游梁式抽油機(jī)功率法平衡調(diào)整技術(shù)研究與應(yīng)用

盧成國（大慶油田有限責(zé)任公司第八采油廠）

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游梁式抽油機(jī)功率法平衡調(diào)整技術(shù)研究與應(yīng)用

盧成國（大慶油田有限責(zé)任公司第八采油廠）

游梁式抽油機(jī)平衡度是抽油機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的一個(gè)重要參數(shù)之一，也是評(píng)價(jià)油井設(shè)備運(yùn)行管理的一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。討論了游梁式抽油機(jī)的平衡問題，指出電流法平衡判定易出現(xiàn)虛假平衡現(xiàn)象，并且不適用于功率因數(shù)較小的井，因此提出功率法平衡調(diào)整技術(shù)。介紹了功率法平衡技術(shù)原理、油田現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)應(yīng)用情況以及綜合效果評(píng)價(jià)分析；并指出此技術(shù)是以抽油機(jī)最節(jié)能和最安全為標(biāo)準(zhǔn)，能確保電動(dòng)機(jī)在上、下沖程中功率相等，使電動(dòng)機(jī)輸入功率的均方根值最小，使電動(dòng)機(jī)的損耗達(dá)到最低，從而既能實(shí)現(xiàn)節(jié)電效果，又能保證抽油機(jī)安全運(yùn)行。采油八廠進(jìn)行抽油機(jī)功率法平衡技術(shù)的試驗(yàn)應(yīng)用，調(diào)整抽油機(jī)功率法平衡110井次，平均單日節(jié)電9.9kWh，取得了良好的節(jié)能效果。

游梁式抽油機(jī)平衡判定均方根扭矩功率法

平衡調(diào)整是保證抽油機(jī)井安全、穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)，合理平衡能夠改善抽油機(jī)系統(tǒng)的受力狀況、降低能耗。目前，某廠主要應(yīng)用電流法判定抽油機(jī)平衡，依據(jù)此種方法常出現(xiàn)虛假平衡現(xiàn)象，導(dǎo)致抽油機(jī)能耗增加。因此，針對(duì)電流法平衡調(diào)整中的不足，為尋求合理的平衡調(diào)整方法，達(dá)到降低能耗的目的，開展了游梁式抽油機(jī)功率法平衡技術(shù)的研究與應(yīng)用，收到了良好的節(jié)能效果。

1　功率平衡技術(shù)原理

功率法平衡技術(shù)以通過對(duì)測(cè)試電動(dòng)機(jī)均方根功率最小來實(shí)現(xiàn)，能有效消除負(fù)功，減小減速器沖擊為標(biāo)準(zhǔn)，通過對(duì)抽油機(jī)功率曲線進(jìn)行傅立葉分解，求出不平衡功率，計(jì)算出最佳平衡調(diào)整量，以抵消不平衡功率，使均方根功率最小，實(shí)現(xiàn)均方根扭矩最小［1］。

從安全運(yùn)行角度考慮，平衡要實(shí)現(xiàn)減速器輸出扭矩最小。采用均方根扭矩比平均扭矩更能反映實(shí)際載荷變化情況［2］。二者的比值為周期載荷系數(shù)，關(guān)系如公式（1）～（3）所示，其值越接近1，抽油機(jī)波動(dòng)就越小，抽油機(jī)運(yùn)行就越平穩(wěn)［1］。

式中：

Ti——瞬時(shí)扭矩，kN·m；

Tp——平均扭矩，kN·m；

Tf——均方根扭矩，kN·m；

φ——曲柄轉(zhuǎn)角，°；

FCL——周期載荷系數(shù)；

dφ——0到2π范圍內(nèi)取值無限小的一段取值。

從節(jié)能的角度考慮，平衡要實(shí)現(xiàn)電流的均方根值最小。由于電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的固定損耗和抽油機(jī)運(yùn)行過程中的機(jī)械傳動(dòng)損耗相對(duì)不變，要實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)能耗最小，就只能減小電動(dòng)機(jī)變動(dòng)損耗，也就要使電動(dòng)機(jī)均方根電流為最小值［1］。由于電動(dòng)機(jī)的負(fù)載扭矩大小決定電流大小，只要使電動(dòng)機(jī)負(fù)載扭矩均方根值最小，就可以使電動(dòng)機(jī)電流的均方根值最小。

