葡萄花油田抽油机平衡调整技术应用

孙晓丽（大庆油田有限责任公司第七采油厂）



葡萄花油田抽油机平衡调整技术应用

孙晓丽（大庆油田有限责任公司第七采油厂）

抽油机调平衡是机械采油管理中一项基础工作，葡萄花油田主要应用电流法、扭矩法、功率法3种平衡调整技术。通过对平衡调整技术的技术特点及应用效果进行评价，发现利用功率法算出的平衡块位移量准确，方法简单、方便，且节电效果较好，适合现场推广。

抽油机；平衡；电流法；功率法；拒矩法

抽油机调平衡是机械采油管理中一项基础工作，抽油机调平衡的目的是延长抽油机的使用寿命和降低生产能耗[1]。通过对调平衡工作量的情况分析，由于措施、新井投产、调参、作业等有动态变化的井比较多，且调平衡的作业时间较长，有时存在抽油机平衡调整不及时的现象。为解决平衡调整过程中存在的问题，各油田相继出现了基于扭矩曲线的峰值扭矩法、均方根扭矩法和基于功率曲线的电能法、功率法、均方根功率法。由于峰值扭矩和负扭矩影响电动机减速箱的寿命，均方根扭矩（功率）影响电动机的功率，所以在选择调平衡方法时应根据具体情况尽量消除负功，使电动机、减速器的扭矩变化均匀，使抽油机安全、节能的运行[2]。

1　技术特点及应用效果

目前，葡萄花油田应用的抽油机平衡调整技术主要有3种，分为电流法调平衡技术、扭矩法调平衡技术和功率法调平衡技术。

1.1电流法调平衡技术

电流法调平衡技术是用钳形电流表测取光杆上行、下行的电流最大值，用平衡率判断抽油机的平衡状况，平衡率是指下冲程峰值电流与上冲程峰值电流的比值，按照公司对指标管理的统一规定，当平衡率在85%～100%时，认为抽油机处于平衡状态。若平衡率小于85%，平衡块向曲柄轴端调，若平衡率大于100%，平衡块向曲柄末端调。不平衡时的调整方法如式（1）所示。

电流法调平衡技术的不足之处在于电流平衡存在虚假平衡问题，电流分不出正负，发电与用电都产生电流，一些严重不平衡的井在发电时产生一个很大的电流，但从电流上看抽油机井还相当平衡；对于功率因数较低的抽油机井，电动机电流相对于抽油机的载荷变化幅度较小，电流峰值变化并不大，无法真实反映抽油机的平衡比；电流调平衡工作效率低，电流法调平衡只知道平衡块的调整方向，不确定调整距离，需要多次调整才能到位，增加了工人的劳动强度；易存在人为误差，通过测量抽油机的上下电流峰值来计算平衡比，这种方法录取的是瞬时峰值电流，存在一定的人为误差，同一口井同时由不同的人测量会出现不同的结果。但由于电流法调平衡方法简单，仍被广泛采用[4]。

1.2扭矩法调平衡技术

对抽油机的运行能耗进行分析，抽油机的机械传动损耗与电动机的固定损耗是相对不变的，电动机的变动损耗随电流成正比，因此，要确保抽油机最节能，就要使电动机的变动损耗最小，即均方根电流最小，抽油机的负载扭矩决定电流的大小。扭矩法调平衡技术是使抽油机在一个周期内净扭矩均方根值最小，使电动机的损耗达到最低，从而达到节电目的。

扭矩法调平衡技术通过地面示功图测试，利用软件与示功图进行相应的数据对接，采集上、下冲程中各点的载荷数据，结合抽油机运动几何参数计算出净扭矩，根据净扭矩值得出平衡块的最佳调整位置及方向。

以1#井为例，通过对比电流法调平衡与扭矩法调平衡效果，扭矩法调平衡技术具有一定的节能效果（图1、图2）。

图1　试验前扭矩曲线

图2　试验后扭矩曲线

现场对比测试100口井，平均单井日节电4.66kWh，节电率3.7%。其中90口井应用电流法判断为平衡井，再应用扭矩法调平衡技术进行平衡调整，平均单井日节电4.32 kWh，节电率达到3.5%；10口井应用电流法判断为不平衡井，应用扭矩法调平衡技术进行平衡调整，平均单井日节电7.72 kWh，节电率达到5.5%。

