抽油機功率法調平衡方法的研究

唐守忠　杜國棟　王濤　張峰　丁利霞

摘 要 在管理抽油機的過程中，工作人員通常通過電流平衡率來判斷抽油機的平衡情況。然而，實際運用表明，電流平衡與抽油機平衡之間并沒有絕對關系。因此，利用電流測試法來檢驗抽油機的平衡在實際中存在缺陷。為此，研究人員提出了利用功率法來調試平衡的新方法，以游梁式抽油機為研究對象，綜合考慮各要素，來驗證該方法的實用情況。

關鍵詞 功率平衡法 游梁式抽油機

1平衡原理和問題的提出

目前，抽油機主要用于判斷和調節平衡的方法是電流法，即根據電動機在上、下沖程中的電流峰值之比來判斷抽油機是否達到平衡。兩個峰值小與大的比值被稱為電流平衡度，平衡度在85%～115%區間為標準區間，即抽油機達到平衡狀態。若平衡度不再這個區間，就需要根據經驗來調整平衡。這種方法測試方便、設備簡單，但在實際中卻發現了問題。首先，電流法不能判斷負功引起的虛假平衡，而且調整平衡塊是憑經驗，不能一次性調整到位；同時，近年來變頻智能控制技術在采油領域中愈發普及，而電流法配合這種技術使用時效果卻很不理想，無法滿足工作需要。因此，調整抽油機平衡的方法急需改進。目前，有一種利用功來判斷平衡的方法，依據能量守恒定律，有人研究出了利用功率法來一次調整平衡到位的公式，并投入應用。

2研究方法

抽油機的負荷在工作時是交變的，上沖程中，電動機需做較大功才能是驢頭懸點上行，提起抽油杠桿和液柱，下沖程時靠自身重量就可下落，因此才需要調整抽油機的平衡，使電動機所做的功在上、下沖程相等。功率法是根據能量守恒原理，把電動機在上、下沖程中所付出的電量和平衡塊在曲柄上的位置建立函數關系，根據電量在兩沖程的變化直接計算出平衡位置，實現一次調整到位。

這種方法是把平衡塊看作一個整體，平衡塊之外的其他參與做功的部分看作另一個整體。它認為抽油機正常運行時，電動機對四連桿機構、液柱、抽油杠桿和變速箱等做工，平衡塊位置變化導致電量重新分配，這幾個部分在調整平衡前后，所做的功保持不變。

上沖程中，電動機做功和平衡塊釋放能量拉動液柱、杠桿等做功，兩部分做工之和等于其他部分做功的代數和。下沖程時，平衡塊靠電動機的升舉做功該部分的功與其他部分功的代數和為零。這兩個沖程中，功之間的關系可以用公式表示。有關研究人員對公式進行了推導、演算，最終得出了影響平衡塊移動距離的因素和移動距離與各因素之間關系的公式。

3公式推導

3.1游梁式抽油機平衡計算公式

3.2公式誤差討論

平衡塊能量轉換率根據現場相關數據，從現場數據看：K1*K2>80%， K1+ K2 >1.8

因為： E=G*2%=L，即%=L x ≈（1—1.1）* %=L 0 若：K1*K2>65%，即：K1+ K2 >1.6 則%=L x ≈（1—1.2）* %=L 0在公式的基礎上取誤差中位數，多調5%，誤差5%。多調10%，誤差在10%。

3.3討論平衡塊質量的確定

以圖形分解法確定平衡塊體積，將平衡塊理想成梯形，并分別計算圓孔、圓弧螺栓處的體積及與梯形體積的比率，根據常見平衡塊的體積計算G實際 ≈ G梯形*（0.93—1），為了控制誤差，取G實際 ≈ G梯形*0.96，誤差3%。

不同重量，各平衡點下的調整長度及長度與平衡點間的敏感度。通過對負功、公式誤差、平衡點敏感度等分析，取偏差中位數可以降低誤差，公式應用時誤差一般在10%以內。 根據慣性扭矩積分，計算出M=0時的O點，然后計算出L值，加平衡塊的位置值為%=L - L，在誤差允許的條件下可以通過形狀分解簡單計算出O點。

負功：（1）欠平衡時下沖程懸點載荷做功一部分轉換為負功 ；（2）過平衡時上沖程平衡塊做功一部分轉換為負功 。

極度不平衡以及負功的增加導致無效能量間轉換，使K1+ K2之和減小。80%>K1*K2>65% ，即1.8>K1+ K2 >1.6。對參數優化對平衡影響及平衡儲能的分析。簡化后： %=R= %=F*a/b*r/wcb%=F：根據功圖取得或根據載荷計算。這里：%=R ：平衡移動值；F=（F上+F下）/2

（1）調沖次：在Q2/ Q1 ≈ N2/ N1，%=F變化較小，一般沖次增加，平衡率小幅減小，沖次減小，平衡率小幅增大。（2）改變泵徑： %=F變化很大，一般增大泵徑，平衡率大幅減小，減小泵徑，平衡率大幅增大。（3）稠油井： %=F變化很大，轉周后期造成平衡率大幅減小。

根據%=R= %=F*a/b*r/wcb 估算變化值及平衡率。簡化后： %=R= %=F*a/b*r/wcb，%=F：根據功圖取得或根據載荷計算。

4試驗效果

案例：GD1-13-14

向外移動%=L 0=17.2CM，考慮公式誤差%=L x =17.2*（1+5%） ≈ 18CM，考慮重量誤差及移動4CM平衡率才變化10%，最后確定移動距離%=L x =17.2*（1+10%） ≈ 19CM。功率平衡率由65%上升102%。

負功影響 案例：GD1-13-817

正常時：地面效率11.45/11.46 ≈ 100%。 斷脫后：地面效率0.25/2.46=10.2%，由于F下≈ F上，平衡塊儲能幾乎全部對電網做功，下行電機儲存的11.77KW能量只有6.69KW反饋給電網，轉換率56.8%，能量損耗≈ 4.8KW。 假設：將該井平衡塊向內調，將下行功率降低到2.77KW，上行負功1.66KW，無效能量減少11.77-2.77=9KW，節約有功功率9*0.4/2=1.8KW，日節電1.8KW*24 ≈ 43度。

參數優化對平衡影響案例：GD1-13-817

需要調整： %=L=（%=P/2）/（0.131*5.6）*10cm=2.565/0.7336*10cm =34.96（1+5%）。對比調前、調后7天平均日電量，其中排除掉工作時間小于24小時日電量，日電量幅度超過20%的（規避錯誤數據），調沖次、液量大幅增加不做統計比較。2016年共調整254井次，其中統計對比井220井次，不對比34井次。

5結束語

（1）合理工況下調沖次，平衡率變化較小。

（2）改變泵徑，工況變化會造成平衡率很大變化。稠油井一般會向欠平衡發展，泵漏、斷脫向過平衡方向發展。可以根據井況變化規律確定過平衡點或欠平衡點調整平衡率。

（3）日常要加強極度不平衡井、負功成分大井的治理，如作業增大泵徑后，平衡率變化很大，會導致上下行功率峰值、電流峰值大幅度增大，影響電機、控制柜的正常運行。