低渗透油田抽油机平衡与能耗关系研究

于海山 马立 杨文敏

（1.大庆油田有限责任公司第八采油厂；2.北京航天石化技术装备工程有限公司；3.大庆油田有限责任公司第十采油厂）

抽油机是油田开发中应用数量最多的举升设备，其运行能耗一般接近油田总耗电量的一半，是油田生产的耗能大户。有效降低抽油机举升能耗是各油田节能降本的重点方向。抽油机平衡与耗电量存在一定的关系，如果能够使抽油机达到最佳平衡状态，系统能耗就能达到最低，抽油机的运行也会更加平稳、安全；所以，调整抽油机平衡是不增加能耗、不影响产量的重要控制手段。然而，由于抽油机平衡度随地层供液能力变化复杂、平衡调整依靠人工调整平衡块位置工作量大、平衡判定方法准确程度不一等原因，抽油机运行多处于不平衡或假平衡状态[1-6]。因此，通过抽油机平衡便捷调整装置的应用，对抽油机不同平衡方法、不同平衡状态下的系统能耗进行了试验研究，通过分析得出准确程度更高的平衡判定方法，探索各平衡判定方法之间的联系，并给出平衡对抽油机能耗的影响程度，对油田节能降耗工作具有一定的指导意义。

1 平衡判定及调整技术现状

油田中常用的抽油机平衡判定方法有峰值电流法、功法和功率法三种。其中，峰值电流法依据上下冲程减速箱输出轴峰值扭矩相等的平衡判定原则，通过实测上、下冲程电动机的峰值电流比值判定平衡度，实现较为容易，应用较早，普及也较广，但是应用过程中发现其平衡判定存在读值误差、虚假平衡、不适用变频设备等问题。功法依据抽油机电值判定平衡度，方法复杂且要求示功图饱满，以抽油机上、下冲程对外做功相等为平衡判定原则，通过实测抽油机运行示功图上、下冲程包围的面积来实现，在低渗透油田供液不足情况测试得到的示功图不适用。功率法依据整个冲程中减速箱输出轴均方根扭矩最小原则，通过实测上、下冲程电动机的平均功率比值判定平衡度，自动给出平衡块调整量，测试较为方便、准确度较高，但技术实现较晚，普及性不高[7]。

抽油机平衡调整的常规方法主要采取人工调整平衡块位置来实现。这种方法需要关停抽油机，一般依据现场经验判断调整位移量，需要平衡调整专用工具，移动笨重平衡块的操作较为繁琐，对特殊井有时还需要吊车辅助；所以，这种常规调整方法存在调整精度低、工作效率低等问题，此外，关井的同时还存在影响单井产量的问题。因此，部分油田研究应用了自动或半自动平衡调整装置，在不停井的状况下，能够实现抽油机的平衡运行[8-10]。由于这些技术多在局部区域试验应用，技术普及性差，没有成型的完善的技术设备大范围推广应用，无法对应用效果进行对比[11]。

表1 六型机电流、功率测试情况统计

探索低渗透油田抽油机平衡与能耗之间的关系，需要对抽油机平衡度进行调整，而大幅度的平衡调整会对抽油机运行系统造成安全隐患，轻则造成杆断作业，重则造成翻机事故。由于抽油机平衡调整后，在一段时间内，平衡随地下情况变化幅度一般不会太大，所以在平衡调整方法上，选用一种安装在抽油机游梁后部，可遥控调整的抽油机平衡便捷调整装置来实现抽油机平衡微调。并根据低渗透油田实际情况，对峰值电流法和功率法两种平衡判定方法下的能耗情况进行对比分析。

2 平衡与能耗关系分析

2.1 六型机平衡微调能耗测试

现场选取3口应用抽油机平衡便捷调整装置的六型抽油机井，按抽油机平衡便捷调整装置的行程平均分配8个测试点进行测试，得出六型机平衡和能耗变化情况（表1）。

由表1的测试结果可以看出：

1）峰值电流平衡度判定准确性差。在最低能耗时，L2井的峰值电流平衡度为83.7%，没有达到峰值电流法85%～100%的平衡判定标准，按峰值电流法判定应为不平衡，但此时的能耗优于峰值电流平衡标准范围内的能耗。

