游梁式抽油机功率法平衡调整技术研究与应用

卢成国（大庆油田有限责任公司第八采油厂）



游梁式抽油机功率法平衡调整技术研究与应用

卢成国（大庆油田有限责任公司第八采油厂）

游梁式抽油机平衡度是抽油机运行状态的一个重要参数之一，也是评价油井设备运行管理的一项技术指标。讨论了游梁式抽油机的平衡问题，指出电流法平衡判定易出现虚假平衡现象，并且不适用于功率因数较小的井，因此提出功率法平衡调整技术。介绍了功率法平衡技术原理、油田现场试验应用情况以及综合效果评价分析；并指出此技术是以抽油机最节能和最安全为标准，能确保电动机在上、下冲程中功率相等，使电动机输入功率的均方根值最小，使电动机的损耗达到最低，从而既能实现节电效果，又能保证抽油机安全运行。采油八厂进行抽油机功率法平衡技术的试验应用，调整抽油机功率法平衡110井次，平均单日节电9.9kWh，取得了良好的节能效果。

游梁式抽油机平衡判定均方根扭矩功率法

平衡调整是保证抽油机井安全、稳定运行的基础，合理平衡能够改善抽油机系统的受力状况、降低能耗。目前，某厂主要应用电流法判定抽油机平衡，依据此种方法常出现虚假平衡现象，导致抽油机能耗增加。因此，针对电流法平衡调整中的不足，为寻求合理的平衡调整方法，达到降低能耗的目的，开展了游梁式抽油机功率法平衡技术的研究与应用，收到了良好的节能效果。

1　功率平衡技术原理

功率法平衡技术以通过对测试电动机均方根功率最小来实现，能有效消除负功，减小减速器冲击为标准，通过对抽油机功率曲线进行傅立叶分解，求出不平衡功率，计算出最佳平衡调整量，以抵消不平衡功率，使均方根功率最小，实现均方根扭矩最小［1］。

从安全运行角度考虑，平衡要实现减速器输出扭矩最小。采用均方根扭矩比平均扭矩更能反映实际载荷变化情况［2］。二者的比值为周期载荷系数，关系如公式（1）～（3）所示，其值越接近1，抽油机波动就越小，抽油机运行就越平稳［1］。

式中：

Ti——瞬时扭矩，kN·m；

Tp——平均扭矩，kN·m；

Tf——均方根扭矩，kN·m；

φ——曲柄转角，°；

FCL——周期载荷系数；

dφ——0到2π范围内取值无限小的一段取值。

从节能的角度考虑，平衡要实现电流的均方根值最小。由于电动机运转过程中的固定损耗和抽油机运行过程中的机械传动损耗相对不变，要实现抽油机能耗最小，就只能减小电动机变动损耗，也就要使电动机均方根电流为最小值［1］。由于电动机的负载扭矩大小决定电流大小，只要使电动机负载扭矩均方根值最小，就可以使电动机电流的均方根值最小。

式中：

T2i—负载扭矩，kN·m；

μc—电动机轴到曲柄轴的传动效率；

n—减速器总减速比。

但是，电动机负载扭矩不易测量，而电动机的功率容易测量。由于常规电动机转差不大，曲柄轴角速度及电动机转速可以认为是一个常数［1］，曲柄扭矩与电动机输入功率成正比，二者关系如公式（5）：

式中：

μb——皮带及减速器的传动效率；

μd——电动机效率；

ω——曲柄角速度，rad/s；

Pi——瞬时电动机输入功率，kW。

因此，功率法平衡调整技术通过实现均方根功率最小，保证了均方根扭矩最小，不受抽油机各项结构参数的限制，并且测试即简单又方便，同时实现了抽油机节能、安全运行。

2　现场测试与应用

2.1现场测试情况

应用功率测试仪现场测试110井次，研究发现，电流平衡度与功率平衡度的变化存在一定的规律，这种规律主要通过功率因数的差异表现出来，不同功率因数下变化较大（图1）。从图1测试井电流平衡度与功率平衡度对应关系图中可以看出：

图1　电流平衡度与功率平衡度对应关系

1）功率因数大于或等于0.6时，均可以拟合出较为规律的曲线，并且电流平衡度在85%～100%之间时，电流和功率均平衡；电流平衡度在小于70%、大于120%时，电流和功率都不平衡；电流平衡度在70%～85%、100%～120%之间时，平衡度变化情况不确定，随功率因数变化差别较大。功率因数由1～0.6，电流敏感度下降，功率敏感度上升。

