游梁式抽油机平衡计算分析与优化调整

路海涛 李兴华 杨继峰 朴哲 龚兵

摘 要：游梁式抽油机的平衡方式是通过调整平衡块来消减抽油机上下冲程的负载差异，抽油机平衡状况直接影响抽油机四连杆机构、减速箱和电机的效率与寿命，对抽油机的工作状况亦影响很大。目前油田广泛应用电流法调整平衡，当电流平衡比在85 %-100%之间为平衡，但通过现场测试，电流平衡井耗电并非最低，而且现场平衡调整只能定性调整操作。为此开展抽油机平衡调整技术研究，通过理论研究和现场试验，确定抽油机最佳节能范围，编制平衡调整程序，定量实施现场平衡调整，提高游梁式抽油机平衡调整管理水平，提高工作效率、系统效率，降低举升单耗。

关键词：游梁式抽油机；平衡调整；标准；技术对策

1游梁式抽油机平衡调整标准

油田游梁式抽油机现场平衡标准执行企业标准中抽油机平衡中平衡电流法，平衡计算根据原则：上、下冲程中减速器曲柄的最大净扭矩相等。而在现场测试过程中发现，电流平衡井耗电并非最低。如根据该标准抽油机平衡中平均功率法，平衡计算根据原则使上、下冲程

电动机做功相等，现场测试结果相比电流平衡井耗电低。

根据企业标准《游梁式抽油机平衡及操作规范》中抽油机的平衡状态指减速器扭矩均方根值最小的状态，平衡计算原则根据抽油机的平衡中的均方根扭矩最小法则或上、下冲程中最大扭矩相等的法则确定。通过平衡调整，使平衡扭矩拟合悬点载荷扭矩的镜像，从而减少减速器扭矩的波动，使减速器的扭矩最小化。平衡调整应优先保证减速器扭矩的峰值不超过减速器额定扭矩，在此基础上尽量使减速器扭矩的均方根值最小。

2游梁式抽油机平衡调整技术

2.1电流平衡法

由电流平衡法定义可知，当确定抽油机在上、下冲程过程中电流峰值的比值为某一

值时，可以判断抽油机的平衡度，其表达式为： ，目前现场执行标准为当电流

平衡度在0.85-1之间时认为抽油机平衡、工作正常。采用电流平衡法时，当IBF=1时，反映了抽油机电动机在上、下冲程过程中电动机负载峰值相等，或间接反映曲柄轴净扭矩在上、下冲程过程中峰值扭矩相等。

2.2功率平衡法

功率平衡度PBF表示抽油机在上、下冲程过程中输出功率之比，如 ，标准认为PBF < 0.5时抽油机运行不平衡，应进行平衡调整。功率法与电流法类似，当功率平衡度PBF>1时，抽油机处于过平衡状态；反之认为抽油机处于欠平衡状态。当0.85

3抽油机功率平衡调整计算分析

抽油机平衡调整目标有两个：一是保证抽油机安全运行；二是节能。从保证抽油机安全运行的角度看，调平衡就是要使减速器曲柄轴输出扭矩最小。由于减速器的扭矩有正有负，仅用平均值 不能反映实际负载的变化特性，一般用均方根扭矩 来反映减速器的载荷情况。均方根扭矩与平均扭矩TP之比称为周期载荷系数 ，它反映了载荷扭矩的波动程度，该比值越接近1说明载荷扭矩越平稳，越大说明载荷扭矩波动得越厉害。均方根扭矩、平均扭矩及周期载荷系数均按曲柄旋转1周（2n）计算，公式如下：

式中：

Tf一为瞬时扭矩，KN.m； e一曲柄转角，rad

由此分析可以看出，对游梁式抽油机进行平衡的实质目的是使抽油机曲柄轴均方根

扭矩 最小，同时尽量保证周期载荷系数 接近1。从节能的角度看，对于一台具体的抽油

机，机械传动损耗与电动机的固定损耗是相对不变的，只有电动机的变动损耗与电流平方成正比。要使抽油机最节能，就是要使电动机的变动损耗最小，也就是均方根电流最小。对于一台具体的电动机，电流的大小取决于其负载扭矩，只有保证电动机的负载扭矩的均方根值最小，才能保证电流的均方根值最小。而电机轴负载扭矩Tz，与曲柄轴扭矩T，成比例关系，二者关系如式 ，式中：i一电动机轴到曲柄输出轴的总减速比； ：一电动机轴到曲柄轴的传动效率。从上面的分析可以看出，抽油机平衡的关键是对减速器曲柄轴扭矩进行平衡，使得减速器曲柄轴均方根扭矩达到最小，但是另一方面应当满足抽油机上、下冲程电机做功相等的平衡原则。

对抽油机减速器曲柄扭矩进行平衡计算在理论上相对较易，但在工程中测量曲柄轴扭矩存在实际困难，因此在工程角度通过测量减速器曲柄轴扭矩进行抽油机平衡设计计算不现实。电机在负载条件下在输入端测量其工作特性曲线相对比较简单，但是不能直接测量电机轴功率。根据讨论分析电机工作特性曲线所建立各种函数关系，可以建立电机轴功率与其他电机特性曲线间的关系，为实现抽油机电机工作特性平衡奠定了基础。关于功率平衡技术的原理及计算过程如下：如判断当前抽油机上、下冲程电机平均有功功率不符合功率平衡法条件，则采用反向计算方法，在研究电机工作特性曲线基础上，实现抽油机功率平衡。<1）测量电机在抽油机上、下冲程过程中有功功率曲线；<2）利用电动机工作特性曲线，确定电机在上、下冲程过程中的电流曲线、有功功率曲线、效率曲線、功率囚数等与电机轴功率间的关系，推到电机轴功率； <3）计算抽油机在当前平衡条件下的曲柄轴净扭矩；<4）根据抽油机曲柄平衡重的实际测量位置，计算曲柄平衡重装置峰值转矩，利用平衡扭矩与光杆负载扭矩平衡叠加原则，计算光杆负载扭矩；<5）通过调整计算平衡重的安装位置，反向计算，使抽油机平衡满足功率平衡法要求。

通过以上过程的计算和分析，可实现游梁式曲柄平衡抽油机的精确平衡，使抽油机

在安全、节能的状态下运行。

4 结 论

理论研究表明，在不超扭矩和电机额定功率的前提下，常规机电流平衡率70%时能耗最低，调整区间65%-75%，异相机电流平衡度为95%时能耗最低，调整区间90%一100%.<2）应用电流平衡调整法实现功率平衡调整法的效果，实现平衡量化且单组调整，有效提高工作效率和平衡调整的准确率，同时也可计算抽油机减速箱输出轴的峰值扭矩。

参考文献：

[1]张学鲁等，游梁式抽油机技术与应用[M].北京：石油工业出版