3720，電流法平衡度為86%，而功率法平衡度僅為17%，從圖1測試曲線可以看出該油井存在較大的負功功率，最大負功達-6.89 kW。

分析認為，由于游梁式抽油機載荷變化屬于交變載荷，對平衡度要求很高，否則將會出現倒發電現象，由于電流數值無正負之分，不能準確地判斷是否處于平衡狀態。

2 功率平衡技術

2.1 功率平衡技術原理

圖1 電流與有功功率運行曲線

抽油機井功率法平衡調整技術，采用上、下沖程平均功率比值的方法[1]，消除了負功和空載電流的影響，避免了虛假功率現象，提高了平衡的準確性，有利于抽油機井在合理狀態下運行。其次是平衡塊的調整采用力矩計算方法[2]，可以方便快捷、準確一次調整到位。

2.2 功率平衡度計算

功率平衡度為抽油機的上、下沖程平均功率之比，以較大值為分母[3]，用小數表示，計算公式如下：

2.3 功率平衡度合理范圍確定

為確定功率平衡度的合理范圍，現場對613口抽油機井進行了電流法平衡測試，功率平衡法平衡測試以及功率、電流運行曲線的測試。經對比分析，負功功率對抽油機平衡度影響很大。如圖2所示，當負功功率值大于平均輸入功率50%時，功率平衡度均小于50%，而電流平衡度則無規律可循，大小不一。

圖2 負功功率與輸入功率比值與電流平衡度、功率平衡度的關系

當負功功率值小于平均輸入功率的50%時，則電流平衡度、功率平衡度隨負功功率與平均輸入功率比值的減小而增加，此時電流平衡度隨功率平衡度增加而增加，如圖3所示。根據電流法與能耗的測試數據知，電流平衡度85%～110%[5-6]，抽油機能耗最小，見圖4。因此，若使電流平衡度大于85%以上，則功率平衡度大于50%均可滿足要求。

圖3 負功功率與輸入功率比值與電流平衡度、功率平衡度的關系

現場對15口抽油機井進行了功率平衡調整試驗，測試數據表明功率平衡度大于50%時，負功功率大幅度降低，且隨負功功率的降低，功率平衡度、電流平衡度均大幅度提高，同時電動機輸入功率也明顯降低。因此根據以上試驗及測試數據分析知，功率平衡度在50%～100%較為合理。

圖4 輸入功率與電流平衡度的關系

3 現場應用情況

現場累計對40口抽油機井實施了功率平衡技術（表1）。措施后平均單井有功功率下降0.36 kW，有功節電率達4.5%，功率平衡率由措施前的41.78%提高至85.83%，提高了44.05%。

表1 抽油機井功率平衡技術措施前后效果統計

4 應用效果評價

4.1 減速緩沖降低峰值電流

根據措施后油井運行的峰值電流可以看出，平均單井峰值電流由平衡調整前的51.82 A下降至44.46 A，下降了7.36 A，下降率達14.2%。

4.2 消減負功功率

根據現場測試應用情況可以看出，部分井電流平衡率大于85%，符合抽油機井平衡要求，但是由于電流值沒有正負之分，實際上這部分井存在負功功率是不平衡的，如L2-B3720，電流平衡率為86%，而功率平衡率僅為17%。如圖5所示，功率平衡技術實施后，該井負功功率基本消除，運行功率波動降低。

圖5 措施前后運行峰值電流對比

4.3 節能效果

現場對40口抽油機井實施了功率平衡技術。措施后平均單井運行電流由38.4 A，下降至34.5 A，下降了10.2%；平均單井有功功率下降0.36 kW，實現年節電12.44×104kWh，節約電費8.45萬元。其次是皮帶磨損大大降低，使用壽命由60天延長至90天。

5 結論及認識

1）抽油機井功率平衡技術解決了負功功率造成虛假平衡無法判定的問題，從而確保抽油機井在良好的平衡狀態下高效運行。

2）抽油機井功率平衡技術對降低運行峰值電流也具有一定作用，可有效降低機械設備沖擊，延長皮帶使用壽命。

克拉瑪依油田風城采油作業區

3）抽油機井功率平衡技術可有效消減負功功率，并具有較好的節能效果。