葡萄花油田抽油機平衡調整技術應用

孫曉麗（大慶油田有限責任公司第七采油廠）

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葡萄花油田抽油機平衡調整技術應用

孫曉麗（大慶油田有限責任公司第七采油廠）

抽油機調平衡是機械采油管理中一項基礎工作，葡萄花油田主要應用電流法、扭矩法、功率法3種平衡調整技術。通過對平衡調整技術的技術特點及應用效果進行評價，發現利用功率法算出的平衡塊位移量準確，方法簡單、方便，且節電效果較好，適合現場推廣。

抽油機；平衡；電流法；功率法；拒矩法

抽油機調平衡是機械采油管理中一項基礎工作，抽油機調平衡的目的是延長抽油機的使用壽命和降低生產能耗[1]。通過對調平衡工作量的情況分析，由于措施、新井投產、調參、作業等有動態變化的井比較多，且調平衡的作業時間較長，有時存在抽油機平衡調整不及時的現象。為解決平衡調整過程中存在的問題，各油田相繼出現了基于扭矩曲線的峰值扭矩法、均方根扭矩法和基于功率曲線的電能法、功率法、均方根功率法。由于峰值扭矩和負扭矩影響電動機減速箱的壽命，均方根扭矩（功率）影響電動機的功率，所以在選擇調平衡方法時應根據具體情況盡量消除負功，使電動機、減速器的扭矩變化均勻，使抽油機安全、節能的運行[2]。

1　技術特點及應用效果

目前，葡萄花油田應用的抽油機平衡調整技術主要有3種，分為電流法調平衡技術、扭矩法調平衡技術和功率法調平衡技術。

1.1電流法調平衡技術

電流法調平衡技術是用鉗形電流表測取光桿上行、下行的電流最大值，用平衡率判斷抽油機的平衡狀況，平衡率是指下沖程峰值電流與上沖程峰值電流的比值，按照公司對指標管理的統一規定，當平衡率在85%～100%時，認為抽油機處于平衡狀態。若平衡率小于85%，平衡塊向曲柄軸端調，若平衡率大于100%，平衡塊向曲柄末端調。不平衡時的調整方法如式（1）所示。

電流法調平衡技術的不足之處在于電流平衡存在虛假平衡問題，電流分不出正負，發電與用電都產生電流，一些嚴重不平衡的井在發電時產生一個很大的電流，但從電流上看抽油機井還相當平衡；對于功率因數較低的抽油機井，電動機電流相對于抽油機的載荷變化幅度較小，電流峰值變化并不大，無法真實反映抽油機的平衡比；電流調平衡工作效率低，電流法調平衡只知道平衡塊的調整方向，不確定調整距離，需要多次調整才能到位，增加了工人的勞動強度；易存在人為誤差，通過測量抽油機的上下電流峰值來計算平衡比，這種方法錄取的是瞬時峰值電流，存在一定的人為誤差，同一口井同時由不同的人測量會出現不同的結果。但由于電流法調平衡方法簡單，仍被廣泛采用[4]。

1.2扭矩法調平衡技術

對抽油機的運行能耗進行分析，抽油機的機械傳動損耗與電動機的固定損耗是相對不變的，電動機的變動損耗隨電流成正比，因此，要確保抽油機最節能，就要使電動機的變動損耗最小，即均方根電流最小，抽油機的負載扭矩決定電流的大小。扭矩法調平衡技術是使抽油機在一個周期內凈扭矩均方根值最小，使電動機的損耗達到最低，從而達到節電目的。

扭矩法調平衡技術通過地面示功圖測試，利用軟件與示功圖進行相應的數據對接，采集上、下沖程中各點的載荷數據，結合抽油機運動幾何參數計算出凈扭矩，根據凈扭矩值得出平衡塊的最佳調整位置及方向。

以1#井為例，通過對比電流法調平衡與扭矩法調平衡效果，扭矩法調平衡技術具有一定的節能效果（圖1、圖2）。

圖1　試驗前扭矩曲線

圖2　試驗后扭矩曲線

現場對比測試100口井，平均單井日節電4.66kWh，節電率3.7%。其中90口井應用電流法判斷為平衡井，再應用扭矩法調平衡技術進行平衡調整，平均單井日節電4.32 kWh，節電率達到3.5%；10口井應用電流法判斷為不平衡井，應用扭矩法調平衡技術進行平衡調整，平均單井日節電7.72 kWh，節電率達到5.5%。

