游梁式抽油機井不平衡治理技術探討

孔令路（大慶油田有限責任公司第三采油廠）

抽油機是油田主要舉升設備，某開發區目前有機采井4 798 口，抽油機比例占80.3%，它結構簡單便于維護，具有很多的優點。但在生產過程中，若它在不平衡狀態下運行，則會導致能耗增加15%～20%，從而導致系統效率降低，能耗增加，并影響抽油機的連桿、減速箱和電動機壽命，增加了油田的生產成本。

1 抽油機不平衡原因分析

抽油機工作時驢頭懸點始終承受著上下往復的交變載荷，常規水驅采油井的載荷主要受到砂、蠟、水、氣的影響。結合現場實際分析認為主要有以下四個方面的影響因素。

1）由于地質結構等因素，導致液面、原油的黏度、含水量、壓力等經常發生變化，或設計排量大于油層供液能力時，又會產生新的不平衡量，而曲柄平衡方式是靜態固定量調整，不能動態跟蹤調整，即使機械平衡調整達到平衡，運行時液面壓力等產生的新的不平衡量，使抽油機的平衡發生變化。

2）由于原油含蠟量高，清防蠟方式是井口加防蠟劑和熱洗清防蠟。受自然條件的影響加藥、熱洗周期、熱洗質量不能完全執行到位，因此油井易結蠟，就破壞了抽油機原有的平衡。

3）油井出砂增加了活塞與泵筒之間的摩擦力即增加了抽油機的運行載荷，嚴重的甚至泵卡死，也可造成抽油機的不平衡。

4）對抽油機而言，平衡是相對的，旋轉偏心曲柄平衡塊的圓周運動，造成配重重力的改變，而光桿及液柱的重力是不變的。這種動態的變化也是影響抽油機平衡的關鍵因素。

2 抽油機不平衡理論分析及常用方法

抽油機在平衡狀態下運行時，電動機在上、下過程中做的功相等。因此，要想抽油機在平衡條件下運行，理論上應使電動機在上、下過程中都做正功且數值相等。在下沖程中把儲存的能量儲存到平衡塊上，在上沖程中利用儲存的能量來協助電動機做功。

2.1 電流法測平衡技術

大慶油田廣泛應用電流法調整平衡，當電流比在85%～100%為平衡[1-3]。電流法測平衡技術是目前比較常用的抽油機平衡調整技術，操作簡單，應用方便，但當不平衡狀態時電動機做負功運動，用電流表無法判斷，同時電流法相對誤差較大。所以電流法適用于現場抽油機平衡狀態較好情況，當抽油機嚴重不平衡時，或是存在反電流現象，此方法無法有效調整平衡。

2.2 功率法測平衡技術

近幾年采油廠陸續試驗了功率法調節平衡，功率法測平衡技術是通過測量電動機的功率變化曲線分析抽油機的平衡情況。這種判斷方法與電流法原理相同，但該方法可以克服抽油機的假平衡現象，即當抽油機帶動電動機發電時測量的功率曲線為負值。現場應用時規定功率比在50%～150%視為平衡[4]。

功率法測試平衡技術是最接近扭矩平衡的方法，主要是采用抽油機的上、下沖程的平均功率之比，用該方法指導調整游梁抽油機平衡達標率可到95%以上。因此文中所涉及的抽油機平衡調整均使用功率法[5-8]。

3 不平衡抽油機井治理

對現場不平衡抽油機井進行測量分析，經統計某開發區目前共有不平衡抽油機井276口，除去因泵況、液面異常等一些問題井，正常生產條件下存在不平衡現象抽油機井共182口。通過分析明確了導致這類井不平衡原因，并制定了調整方案182口抽油機井不平衡類別及數量情況統計見表1。

