影響抽油機平衡率的因素分析與改進對策

趙敏

【摘 要】根據企業標準《游梁式抽油機平衡及操作規范》中抽油機的平衡狀態指減速器扭矩均方根值最小的狀態，平衡計算原則根據抽油機的平衡中的均方根扭矩最小法則或上、下沖程中最大扭矩相等的法則確定。本文概述了提高抽油機平衡率的目的，分析了影響抽油機平衡率的因素，闡述了提高抽油井平衡率的措施，取得了提高平衡率、降低油井單耗的效果。

【關鍵詞】抽油機；平衡率；措施探討

一、游梁式抽油機平衡調整標準

油田游梁式抽油機現場平衡標準執行企業標準中抽油機平衡中平衡電流法，平衡計算根據原則：上、下沖程中減速器曲柄的最大凈扭矩相等。而在現場測試過程中發現，電流平衡井耗電并非最低。如根據該標準抽油機平衡中平均功率法，平衡計算根據原則使上、下沖程電動機做功相等，現場測試結果相比電流平衡井耗電低。

根據企業標準《游梁式抽油機平衡及操作規范》中抽油機的平衡狀態指減速器扭矩均方根值最小的狀態，平衡計算原則根據抽油機的平衡中的均方根扭矩最小法則或上、下沖程中最大扭矩相等的法則確定。通過平衡調整，使平衡扭矩擬合懸點載荷扭矩的鏡像，從而減少減速器扭矩的波動，使減速器的扭矩最小化。平衡調整應優先保證減速器扭矩的峰值不超過減速器額定扭矩，在此基礎上盡量使減速器扭矩的均方根值最小。

二、影響抽油機平衡率的因素分析

（一）產能低供排不連續導致電流不穩定

據統計，采油管理三區管理的25口井平衡率66.6%。區塊為高滲透區塊，注采井網完善，但部分油井自然產能低。由于長期開采動液面下降，供液不足，間出嚴重。同時，供排關系不連續，表現為抽油機載荷變化大，電機電流不穩定。某井正常生產時上下行電機電流10A/7A，而間出時上下行電機電流5A/1A。變化較大，且間出時電流偏低。

（二）油井結蠟、含水變化、原油物性等對平衡率的影響

結蠟影響：結蠟井電流經歷了緩慢上升后，會在一個較高水平上相對穩定，隨后有一個明顯的抬高，表現為：上負荷增加、下負荷減小。

含水變化：結蠟井電流經歷了緩慢上升后，會在一個較高水平上相對穩定，隨后有一個明顯的抬高，表現為：上負荷增加、下負荷減小。

原油物性：稠油井由于油稠、粘度高、流動性差造成摩擦阻力增大導致上下沖程電流增大，影響平衡率。

（三）工作制度的調整對平衡率的影響

工作制度的調整對平衡率的影響主要體現以以下幾方面：一是沖程大小引起扭矩的變化；二是沖次變化引起動載荷的變化；三是泵深下深引起井下負荷的變化；四是泵徑引起井下負荷的變化。

（四）電流法測平衡的不準確因素

目前判斷抽油機平衡率的方法主要有經驗法、時間法、電流法、功率法，都存在一定的缺點。

一般情況下采用電流法，存在三方面的缺點：一是操作誤差，電流表連續顯示電流變化的瞬時值，不同人員的讀數必然存在差異，造成結果差異。二是電機受到沖擊載荷如震動、摩擦、碰掛以及變速箱換向等引起的電流突變，出現異常峰值，偏離正常工作電流，造成誤判。三是電機負載率低的時候，電流法對平衡狀況不敏感，且電流不分正負，會有虛假平衡，不能直接給出調整位置。

（五）設備因素對平衡率的影響

設備因素對平衡率的影響：一是設備狀況改變，任何一個環節傳動效率降低，均會造成電機電流的非正常變化。二是管理因素，部分游梁機曲柄已調至最大半徑高原機配重塊少。三是設備類型制約，現場應用的機型較多，平衡方式也各不相同。

三、提高抽油機井平衡率的改進對策探討

（一）應用永磁同步電機

油井普遍存在含水上升、動液面加深、供液不足的現象。現場普遍采用12型抽油機，由于抽油機機型大，泵掛深，間隙出油，造成抽油機的負荷變化大。抽油機電機和變壓器的負載率很低，供電系統的功率因數低，無功損耗大，電能的利用率低，機采效率明顯降低。