扭矩法調平衡技術是根據實測功圖，繪制扭矩曲線來調整抽油機平衡，考慮抽油機整個運動周期內的平衡狀況，利用計算機進行精確計算，比電流法調平衡方式更加科學、合理，減輕了工人的勞動強度，節省了工作時間；同時，在電流法調平衡的基礎上取得一定的節電效果。缺點為由于抽油機扭矩曲線無法直接測量，需要進行大量計算，應用不方便。若出現抽油機平衡塊不規則等造成抽油機幾何參數不匹配時，實施扭矩法調平衡可能導致耗電量升高。

1.3功率法調平衡技術

功率法調平衡技術以抽油機最節能和最安全為目標，對抽油機功率曲線進行傅立葉分解，通過調整平衡塊位置，改變一階正弦分量的大?。ú黄胶馀ぞ兀?，使均方根功率最小，達到節能的目的。平衡塊調整量計算公式如公式（2）所示。

式中：ΔL——平衡塊移動量，m；

b1——均方根功率計算公式的一階正弦分量，kW;

G——平衡塊重，t；

ω——角速度，rad/s。

按照中國石油天然氣集團公司企業標準《游梁式抽油機平衡及操作規程》（Q/SY 1233—2009）中規定，功率法平衡率判定標準為功率平衡比為抽油機上下沖程平均功率之比，以較大值為分母；當上下沖程的平均功率有一項為零或負值時，功率平衡比為零；當功率平衡比小于0.5時，可判定抽油機不平衡。

以功率不平衡、電流平衡的2#井為例，電動機電流相對于抽油機載荷變化很小，無法真實反映抽油機的平衡比，利用功率法調平衡后，不平衡扭矩由52.95 N·m下降至10.34 N·m，抽油機達到平衡狀態，運行更加平穩，節電率7.4%（表1）。

表1　功率法調平衡技術應用效果

現場對比測試81口井，調整后不平衡扭矩絕對值由97.3 N·m下降至14.9 N·m，功率平衡率由24.7%提高到84.1%，電流平衡率由104.32%下降至96.38%；平均單井日節電 10.51 kWh，節電率9.4%。

功率法調平衡技術使抽油機不平衡扭矩大幅度下降，減少了電動機及減速箱的磨損，依據功率法計算出的位移量指導平衡調整，比較準確，基本上可以一次性調好，但同樣存在平衡塊形狀不規則時，無法計算其準確重量，影響調平衡效果的問題。

2　結論及認識

1）電流法調平衡技術簡單，但存在虛假平衡現象，扭矩法調平衡比電流法調平衡方式更加科學、合理，但計算量大，現場應用不方便，用功率法算出的平衡塊位移量準確，方法簡單、方便，且節電效果較好，適合現場推廣。

2）在功率法調平衡技術的推廣應用過程中，可針對不同區塊摸索調平衡的合理界限，使抽油機運行更加平穩，同時取得更好的節能效果。

3）扭矩法與功率法調平衡技術都存在抽油機平衡塊形狀不規則時，影響調平衡效果的問題，需進一步解決。

[1]王靈志.抽油機井調平衡技術的研究[J].科技創業家，2012 （18）：82.

[2]王偉，檀朝東，王辛涵，等.抽油機井平衡設計及調整技術綜述[J].中國石油和化工，2011（2）：59-61.

[3]張琪.采油工程原理與設計[M].山東：石油大學出版社，2000：129.

[4]侯立功，劉超，陶明.雙驢頭抽油機平衡調整的簡易方法[J].油氣田地面工程，2008，27（7）：52-53.

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.03.005

2015-11-30

（編輯 沙力妮）?

孫曉麗，工程師，2008年2月畢業于西安石油大學，從事采油工程相關工作，E-mail：jiandingbuyi@163.com，地址：黑龍江省大慶市大同區第七采油廠工程技術大隊，163517。