抽油機新平衡標準探討

李寧會

中國石油長慶油田分公司設備管理處（陜西西安710021）

抽油機新平衡標準探討

李寧會

中國石油長慶油田分公司設備管理處（陜西西安710021）

針對現行抽油機平衡標準不合理、不準確、不統一的問題，通過對抽油機平衡過程的分析，提出了功率不平衡度的概念，并以消除發電工況為平衡準則。按此原則驗算了19口井的平衡指標，證明了新平衡標準的準確性。從技術和經濟兩方面綜合考慮，確定了“功率不平衡度小于－1、大于1時，沒有發電工況，且不平衡度較小，是合格的、合理的平衡區間”。

抽油機；平衡；標準

抽油機是油田應用數量最多的設備，抽油機的平衡與否，對其故障率、壽命、能耗、噪音有很大影響。調整平衡，首先要知道怎樣才算平衡？平衡的標準是什么？參考文獻[1]附錄D提出了3個調整抽油機平衡的原則：①使上、下沖程電機做功相等；②上、下沖程中減速器曲柄的最大凈扭矩相等；③使減速器曲柄軸瞬時切線力與平均切線力的偏差平方和最小。

這些原則只是最理想的狀況，而這種狀況是很難達到的，現場工作需要一個調整標準范圍。對于平衡的調整標準范圍，一直沒有理論的推導和定值。第②和第③個原則，不便測量和使用。本文試圖按第①個原則，用理論計算的方法求出抽油機平衡的標準范圍。

1 現有平衡準則及標準范圍

目前，現場常用2種平衡調整方法。

1.1 功率平衡法規定[2]

比值大于0.5為合格。

1.2 電流平衡法規定[3]

比值0.85～1.1為合格。

上述2個合格標準都是人為規定的，沒有具體的含義，如功率平衡法，0.5表示什么平衡狀態？為何比值是0.3就是不合格？功率平衡度等于5是否平衡合格？

2 功率不平衡度的定義

鑒于上述原因，為了便于計算和理解，提出功率不平衡度定義，公式如下：

若采用公式（1）判斷平衡，其值變化范圍可從－∞到+∞，不便使用，故不用公式（1）。

現將抽油機平衡問題簡化為分析立式抽油機的平衡，如圖1所示。忽略滑輪的轉動阻力，懸繩器負荷含靜載荷、動載荷、摩阻載荷。假設電機轉速恒定，上下沖程懸繩器速度一致，則求功率平衡的問題可簡化為求力的平衡。

圖1 抽油機平衡示意圖

式中：N為功率不平衡度；F1為上沖程懸繩器負荷，t；F2為下沖程懸繩器負荷，t；W為平衡配重，t。

對于立式機，配重的配備可分為7種情況，如表1所示。

3 新平衡準則的平衡標準

抽油機如果存在發電工況，危害極大，一是易造成減速器的損壞。因為當發電工況出現1次，減速器承受1次反力矩，齒輪連續承受正反力矩，易產生疲勞，造成損壞，并產生換向噪音。二是多耗能，因為抽油機電機的發電動力是減速器的驅動，而減速器的驅動動力是來自電網，等于從電網多吸收動力，存儲在平衡重量中，電能、勢能、電能，進行了2次能量轉換，轉換1次，就多1次損失。某站8口井，若消除發電工況，可節電26.5%[4]。某油田的5口井使用超越離合器消除發電工況后，節電15%[5]。

如果以消除發電狀態為平衡準則，F2＜W＜F1應是平衡重量的合理范圍，據此可求出功率不平衡度范圍。超出此范圍的即為不平衡，為此根據公式⑸求出上述7種情況的功率不平衡度。

當W=F2時，N=2；

當W=0時，N=2（F1+F2）/(F1-F2)＞2；

當W=(F1+F2)/2時，N=0；

當W＜F2時，N＞2；

當W＞F1時，N＜-2；

當F2＜W＜F1時，-2＜N＜2。

功率不平衡度越小越好，其值為零是最佳狀態，此時符合文獻[1]附錄D的第一個平衡原則。-2＜功率不平衡度＜2，就沒有發電工況。

如果認為僅以消滅發電狀態為平衡原則，合理平衡范圍過寬的話，可縮小功率不平衡度的范圍。

若規定功率不平衡度的區間為：-1＜N＜1。

根據公式（4）：

當N=1時，W=(F1+3F2)/4；

當N=-1時，W=(3F1+F2)/4。

若規定功率不平衡度的區間為：-0.5＜N＜0.5。

根據公式（4）：

當N=0.5時，W=1.5F2-0.5F1；

當N=-0.5時，W=1.5F1-0.5F2。

對于游梁式抽油機，需根據平衡方式的不同，按結構尺寸推導出需要的平衡重量和位置。

4 實際驗算

共選19口游梁抽油機井進行了測試、計算對比如表2所示。

匯總表2，得出表3。

由表3可見，按功率不平衡度1判定的不合格井都在其他2種判別方法的不合格井中。按功率不平衡度2判定的不合格井，4口與電流平衡度結論相同、5口與功率平衡度結論相同。

由于電流平衡判別法不能辨識發電工況，常誤導操作者，造成虛假平衡，故不以電流法做比較依據。以功率平衡度做比較依據，取-1＜功率不平衡度＜1較為適宜。

表1 各種配重狀態下電機出力及平衡狀況

表2 3種平衡標準對比

表3 平衡度取值對比

5 結論

采用消除發電狀態為平衡準則，可消除抽油機發電工況。采用-1＜功率不平衡度＜1的標準調平衡，既可減少一些無謂的調平衡工作，又可保證無發電現象，滿足平衡需要。

在現有抽油機系統效率測試儀的基礎上，按上述功率不平衡度定義設計功率不平衡度測試儀，可方便地實現功率不平衡度測試。

[1]全國石油鉆采設備和工具標準化技術委員會.游梁式抽油機:SY/T 5044-2003[S].荊州:[出版者不祥],2003.

[2]中國石油天然氣集團公司勘探與生產專業標準化技術委員會.游梁式抽油機平衡與操作規范:Q/SY 1233-2009[S].北京:石油工業出版社,2009.

[3]石油工業標準化技術委員會,石油工業節能節水專標委.機械采油系統經濟運行規范:SY/T 6374-2008[S].北京:石油工業出版社,2009.

[4]張繼震,馬廣杰,孫景麗,等.游梁抽油機的用電發電與節電[J].石油礦場機械.2001,30(4):36-38.

[5]張興戰.抽油機井電機發電淺析[J].油氣田地面工程,2006, 25(7):43.

本文編輯：路萍

Current pumping unit balance standard is not reasonable,not accurate and not uniform.The concept of a power unbalance degree is proposed through the analysis of the equilibrium process of the pumping unit,and the elimination of the electricity generation condition is as the equilibrium criterion of the pumping unit.According to this criterion,the balance indexes of the 19 wells are calculated,and the accuracy of the new equilibrium criterion is proved.From the two aspects of technology and economy,it is determined that a qualified and reasonable balance condition is that when the absolute value of power imbalance degree is greater than 1, there is no power generation condition and the imbalance degree is small.

pumping unit;balance;criterion

2015-07-22

李寧會（1959-），男，教授級高級工程師，現從事油田設備管理工作。