功率法在抽油機平衡調節中的應用與實踐

杜肖飛

摘 要：本文介紹了抽油機平衡調節的電流法、功率曲線法、扭矩曲線法，并結合實際工程項目應用，介紹了功率法在抽油機平衡調節中的具體應用過程。該方法根據抽油機下死點處電機功率因數值最小，且功率值也在最小值附近的特點，通過選取一段時間功率數據中的極小值點，并綜合利用各極小值點間的時間間隔、幅值變化范圍等多個判據實現了對一個沖程功率數據的準確判斷，通過周期性地采集原始功率圖數據，采用自定義斜率法和數字信號處理術中的五點三次平滑濾波法對異常數據點進行了平滑處理，形成正確完整的功率圖，以一定的步長調節平衡塊，從而調節抽油機的平衡度。該方法克服了電流法調平衡度單純以電流衡量抽油機平衡度的不足，能真實反映在整個抽油過程中抽油機的功耗，減小了以電流峰值計算平衡度的誤差。通過在實際應用現場的測試，可以看出使用功率法可以有效節省電能，延長抽油機的運行壽命，保證系統穩定運行。

關鍵詞：游梁式抽油機； 功率法； 平衡度； 測試

在油氣田開采領域，游梁式抽油機應用廣泛，發揮著重要作用。抽油機的平衡度直接影響其耗電量，同時也影響以及其他設備運轉的平穩性。因此，在工業現場，需要對抽油機的平衡度進行實時調節，避免出現嚴重的不平衡現象，以實現高效、節能采油。本文總結了抽油機平衡調節的三種方法，并結合實際工程應用介紹了功率法在抽油機平衡調節過程中的應用。目前，在國內外機械采油中，游梁式抽油機以其牢固可靠、可連續運行以及適于野外無人看守等優點而被廣泛采用，約占油田機械采油系統的90%。平衡度是抽油機運行狀態的重要參數之一。這種游梁式抽油機工作時，其負荷是變化的。當抽油機在上沖程過程中，電動機對驢頭做功，將抽油桿柱和液柱提起。在下沖程中，抽油桿柱在其自身重力作用下下落，此時桿柱轉而對電動機做功，通過電動機向電網回饋電力，即電動機做負功。在這種情況下，由于電動機的發電頻率、電壓與供電網不同，因而對電網及其它用電設備會造成損害。因此，需要調節抽油機的平衡度，使電動機對抽油機在上、下沖程運動過程中做的功相等，進而實現節能的效果。

1 抽油機平衡度調節法

目前，抽油機平衡度調節主要有：電流法、功率法、扭矩曲線法。工程上使用較多的是電流法。在實際應用中，利用電流法判斷平衡度是通過采用鉗形電流表分別測量抽油機在上、下沖程過程中電動機所產生的不同電流峰值，計算兩者的比得到平衡度。此方法簡便快捷，方便工程應用，但也有不足：上下沖程的最大電流不能反映抽油機在整個抽油過程的工作狀況，以上下沖程的最大電流衡量平衡度存在較大的誤差；抽油機的平衡狀態是指抽油機機在上下沖程中都做正功且相等，抽油機的功率能正確反映抽油機的平衡狀態，而單純以電流是不能衡量抽油機的功率的。因此，為了更加準確地調節抽油機的平衡度，需要使用功率法等方法。本文介紹了使用功率法調節平衡度的原理，以及該方法在油田數字化改造中的應用。

2 抽油機平衡調節方式

2.1電流法

使用電流法判斷抽油機平衡的標準是利用抽油機井運行時下沖程電動機最大電流與上沖程最大電流的比。抽油機平衡度在80%～110%之間為合格，否則為不合格。最佳平衡度值應為100%。

2.2 功率曲線法

功率曲線法是以電動機上下沖程的功率曲線為依據，以上下沖程功率曲線包圍的面積的比值來衡量抽油機的平衡度。這種方法將抽油機的平衡判斷轉化為測量電動機在驢頭上下沖程運動的輸入電能是否相等。采用功率曲線法衡量抽油機的平衡度，綜合考慮了抽油機在工作過程中電機的電流、電壓、功率因數，克服了使用電流法僅以最大電流衡量平衡度的不足，因此這種方法能夠較準確地反映抽油機的平衡狀況。使用功率法調節抽油機的平衡度，即能實現節能目的，又能保證抽油機安全運行。

2.3 扭矩曲線法

扭矩曲線法是通過計算出每個曲柄轉角對應的曲柄軸瞬時凈扭矩，繪制曲柄軸瞬時凈扭矩曲線和抽油機減速器輸出軸極限扭矩線，分別找出上下沖程凈扭矩曲線的峰值，用上下沖程凈扭矩曲線峰值的比值判斷抽油機的平衡度。如果比值接近1，則認為抽油機處于平衡狀態。如果抽油機不平衡，則根據上下沖程最大凈扭矩與曲柄轉角計算出平衡塊應該移動的位置，如式（2）所示：

S 為平衡塊應該移動的位置，Tn上為上沖程的最大凈扭矩，Tn下為下沖程的最大凈扭矩，Q曲為原安裝的平衡塊重量。

3 應用實例分析

在工程應用中，通過采集抽油機電量參數，對其工作狀態進行分析，進而調節抽油機的平衡度，在油田實際應用中平衡調節的過程如下：（1）利用井口控制器采集功率圖數據；（2）對采集的原始功率圖數據處理，形成正確完整的功率圖；（3）根據設定算法（功率法），計算平衡度；（4）與平衡度設定限比較，判斷當前為平衡、欠平衡還是過平衡狀態。（5）當為平衡狀態時不調節；當為欠平衡狀態時，觸發左調繼電器閉合一定時間，增加配重使平衡度增加；當為過平衡狀態時，觸發右調繼電器閉合一定時間，減少配重使平衡度降低；（6）不斷重復以上過程調節平衡度。

在油田現場，應用以上介紹的平衡調節方式得到的功率圖如圖3所示。圖3表示的是在一個沖程內，抽油機的功率變化曲線圖。紅線表示抽油機驢頭在上沖程運動過程中，電機功率的變化過程；藍線表示抽油機驢頭在下沖程運動過程中，電機功率的變化過程。上下沖程的功率曲線構成一條閉合的曲線。通過在油田數字化改造中應用該方案，抽油機運行穩定，單井日耗電量從207kWh降到180.3kWh，節電26.7kWh，節電率為12.89%。預計節電量可達：365×24×26.7=233892kWh，以按電價每千瓦時0.6元價格計算，則全年可節約電費：0.6×233892=140335.2（元）。這充分說明功率法調平衡技術節電效果良好。此外，功率調平衡后電機及減速箱振動及噪音也有了明顯下降，有效降低了電機及減速箱的磨損程度，減少了抽油機的維護費用，延長了其使用壽命，提高了系統運行的穩定性。

參考文獻：

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