2017年以來，在62口抽油機拖動系統中應用了永磁同步電機，抽油機平衡率有了較大提高。

在安裝后的資料跟蹤過程中，發現有大部分井的都由平衡變為不平衡，平衡率由更換前的80.3%降到了更換后的61.1%，經過做工作調平衡后平衡率恢復到到74.5%，有效地降低了生產單耗、優化了抽油機工況。

（二）改變游梁的結構

按照平衡盡量靠近懸點的原則，同時，如果要求曲柄上的扭矩為常數，那么，驢頭在不同的位置時，由于懸點載荷的不同，所需要的平衡重也應該是不同的事實，人們設計了多種改變游梁結構的抽油機平衡結構，主要有：

1.在游梁上安裝可移動的平衡系統

采用安裝在游梁上的可活動的平衡系統，對游梁式抽油機進行平衡或二次平衡，該平衡方式。該平衡方式，采用了靠近懸點的平衡結構，減少了連桿的受力，改善的曲柄銷的工作狀況，增加了曲柄銷的可靠性，有利于提高整機的壽命和可靠性。但是，由于增長了運動鏈，同時也是機構的可靠性有所下降。另外，如果只采用游梁平衡的方案，連桿將承受交變載荷，所需的平衡重量將大幅度的增加，不利用整機的優化，這種平衡方式，沒有在油田大面積推廣。

2.在游梁上增加固定的半可調平衡系統

按照抽油機多變量優化設計的模型，抽油機的平衡系統包括曲柄平衡系統和游梁平衡系統兩部分，游梁平衡部分，通常稱為平衡部分。該技術是在游梁尾部的合適位置，裝配是個可調重量重塊，達到游梁復合平衡的目的。由于平衡靠近井口，且部分按照示功圖的要求設計，可以較好的提高平衡效果，改善連桿和曲柄銷的受力，提高其可靠性和壽命。按照上面所述的設計理論和方法，對于新設計的抽油機，我們可以按照整體最優的原則，合理的分配曲柄平衡重和游梁平衡重，達到即改善抽油機的平衡效果，降低曲柄銷上承受的載荷，提高整機的節能性和可靠性，又不過大增加重量，提高整機重心的目的，實現綜合意義上的優化，即所謂設計采用復合平衡技術的抽油機。

（三）改變曲柄平衡的結構

該類平衡技術是靠改變曲柄上平衡的結構或增加曲柄上的平衡裝置了實現平衡，達到減少減速箱上扭矩目的的。

1.副平衡塊平衡法

該方法是在曲柄平衡塊的直線端面上加裝一副平衡塊，通過改變副平衡塊的位置，達到平衡的效果。該平衡方法結構簡單，可以改變平衡系統的偏置角，部分的降低曲柄上的扭矩，減少負扭矩，但由于副平衡塊的重量有限，調節的效果有限。同時，由于在曲柄平衡塊上增加了調節裝置，結構較為復雜，降低了系統的可靠性。同時，不能降低曲柄銷上的受力，因此，該種平衡方式沒能在油田大面積推廣。

2.改變曲柄平衡結構

改變抽油機的平衡結構，如將曲柄重塊平衡，改為游梁重塊平衡。將曲柄重塊平衡，改為游梁氣動平衡等等，這些技術，由于改變了原抽油機基本的平衡方式，嚴格的說，不屬于平衡的范圍，但屬于平衡技術的改進，這里也作一簡單的評述。

游梁式抽油機的游梁平衡技術，是原來小型抽油機普遍采用的平衡技術，平衡重靠近懸點，連桿受力減小，曲柄銷受力變優，有利于提高整機的可靠性。

四、結束語

目前，游梁式抽油機的平衡方式是通過調整平衡塊來消減抽油機上下沖程的負載差異，抽油機平衡狀況直接影響抽油機四連桿機構、減速箱和電機的效率與壽命，對抽油機的工作狀況亦影響很大。目前油田廣泛應用電流法調整平衡，當電流平衡比在85 %-100%之間為平衡，但通過現場測試，電流平衡井耗電并非最低，而且現場平衡調整只能定性調整操作。為此開展抽油機平衡調整技術研究，通過理論研究和現場試驗，確定抽油機最佳節能范圍，編制平衡調整程序，定量實施現場平衡調整，提高游梁式抽油機平衡調整管理水平，提高工作效率和系統效率，降低抽油井單耗。

【參考文獻】

[1]中國石油學會、石油大學編《石油技術辭典》。北京：石油工業出版社，1996.

[2]采油技術手冊編寫組，《采油技術手冊》。北京：石油工業出版社，1977.