式中：

T2i—負(fù)載扭矩，kN·m；

μc—電動(dòng)機(jī)軸到曲柄軸的傳動(dòng)效率；

n—減速器總減速比。

但是，電動(dòng)機(jī)負(fù)載扭矩不易測(cè)量，而電動(dòng)機(jī)的功率容易測(cè)量。由于常規(guī)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差不大，曲柄軸角速度及電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可以認(rèn)為是一個(gè)常數(shù)［1］，曲柄扭矩與電動(dòng)機(jī)輸入功率成正比，二者關(guān)系如公式（5）：

式中：

μb——皮帶及減速器的傳動(dòng)效率；

μd——電動(dòng)機(jī)效率；

ω——曲柄角速度，rad/s；

Pi——瞬時(shí)電動(dòng)機(jī)輸入功率，kW。

因此，功率法平衡調(diào)整技術(shù)通過實(shí)現(xiàn)均方根功率最小，保證了均方根扭矩最小，不受抽油機(jī)各項(xiàng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的限制，并且測(cè)試即簡(jiǎn)單又方便，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了抽油機(jī)節(jié)能、安全運(yùn)行。

2　現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試與應(yīng)用

2.1現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試情況

應(yīng)用功率測(cè)試儀現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試110井次，研究發(fā)現(xiàn)，電流平衡度與功率平衡度的變化存在一定的規(guī)律，這種規(guī)律主要通過功率因數(shù)的差異表現(xiàn)出來，不同功率因數(shù)下變化較大（圖1）。從圖1測(cè)試井電流平衡度與功率平衡度對(duì)應(yīng)關(guān)系圖中可以看出：

圖1　電流平衡度與功率平衡度對(duì)應(yīng)關(guān)系

1）功率因數(shù)大于或等于0.6時(shí)，均可以擬合出較為規(guī)律的曲線，并且電流平衡度在85%～100%之間時(shí)，電流和功率均平衡；電流平衡度在小于70%、大于120%時(shí)，電流和功率都不平衡；電流平衡度在70%～85%、100%～120%之間時(shí)，平衡度變化情況不確定，隨功率因數(shù)變化差別較大。功率因數(shù)由1～0.6，電流敏感度下降，功率敏感度上升。

2）功率因數(shù)小于0.6時(shí)，不能擬合出較為合理的曲線，且這些點(diǎn)主要集中在電流平衡度的75%～115%之間。這說明當(dāng)功率因數(shù)較低時(shí)，電流平衡度相對(duì)于功率平衡變得不敏感。對(duì)于功率因數(shù)較低的井，電流平衡度已經(jīng)不能真實(shí)反映抽油機(jī)平衡狀況，按此方法調(diào)整平衡易造成抽油機(jī)運(yùn)行能耗過高。

統(tǒng)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果，電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)低于0.6的井有81井次，占測(cè)試總數(shù)的73.6%（表1）。由此可見，功率因數(shù)較低的井所占比例較大，應(yīng)用電流法判別抽油機(jī)平衡度的準(zhǔn)確性降低，功率法相比于電流法具有更強(qiáng)的適用性，并且節(jié)能優(yōu)勢(shì)十分明顯，不會(huì)出現(xiàn)虛假平衡現(xiàn)象，但技術(shù)普及應(yīng)用的難度較大（表2）。

表1　測(cè)試井功率因數(shù)分布情況

2.2平衡調(diào)整效果

統(tǒng)計(jì)對(duì)13口功率不平衡井的平衡調(diào)整結(jié)果，其中12口井實(shí)現(xiàn)了節(jié)能，1口井能耗增加，調(diào)整后平均單井日節(jié)電9.9kWh，節(jié)電率6.2%，功率因數(shù)提高0.05（表3）。去除永82-88井后，可實(shí)現(xiàn)平均單井日節(jié)電11.8kWh，節(jié)電率8.2%的節(jié)能效果。

從表3中13口井功率法調(diào)整前后測(cè)試對(duì)比數(shù)據(jù)可以看出：

1）對(duì)于功率因數(shù)較小的井，電流平衡度好壞并不影響節(jié)電的多少，也就是說電流平衡度不好，調(diào)整后節(jié)電不一定多，如永92-90井；反之，電流平衡度好，調(diào)整后節(jié)電不一定少，如永61-斜72、永91-斜93井等。因此，電流平衡度不具有判斷節(jié)電多少的價(jià)值。