2）功率因数小于0.6时，不能拟合出较为合理的曲线，且这些点主要集中在电流平衡度的75%～115%之间。这说明当功率因数较低时，电流平衡度相对于功率平衡变得不敏感。对于功率因数较低的井，电流平衡度已经不能真实反映抽油机平衡状况，按此方法调整平衡易造成抽油机运行能耗过高。

统计现场测试结果，电动机功率因数低于0.6的井有81井次，占测试总数的73.6%（表1）。由此可见，功率因数较低的井所占比例较大，应用电流法判别抽油机平衡度的准确性降低，功率法相比于电流法具有更强的适用性，并且节能优势十分明显，不会出现虚假平衡现象，但技术普及应用的难度较大（表2）。

表1　测试井功率因数分布情况

2.2平衡调整效果

统计对13口功率不平衡井的平衡调整结果，其中12口井实现了节能，1口井能耗增加，调整后平均单井日节电9.9kWh，节电率6.2%，功率因数提高0.05（表3）。去除永82-88井后，可实现平均单井日节电11.8kWh，节电率8.2%的节能效果。

从表3中13口井功率法调整前后测试对比数据可以看出：

1）对于功率因数较小的井，电流平衡度好坏并不影响节电的多少，也就是说电流平衡度不好，调整后节电不一定多，如永92-90井；反之，电流平衡度好，调整后节电不一定少，如永61-斜72、永91-斜93井等。因此，电流平衡度不具有判断节电多少的价值。

表2　电流法与功率法平衡调整情况对比

表3　功率法调整前后效果对比数据

2）对于存在负功的井，电流平衡度不具有参考价值。从调整前后电流平衡度的反应结果看，电流平衡度的好坏也不能反映节电的多少。功率法调整后，有效地避免了负功的出现，并且电流和功率的波动变化减小（图2），抽油机运行更加平稳。

图2　永93-斜79井功率法调整前后功率及电流曲线

3）功率平衡度过大并不能实现良好的节能效果。永82-88井调整前后，功率平衡度由810%调整为197%，功率虽然在平衡范围内，但日耗电增加12.96kWh；而永80-88井功率平衡度由54%调整为139%，日节电14.84kWh。

3　结论

1）功率法调整平衡依据抽油机整个冲程中减速箱输出轴均方根扭矩最小这一原则，能够实现抽油机最节能和最安全的运行状态。

2）电流法平衡判定由于测试电流不分正负，无法发现负功问题，易出现虚假平衡现象，并且不适用于功率因数较小的井。

3）测试结果表明，功率法平衡优于电流法平衡，相比电流法，能够实现平均单井日节电9.9kWh，节电率6.2%的节能效果。在合理的平衡区间，平衡效果更佳。

［1］顾永强，周静，李玲.改进抽油机井“功率平衡”测试实现节能降耗［J］.油气田环境保护，2009，19（4）：45-47.

［2］孙延安.游梁式抽油机合理平衡判别方法研究［J］.石油机械，2014，42（3）：72-75.

中国石化美好生活馆亮相世锦赛

8月22日，鸟巢迎来北京奥运之后最高级别的国际大赛——2015年北京国际田联世界田径锦标赛。在鸟巢与水立方之间的国际田联市场街上，一个形状为六边形、外观宛似蜂巢、整体蓝色基调的建筑引人注目，这就是中国石化美好生活馆。在这里，石油的神奇世界向公众敞开大门，展示石油化工如何改变世界。

世锦赛期间，众多运动员和观众来到美好生活馆做客：戴上高性能防割手套伸入设置有利器的展柜中，感受中国石化高性能手套的神奇魅力；玩施肥种菜游戏赢取美好生活拼图；体味长城润滑油中的智慧……呈六边形的美好生活馆寓意人们如蜜蜂一般辛勤工作，为美好生活加油。整体蓝色的基调，突出了中国石化“碧水蓝天”的环保主题。展馆内分为衣、食、住、行、用五个篇章。通过参观和现场活动，大家了解到不只是车用的汽油、柴油，我们的衣服鞋子、食品包装膜保鲜膜、地热供暖、建筑家居、化肥、塑料大棚等原料中都有中国石化的影子；塑料作为石油的衍生品，对于减轻车重、降低能耗等具有显著作用。

胡庆明

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.09.009

2015-04-28）

卢成国，工程师，2007年毕业于中国石油大学（华东）（石油工程专业），从事机采节能管理工作，E-mail：chengguolu@petrochina.com.cn，地址：黑龙江省大庆市大同区第八采油厂工程技术大队机采室，163514。