功率平衡法在油田生產中的應用

馮微（大慶油田有限責任公司第五采油廠）

抽油機井不平衡嚴重影響減速器、電動機及皮帶的使用壽命，增加了抽油機井能耗，同時也惡化了抽油桿的工作條件，增加了故障率，縮短了檢泵周期。目前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，但存在著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。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，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。以往由于功率平衡測試儀器體積大、測試工序復雜，未能規模推廣應用，隨著近幾年技術的發展，目前功率平衡調整技術實現了小型化、便捷化，且測試結果直讀，現場就可準確指導平衡調整，具有方便、快捷、減少員工勞動強度等特點，并在前期試驗中見到了顯著效果。

1 電流平衡法應用現狀與分析

長期以來，判斷抽油機平衡度的常規方法是電流平衡法[1]，即采用鉗形電流表來測量抽油機在運行過程中上、下沖程時電動機所產生的不同電流峰值，再將上沖程電流峰值與下沖程電流峰值相比，其比值作為平衡度（平衡度= I下∕I上，目前均采用小值比大值的方法），通常將電流平衡度在85%～115%區間作為標準區間，即認為電流平衡度在標準區間內時抽油機的系統能耗最低。若超出115%，表示平衡重過大，屬于過平衡狀態；若低于85%，則表示平衡程度不夠，屬于欠平衡狀態，需要加大曲柄平衡配重的數量或是加大曲柄平衡配重的平衡半徑。在調整平衡的距離時，一般依據經驗值進行調整。

這種抽油機平衡測試方法判斷及調整抽油機的平衡度，有些情況下不能保證抽油機一定處于耗電最低的狀態[2]，有時甚至是多耗電，出現這種現象的主要原因如下：

1）某些嚴重不平衡的油井，其下沖程（或上沖程）測試最大電流為發電電流，但鉗形電流表測得的這一最大電流因無法判斷相位而不能判斷其是發電電流還是輸入電流，在這種狀態下用電流法測試評價的平衡度，數值看似是合格的，但實際上是嚴重的不平衡。

2）電流法是一種粗略的估計方法，誤差較大，它沒有考慮電流在整個上下沖程的實時變化情況，更沒有考慮功率的變化情況。在實際操作中，由于在上下沖程中電流峰值所占的時間幅度窄，以及抽油機這種交變載荷導致電流持續不斷變動等因素的影響，測試人員僅靠目測很難準確讀取數值。

3）由于近年來變頻智能控制技術越來越多地應用于采油工程領域，而傳統電參數測量儀表只能測試工頻，無法滿足變頻狀態下的測試，這導致使用變頻技術的抽油機平衡率難以得到準確的測量結果。

綜上，電流法從理論和實際操作上都存在著很大的缺陷，準確性較差，存在假象平衡的問題，并且難以滿足變頻智能控制技術領域的要求。

2 功率法測平衡的現場應用

2009年5月實施的企業標準《游梁式抽油機平衡及操作規范》（Q/S Y 1233—2009）中規定了采用功率平衡度判別的新方法，即上下（下上）沖程電動機平均輸入功率之比（比較大值為分母，用小數表示）。當上下沖程的平均功率有一項為零或負值時，功率平衡度為零；當功率平衡度小于0.5時可判定抽油機不平衡，需對抽油機進行平衡調整。

2.1 常規配電箱（工頻運行狀態）的應用

2013年5月首先試驗5口井：1-26-3井、2-28-27井、1-29-4 井、1-31-2井、1-32-2井。除1-26-3井平衡塊已調到頭需再加平衡塊，以及1-31-2井、1-32-2井功率已平衡沒有實施外，實際調整兩口井，下面做具體對比。

2.1.1 試驗井2-28-27

調整前，鉗形電流表測平衡度0.55（38/21）；儀表D K 301測平衡度0.503（42.15/21.23），測功率平衡度0.026（0.092/3.477），測日耗電143.32kW h。

建議曲柄平衡塊向外移0.56m，移到1.08m處。

效果預測:上電流33.43A ，下電流27.37A ，電流平衡度0.82，均方根電流22.58A ；功率從-1.47 kW 到14.12kW ，變化范圍為15.58kW ，功率平衡度為0.87；均方根功率6.66kW 。預計調平衡可節電2.39kW h，日節電量57.36kW h。

實際調整后，鉗形電流表測平衡度0.71（35/25）；儀表D K 301測平衡度0.73（35.9/26.2），測功率平衡度0.506（1.098/2.167），測日耗電120.54 kW h；實際節電22.78kW h。

