抽油机新平衡标准探讨

李宁会

中国石油长庆油田分公司设备管理处（陕西西安710021）

抽油机新平衡标准探讨

李宁会

中国石油长庆油田分公司设备管理处（陕西西安710021）

针对现行抽油机平衡标准不合理、不准确、不统一的问题，通过对抽油机平衡过程的分析，提出了功率不平衡度的概念，并以消除发电工况为平衡准则。按此原则验算了19口井的平衡指标，证明了新平衡标准的准确性。从技术和经济两方面综合考虑，确定了“功率不平衡度小于－1、大于1时，没有发电工况，且不平衡度较小，是合格的、合理的平衡区间”。

抽油机；平衡；标准

抽油机是油田应用数量最多的设备，抽油机的平衡与否，对其故障率、寿命、能耗、噪音有很大影响。调整平衡，首先要知道怎样才算平衡？平衡的标准是什么？参考文献[1]附录D提出了3个调整抽油机平衡的原则：①使上、下冲程电机做功相等；②上、下冲程中减速器曲柄的最大净扭矩相等；③使减速器曲柄轴瞬时切线力与平均切线力的偏差平方和最小。

这些原则只是最理想的状况，而这种状况是很难达到的，现场工作需要一个调整标准范围。对于平衡的调整标准范围，一直没有理论的推导和定值。第②和第③个原则，不便测量和使用。本文试图按第①个原则，用理论计算的方法求出抽油机平衡的标准范围。

1 现有平衡准则及标准范围

目前，现场常用2种平衡调整方法。

1.1 功率平衡法规定[2]

比值大于0.5为合格。

1.2 电流平衡法规定[3]

比值0.85～1.1为合格。

上述2个合格标准都是人为规定的，没有具体的含义，如功率平衡法，0.5表示什么平衡状态？为何比值是0.3就是不合格？功率平衡度等于5是否平衡合格？

2 功率不平衡度的定义

鉴于上述原因，为了便于计算和理解，提出功率不平衡度定义，公式如下：

若采用公式（1）判断平衡，其值变化范围可从－∞到+∞，不便使用，故不用公式（1）。

现将抽油机平衡问题简化为分析立式抽油机的平衡，如图1所示。忽略滑轮的转动阻力，悬绳器负荷含静载荷、动载荷、摩阻载荷。假设电机转速恒定，上下冲程悬绳器速度一致，则求功率平衡的问题可简化为求力的平衡。

图1 抽油机平衡示意图

式中：N为功率不平衡度；F1为上冲程悬绳器负荷，t；F2为下冲程悬绳器负荷，t；W为平衡配重，t。

对于立式机，配重的配备可分为7种情况，如表1所示。

3 新平衡准则的平衡标准

抽油机如果存在发电工况，危害极大，一是易造成减速器的损坏。因为当发电工况出现1次，减速器承受1次反力矩，齿轮连续承受正反力矩，易产生疲劳，造成损坏，并产生换向噪音。二是多耗能，因为抽油机电机的发电动力是减速器的驱动，而减速器的驱动动力是来自电网，等于从电网多吸收动力，存储在平衡重量中，电能、势能、电能，进行了2次能量转换，转换1次，就多1次损失。某站8口井，若消除发电工况，可节电26.5%[4]。某油田的5口井使用超越离合器消除发电工况后，节电15%[5]。

如果以消除发电状态为平衡准则，F2＜W＜F1应是平衡重量的合理范围，据此可求出功率不平衡度范围。超出此范围的即为不平衡，为此根据公式⑸求出上述7种情况的功率不平衡度。

当W=F2时，N=2；

当W=0时，N=2（F1+F2）/(F1-F2)＞2；

当W=(F1+F2)/2时，N=0；

当W＜F2时，N＞2；

当W＞F1时，N＜-2；

当F2＜W＜F1时，-2＜N＜2。

功率不平衡度越小越好，其值为零是最佳状态，此时符合文献[1]附录D的第一个平衡原则。-2＜功率不平衡度＜2，就没有发电工况。

如果认为仅以消灭发电状态为平衡原则，合理平衡范围过宽的话，可缩小功率不平衡度的范围。

若规定功率不平衡度的区间为：-1＜N＜1。

根据公式（4）：

当N=1时，W=(F1+3F2)/4；

当N=-1时，W=(3F1+F2)/4。

若规定功率不平衡度的区间为：-0.5＜N＜0.5。

根据公式（4）：

当N=0.5时，W=1.5F2-0.5F1；

当N=-0.5时，W=1.5F1-0.5F2。

对于游梁式抽油机，需根据平衡方式的不同，按结构尺寸推导出需要的平衡重量和位置。

4 实际验算

共选19口游梁抽油机井进行了测试、计算对比如表2所示。

汇总表2，得出表3。

由表3可见，按功率不平衡度1判定的不合格井都在其他2种判别方法的不合格井中。按功率不平衡度2判定的不合格井，4口与电流平衡度结论相同、5口与功率平衡度结论相同。

由于电流平衡判别法不能辨识发电工况，常误导操作者，造成虚假平衡，故不以电流法做比较依据。以功率平衡度做比较依据，取-1＜功率不平衡度＜1较为适宜。

表1 各种配重状态下电机出力及平衡状况

表2 3种平衡标准对比

表3 平衡度取值对比

5 结论

采用消除发电状态为平衡准则，可消除抽油机发电工况。采用-1＜功率不平衡度＜1的标准调平衡，既可减少一些无谓的调平衡工作，又可保证无发电现象，满足平衡需要。

在现有抽油机系统效率测试仪的基础上，按上述功率不平衡度定义设计功率不平衡度测试仪，可方便地实现功率不平衡度测试。

[1]全国石油钻采设备和工具标准化技术委员会.游梁式抽油机:SY/T 5044-2003[S].荆州:[出版者不祥],2003.

[2]中国石油天然气集团公司勘探与生产专业标准化技术委员会.游梁式抽油机平衡与操作规范:Q/SY 1233-2009[S].北京:石油工业出版社,2009.

[3]石油工业标准化技术委员会,石油工业节能节水专标委.机械采油系统经济运行规范:SY/T 6374-2008[S].北京:石油工业出版社,2009.

[4]张继震,马广杰,孙景丽,等.游梁抽油机的用电发电与节电[J].石油矿场机械.2001,30(4):36-38.

[5]张兴战.抽油机井电机发电浅析[J].油气田地面工程,2006, 25(7):43.

本文编辑：路萍

Current pumping unit balance standard is not reasonable,not accurate and not uniform.The concept of a power unbalance degree is proposed through the analysis of the equilibrium process of the pumping unit,and the elimination of the electricity generation condition is as the equilibrium criterion of the pumping unit.According to this criterion,the balance indexes of the 19 wells are calculated,and the accuracy of the new equilibrium criterion is proved.From the two aspects of technology and economy,it is determined that a qualified and reasonable balance condition is that when the absolute value of power imbalance degree is greater than 1, there is no power generation condition and the imbalance degree is small.

pumping unit;balance;criterion

2015-07-22

李宁会（1959-），男，教授级高级工程师，现从事油田设备管理工作。