抽油機井智能平衡調節技術的研究與應用

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抽油機井智能平衡調節技術的研究與應用

潘銳（大慶油田有限責任公司第五采油廠）

針對抽油機井傳統平衡調節技術存在誤差導致抽油機使用壽命降低的問題，研究應用了抽油機井智能平衡調節技術。該技術以抽油機凈扭矩計算為基礎，可精確地調整抽油機的平衡狀況。通過現場應用，平均單井節電率可達8.2%，取得較好的節能效果，同時能夠減輕工人的勞動強度，提高了工作效率。

抽油機井；智能平衡調節；現場應用

抽油機井的平衡率是一項很重要的生產指標，它是根據抽油機井的產量、液面等因素共同作用的，產量和液面等因素的波動會引起抽油機的不平衡，導致平衡率下降［1］。目前抽油機井平衡調節方式主要采用電流法判斷是否平衡，即抽油機下沖程峰值電流與上沖程峰值電流之比，該值在85%～100%之間認為抽油機是平衡的，電流的大小間接反映抽油機負載扭矩的大小，但電流法調平衡并不一定能保證抽油機真正平衡，存在虛假平衡問題，可能導致抽油機運行過程中耗電量增多、各部件受力不勻、減速箱磨損加快，降低抽油機使用壽命［2］。智能平衡調節技術以抽油機凈扭矩計算為基礎，可真正精確地調整抽油機的平衡狀況，比常規電流法調平衡更節能。

1　技術原理

智能平衡調節軟件診斷分析優化設計系統是以地面示功圖為基礎，結合抽油機運動幾何參數，經過診斷優化，設計調整方案，指導現場施工。其主要原理是將抽油機懸點的載荷、位移轉換到整個周期的減速箱輸出軸扭矩曲線，即懸點載荷扭矩-曲柄轉角曲線，同時計算出平衡塊扭矩-曲柄轉角曲線、曲柄扭矩-曲柄轉角曲線。幾條扭矩曲線相互抵消后得到的就是凈扭矩曲線，調平衡的目的就是使抽油機在一個周期內凈扭矩最小，即抽油機凈扭矩均方根值最小，從而使電動機做功最小，耗電量最小，達到節能的目的。

1.1抽油機平衡狀況分析

抽油機平衡調整目的有2個，一是保證抽油機安全運行，二是節能降耗。

從保證抽油機安全運行的角度看，調平衡要使減速器的輸出扭矩最小。由于減速器的扭矩有正有負，僅用平均值不能反映實際載荷的大小，所以一般用均方根扭矩來反映減速器的載荷情況。均方根扭矩與平均扭矩之比稱為周期載荷系數，它反映了載荷扭矩的波動程度，此值越接近1說明載荷扭矩越平穩，值越大說明載荷扭矩波動得越厲害。

從抽油機節能的角度看，機械傳動損耗與電動機的固定損耗是相對不變的，只有電動機的變動損耗與電流的平方成正比。要使抽油機最節能，使電動機的變動損耗最小，也就是均方根電流最小。電流的大小只取決于抽油機的負載扭矩的大小，調平衡技術使抽油機在1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。而電流平衡無法實現這一要求。

1.2抽油機扭矩曲線對比分析

首先測試抽油機井示功圖，然后把智能調平衡軟件與示功圖進行相應的數據對接，采集各點數據，進行均方根扭矩計算。根據抽油機運動特性曲線和均方根扭矩公式，計算出各點的載荷扭矩、曲柄扭矩、平衡塊扭矩，根據3種扭矩的代數和，計算出凈扭矩，繪制出凈扭矩曲線，根據曲線推算出平衡塊最佳總距離，如表1、圖1、圖2所示。

表1　電流法與軟件法調平衡對比

2　現場應用

圖1　電流法扭矩曲線

圖2　智能調平衡扭矩曲線

現場試驗共20口井，其中12口井安裝電能表，測試調平衡后的耗電量與電流，對比節能效果。另外8口井用系統效率測試儀器每天測試耗電量與電流，對比節能效果。

1）安裝電能表測試的節電效果。安裝電能表測試12口井在智能調平衡前后的節電效果，選取產液量及液面穩定的10口井進行對比，平均單井日節電13.5 kWh，節電率達到9.3%，如表2所示。

2）應用系統效率測試儀器測試的節電效果。系統效率測試儀器測試8口井，選取產液量及液面穩定的6口井進行對比，平均單井日節電17.4 kWh，節電率達到7.1%，如表3所示。

3）電流法與智能調平衡測試的節電效果。選擇5口電流不平衡井先安裝電能表測試單井耗電量，然后用電流法調整平衡，跟蹤測試節電效果，在電流法調整平衡的基礎上應用智能調平衡軟件進行調平衡，跟蹤測試節電效果。電流法調平衡平均單井日節電5.9 kWh，智能調平衡在電流法調平衡的基礎上還可節電15.8 kWh，如表4所示。

表2　10口井調平衡效果對比

表3　6口井調平衡效果對比

累計調整平衡20口井，對比產液量及液面變平衡，使抽油機井達到最佳平衡狀態。

3）智能平衡調節技術打破了以往電流調平衡的粗略評價方法，應用示功圖計算方法可真正精確化穩定的16口井的節能效果，平均單井日節電14.9 kWh，單井最高日節電26.6 kWh，平均節電率8.2%，單井最高節電率可達15.4%。

表4　電流法與智能調平衡效果對比

3　結論及認識

地計算出抽油機的平衡狀況，調整一步到位，直接調整到最佳位置，比常規電流法調平衡更節能，節省勞動時間，減輕了工人的勞動強度，提高了工作效率。

1）由試驗結果可以看出，智能平衡調節技術在電流法調平衡的基礎上還可取得一定的節電效果，試驗后單井最高節電率可達15.4%，平均節電率為8.2%。

2）智能平衡調節技術能夠通過實測功圖得出懸點載荷、曲柄和平衡塊3條扭矩曲線，以凈扭矩最小為目標實現抽油機井平衡狀況監測、診斷、優化設計及調平衡量化分析，實現了抽油機井動態調

［1］宮喜龍.抽油機平衡系統改進技術探討［J］.石油石化節能，2015（4）：17-18.

［2］朱潤平，劉星，翟哲崇.抽油機平衡調節方式的研究［J］.自動化博覽.2015，10（11）：84-86.

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.09.003

2016-03-24

（編輯張馨怡）

潘銳，工程師，2006年畢業于東北石油大學（石油工程專業），從事采油工程規劃工作，E-mail：panrui5c@petrochina. com，地址：黑龍江省大慶市第五采油廠工程技術大隊，163513。