2.1.2 試驗井1-29-4

調整前，鉗形電流表測平衡度0.79（23/29）；儀表D K 301測平衡度0.87（24.98/28.63），測功率平衡度0.45（1.29/2.88），測日耗電151.42kW h。

建議曲柄全部向外調整0.05m，移到1.15m處。

效果預測：上行電流27.39A ，下行電流26.12 A ，電流平衡度為0.95，均方根電流為20.60A ；功率從1.24 kW 到12.65 kW ，變化范圍為11.41 kW ，功率平衡度為0.61；均方根功率為6.87kW 。預計調平衡可節電0.28kW h，日節電量為6.77kW h。

實際調整后，鉗形電流表測平衡度0.92（24/26）；儀表D K 301測平衡度0.93（25.25/27.11），測功率平衡度0.55（1.439/2.618），測日耗電144.65 kW h；實際節電6.74 kW h。

2.2 變頻控制配電箱的測試

變頻智能控制技術主要是根據抽油機的運行狀態，如液面、扭矩等工況，自行調整電動機的運行參數，使抽油機在最佳的狀態下運行，達到提高抽油機效率、節能降耗的目的。因為常規電流法在變頻運行狀態下測出的平衡度是系統優化后的狀態，不足以顯示抽油機自身的最初平衡度；因此，常規電流法測試時配電箱調平衡主要是在工頻狀態下測試調整，為了探索功率法測平衡對變頻控制技術的適用性，測試分工頻和變頻兩種狀態進行。

通過調整測試，4 口井在工頻狀態下，調整前平均功率平衡度0.10，日耗電657.44 kW h；調整后平均功率平衡度0.31，日耗電624.96kW h，日節電32.48kW h（表1）。

在變頻狀態下，4 口井調整前平均功率平衡度0.45，日耗電513.18kW h；調整后平均功率平衡度0.61，合計日耗電465.31 kW h，日節電47.87 kW h（表2）。說明功率平衡調整方法在變頻配電箱上仍然可以使用，且使用效果較好。

表1 工頻狀態下測試及調整前后效果對比數據

表2 變頻狀態下測試及調整前后效果對比數據

在以上測試的基礎上擴大測試范圍，初期累計測試抽油機井22口。從測試結果看：采用電流法平衡標準（平衡度小于0.85）判定有7口井不平衡；而以功率法平衡標準（平衡度小于0.5）判定則增加為15口井不合格。根據功率平衡調整建議對14 口井進行了調整，統計調整后累計日節電264.11 kW h。

3 結論及認識

1）應用功率法判斷抽油機平衡狀態更科學。

過去由于技術條件和測試設備的限制，無法測試出抽油機做負功的狀態，只能采用上下沖程電流峰值比的簡易方法測試抽油機的平衡度，方法的簡易限制了抽油機平衡調整的精度。隨著科技的發展，技術和設備逐步具備了單井實時測量功率及其曲線的條件。試驗證實，電流如果不平衡，抽油機肯定不平衡，電流平衡了抽油機也不一定平衡。試驗結果表明，查看電功率曲線，應用功率平衡法能更準確地判斷抽油機的平衡狀況。由此進行的調整，才能使抽油機在最優的狀態下運行。

2）應用功率法調整抽油機平衡狀態更節電。統計功率不平衡的14口井，總日耗電2200.75 kW h，應用功率平衡法調整后實現日節電264.11 kW h，節電率12.00% 。以此估算14 口井一年就可節電91580.14 kW h（按時率0.95計算），節電效果明顯。

3）功率平衡法也適用于安裝變頻智能控制配電箱井的平衡度測量。通過在變頻狀態和工頻狀態分別測試對比證實，功率平衡法適用于應用變頻智能控制技術的抽油機井，能夠達到準確指導單井平衡調節的作用，且使用效果較好。

4）試驗用測試設備采樣精度高。常規電流法測平衡相對簡易、便捷。目前功率平衡測試儀的測試方法，連接略繁瑣，但也適合現場操作，而其采集數據精度較高，對電動機數據的采樣率為0.3125 ms，能較準確地捕捉瞬間峰值點，測試結果更具指導性。

[1]張琪.采油工程原理與設計.山東東營:石油大學出版社,2000.

[2]程文軍,梁政,周代余,等.提高機械采油系統效率研究[J].西南石油學院學報,1999,21(4):67-69．