表1 182口抽油機井不平衡類別及數量情況統計

3.1 調整平衡塊力矩、增減平衡塊調整平衡

對上述不平衡井均運用功率法測平衡技術進行調整，其中通過改變平衡塊的平衡力矩、增減平衡塊來實現。此方法操作簡單，不需要額外的成本，經現場統計，應用功率法測平衡技術進行調整，一次成功的比例占95%以上，且影響因素也相對較少。現場共調節游梁式抽油機共152口井，其中前后挪動平衡塊124口井，增減平衡塊28口井。這些井的平均功率平衡率由原來的38.41%提高到62.97%，通過測量節電率為4.35%。

3.2 安裝輔助設備治理不平衡井

對平衡重不能滿足要求井，即使通過以上方法也存在負載偏小問題的井，進行安裝輔助設備，如二次節能減速器、下偏杠鈴裝置、自動平衡裝置等使平衡重的儲能達到平衡儲能的要求，進而使抽油機達到平衡，此類井共28口，具體方法如下：

1）安裝二次節能減速器治理不平衡井。抽油機二次節能減速器是安裝在低產液井上，一種可降低沖速，改善低產井的供液狀況，降低下沖程懸點做功，增加電動機做功，改善抽油機平衡狀況的設備，見二次節能減速器現場安裝圖（圖1）。

圖1 二次節能減速器現場安裝圖

通過安裝安裝二次節能減速器治理不平衡井9口，安裝后沖速由原來的5 min-1降低至3 min-1，產液基本不變，功率平衡率由原來的46.53%提高至88.41%，效果明顯，見二次節能減速器安裝前后效果對比表（表2）。

表2 二次節能減速器安裝前后效果對比表

2）進行下偏式杠鈴抽油機改造治理不平衡井。下偏式杠鈴抽油機是保留原常規游梁式抽油機的全部設計和可靠耐用等特點基礎上，通過對抽油機的連桿、曲柄和平衡塊進行全部或部分節能改造，巧妙的與曲柄平衡復合作用相結合，使抽油機的運行狀態更高效，見下偏式杠鈴抽油機改造（圖2）。

圖2 下偏式杠鈴抽油機改造

共改造此類不平衡抽油機10 口井，改造后，功率平衡率由原來的41.82%提高到79.31%，下偏杠鈴抽油機改造前后效果對比見表3。

表3 下偏杠鈴抽油機改造前后效果對比

3）安裝抽油機自動平衡裝置治理不平衡井。抽油機自動平衡裝置安裝在游梁的尾部，根據天平原理，在游梁尾部增加配重，并依據力學中杠桿力的理論，使游梁前后平衡或接近平衡，降低了電動機的輸入功率，達到節電的目的[9-10]。

共安裝抽油機自動平衡裝置9口井，功率平衡率由原來的43.56%提高到79.87%，對比數據見抽油機自動平衡裝置安裝前后效果對比表（表4）。

現場存在2口井，即使在無平衡塊情況下也存在負載偏大的現象，這類井為機型偏大，在有條件的情況下應更換型號相對較小的抽油機。

4 經濟效益

目前，某開發區共有抽油機3 852 口，除去一些因泵況問題導致的不平衡井，在正常生產情況下，不平衡抽油機井182口，此類抽油機井應用功率法測平衡技術，通過調整平衡塊力矩和安裝輔助設備進行調整。測量調整前后的能耗數據，對比調整前后平衡率，經能耗測試得出調整后節電率，數據對比如功率法調整前后效果對比（表5）。

表5 功率法調整前后效果對比

經統計，調整后，平均節電率為6.50%，按常規游梁式抽油機日平均耗電245 kWh，電費0.673 9 元/kWh 計算，182 口井通過功率法測平衡技術年節電效益71.3萬元。

5 結論

功率法測平衡技術判斷抽油機的平衡比電流法更符合實際，操作簡單，能消除電流法在一些情況下的假平衡現象，更適合在現場應用。應用功率法測平衡技術調整182 口抽油機井，一次成功率達95%以上，平均節電率為6.50%，年共創經濟效益71.3萬元。