扭矩法调平衡技术是根据实测功图，绘制扭矩曲线来调整抽油机平衡，考虑抽油机整个运动周期内的平衡状况，利用计算机进行精确计算，比电流法调平衡方式更加科学、合理，减轻了工人的劳动强度，节省了工作时间；同时，在电流法调平衡的基础上取得一定的节电效果。缺点为由于抽油机扭矩曲线无法直接测量，需要进行大量计算，应用不方便。若出现抽油机平衡块不规则等造成抽油机几何参数不匹配时，实施扭矩法调平衡可能导致耗电量升高。

1.3功率法调平衡技术

功率法调平衡技术以抽油机最节能和最安全为目标，对抽油机功率曲线进行傅立叶分解，通过调整平衡块位置，改变一阶正弦分量的大小（不平衡扭矩），使均方根功率最小，达到节能的目的。平衡块调整量计算公式如公式（2）所示。

式中：ΔL——平衡块移动量，m；

b1——均方根功率计算公式的一阶正弦分量，kW;

G——平衡块重，t；

ω——角速度，rad/s。

按照中国石油天然气集团公司企业标准《游梁式抽油机平衡及操作规程》（Q/SY 1233—2009）中规定，功率法平衡率判定标准为功率平衡比为抽油机上下冲程平均功率之比，以较大值为分母；当上下冲程的平均功率有一项为零或负值时，功率平衡比为零；当功率平衡比小于0.5时，可判定抽油机不平衡。

以功率不平衡、电流平衡的2#井为例，电动机电流相对于抽油机载荷变化很小，无法真实反映抽油机的平衡比，利用功率法调平衡后，不平衡扭矩由52.95 N·m下降至10.34 N·m，抽油机达到平衡状态，运行更加平稳，节电率7.4%（表1）。

表1　功率法调平衡技术应用效果

现场对比测试81口井，调整后不平衡扭矩绝对值由97.3 N·m下降至14.9 N·m，功率平衡率由24.7%提高到84.1%，电流平衡率由104.32%下降至96.38%；平均单井日节电 10.51 kWh，节电率9.4%。

功率法调平衡技术使抽油机不平衡扭矩大幅度下降，减少了电动机及减速箱的磨损，依据功率法计算出的位移量指导平衡调整，比较准确，基本上可以一次性调好，但同样存在平衡块形状不规则时，无法计算其准确重量，影响调平衡效果的问题。

2　结论及认识

1）电流法调平衡技术简单，但存在虚假平衡现象，扭矩法调平衡比电流法调平衡方式更加科学、合理，但计算量大，现场应用不方便，用功率法算出的平衡块位移量准确，方法简单、方便，且节电效果较好，适合现场推广。

2）在功率法调平衡技术的推广应用过程中，可针对不同区块摸索调平衡的合理界限，使抽油机运行更加平稳，同时取得更好的节能效果。

3）扭矩法与功率法调平衡技术都存在抽油机平衡块形状不规则时，影响调平衡效果的问题，需进一步解决。

[1]王灵志.抽油机井调平衡技术的研究[J].科技创业家，2012 （18）：82.

[2]王伟，檀朝东，王辛涵，等.抽油机井平衡设计及调整技术综述[J].中国石油和化工，2011（2）：59-61.

[3]张琪.采油工程原理与设计[M].山东：石油大学出版社，2000：129.

[4]侯立功，刘超，陶明.双驴头抽油机平衡调整的简易方法[J].油气田地面工程，2008，27（7）：52-53.

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.03.005

2015-11-30

（编辑 沙力妮）?

孙晓丽，工程师，2008年2月毕业于西安石油大学，从事采油工程相关工作，E-mail：jiandingbuyi@163.com，地址：黑龙江省大庆市大同区第七采油厂工程技术大队，163517。