表2　電流法與功率法平衡調(diào)整情況對(duì)比

表3　功率法調(diào)整前后效果對(duì)比數(shù)據(jù)

2）對(duì)于存在負(fù)功的井，電流平衡度不具有參考價(jià)值。從調(diào)整前后電流平衡度的反應(yīng)結(jié)果看，電流平衡度的好壞也不能反映節(jié)電的多少。功率法調(diào)整后，有效地避免了負(fù)功的出現(xiàn)，并且電流和功率的波動(dòng)變化減小（圖2），抽油機(jī)運(yùn)行更加平穩(wěn)。

圖2　永93-斜79井功率法調(diào)整前后功率及電流曲線

3）功率平衡度過大并不能實(shí)現(xiàn)良好的節(jié)能效果。永82-88井調(diào)整前后，功率平衡度由810%調(diào)整為197%，功率雖然在平衡范圍內(nèi)，但日耗電增加12.96kWh；而永80-88井功率平衡度由54%調(diào)整為139%，日節(jié)電14.84kWh。

3　結(jié)論

1）功率法調(diào)整平衡依據(jù)抽油機(jī)整個(gè)沖程中減速箱輸出軸均方根扭矩最小這一原則，能夠?qū)崿F(xiàn)抽油機(jī)最節(jié)能和最安全的運(yùn)行狀態(tài)。

2）電流法平衡判定由于測(cè)試電流不分正負(fù)，無法發(fā)現(xiàn)負(fù)功問題，易出現(xiàn)虛假平衡現(xiàn)象，并且不適用于功率因數(shù)較小的井。

3）測(cè)試結(jié)果表明，功率法平衡優(yōu)于電流法平衡，相比電流法，能夠?qū)崿F(xiàn)平均單井日節(jié)電9.9kWh，節(jié)電率6.2%的節(jié)能效果。在合理的平衡區(qū)間，平衡效果更佳。

［1］顧永強(qiáng)，周靜，李玲.改進(jìn)抽油機(jī)井“功率平衡”測(cè)試實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗［J］.油氣田環(huán)境保護(hù)，2009，19（4）：45-47.

［2］孫延安.游梁式抽油機(jī)合理平衡判別方法研究［J］.石油機(jī)械，2014，42（3）：72-75.

中國石化美好生活館亮相世錦賽

8月22日，鳥巢迎來北京奧運(yùn)之后最高級(jí)別的國際大賽——2015年北京國際田聯(lián)世界田徑錦標(biāo)賽。在鳥巢與水立方之間的國際田聯(lián)市場(chǎng)街上，一個(gè)形狀為六邊形、外觀宛似蜂巢、整體藍(lán)色基調(diào)的建筑引人注目，這就是中國石化美好生活館。在這里，石油的神奇世界向公眾敞開大門，展示石油化工如何改變世界。

世錦賽期間，眾多運(yùn)動(dòng)員和觀眾來到美好生活館做客：戴上高性能防割手套伸入設(shè)置有利器的展柜中，感受中國石化高性能手套的神奇魅力；玩施肥種菜游戲贏取美好生活拼圖；體味長(zhǎng)城潤滑油中的智慧……呈六邊形的美好生活館寓意人們?nèi)缑鄯湟话阈燎诠ぷ鳎瑸槊篮蒙罴佑汀Ｕw藍(lán)色的基調(diào)，突出了中國石化“碧水藍(lán)天”的環(huán)保主題。展館內(nèi)分為衣、食、住、行、用五個(gè)篇章。通過參觀和現(xiàn)場(chǎng)活動(dòng)，大家了解到不只是車用的汽油、柴油，我們的衣服鞋子、食品包裝膜保鮮膜、地?zé)峁┡⒔ㄖ揖印⒒省⑺芰洗笈锏仍现卸加兄袊挠白樱凰芰献鳛槭偷难苌罚瑢?duì)于減輕車重、降低能耗等具有顯著作用。

胡慶明

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.09.009

2015-04-28）

盧成國，工程師，2007年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（華東）（石油工程專業(yè)），從事機(jī)采節(jié)能管理工作，E-mail：chengguolu@petrochina.com.cn，地址：黑龍江省大慶市大同區(qū)第八采油廠工程技術(shù)大隊(duì)機(jī)采室，163514。