2）平均功率平衡度判定准确性好。3口井平均功率平衡度反映出抽油机的能耗状态，抽油机平衡较好的状况下，抽油机的能耗最低。

3）平衡状况下能耗仍有降低空间。按照平均功率平衡判定标准，3口井均在50%～200%的平衡标准内，但在抽油机平衡便捷调整装置的微调范围内，最高能耗与最低能耗平均相差16.1 kWh。

2.2 八型机平衡微调能耗测试

现场选取2口应用抽油机平衡便捷调整装置的八型抽油机井，同样按抽油机平衡便捷调整装置的行程平均分配8个测试点进行测试，得出八型机平衡和能耗变化情况（表2）。

表2 六型机电流、功率测试情况统计

由表2的测试结果可以看出：

1）峰值电流平衡度判定准确性差。在最低能耗时，B1井的峰值电流平衡度为99.2%，已经达到很好的平衡状态，但功率平衡度为63.7%，并没有达到很好的平衡状态，能耗仍有进一步降低的空间，应对抽油机的平衡块进行调整，达到抽油机的最佳平衡状态。B2井的峰值电流平衡度为109.1%，已经为不平衡状态，但峰值电流平衡范围内的能耗高于此时18.7 kWh。

2）平均功率平衡度判定准确性好。2口井平均功率平衡度反映出抽油机的能耗状态，抽油机平衡较好的状况下，抽油机的能耗也最低。

3）平衡与不平衡状况对能耗影响较大。在抽油机平衡便捷调整装置的微调范围内，B1井平衡时的最低能耗与不平衡时的最高能耗相差37.4 kWh；B2井在同样平衡的状态时也有19.7 kWh的能耗差，并且与六型机相比，平衡对能耗的影响更大。

2.3 最佳能耗下平衡范围探讨

虽然应用抽油机平衡便捷调整装置进行平衡微调的空间有限，但通过对六型机和八型机平衡与能耗关系分析仍可以看出：平均功率法要比峰值电流法判定抽油机平衡的准确性高，能够使抽油机达到最低能耗的运行状态，最大限度地节约能源，但也反映出功率平衡标准范围过大，在同样平衡的状态下，机型越大可降低能耗的空间就越大。

那么，功率平衡法判定抽油机平衡的范围在哪个区间内，能够使抽油机的能耗保持在一个较低的水平呢？通过以上5口井的分析可以得出：B1井并没有达到最合理的平衡状态，需要进一步调整平衡块来实现最佳平衡状态，所以在分析最佳功率平衡区间时不与考虑；剩余4口井均能够实现最佳平衡状态，通过4口井功率平衡与能耗关系折线图可以较为直观地得出，平均功率平衡度在70%～120%区间内，抽油机的运行能耗处于较低水平。

因此，应用平均功率法判定抽油机平衡的平衡度区间在70%～120%内时，抽油机能耗变化不大，运行处于最佳平衡状态，能够实现最佳能耗运行状态。

2.4 平衡对能耗的影响

通过以上研究得出，平均功率法判定平衡的准确性高，且其合理平衡区间为70%～120%；所以，应用平均功率法对抽油机平衡进行判定，选取峰值电流法测试平衡的30口井进行平均功率法平衡调整试验。测试平衡调整后能耗变化情况如表3所示。

由表3可知，应用平均功率法调整抽油机平衡后，30口井能耗由平衡调整前的5 642.6 kWh，下降到4 385.5 kWh，平均单井日节电11.2 kWh。因此，抽油机应用功率法调整到最佳平衡状态，一般可以实现单井日节电11.2 kWh的效果。

表3 30口井平衡调整情况统计

按5000口井计算，应用平均功率法调整抽油机平衡，可实现年节电2 044.0×104kWh的效果。可见，抽油机平衡对能耗具有较大影响。由于抽油机平衡随地下地质状况的变化而变动，要使机采能耗得到有效控制，必须加强机采井日常平衡管理工作。而5000口井平衡调整按每月调整一次计算，可达到60 000井次之多，工作量巨大，目前的平衡调整方法还过于落后，有必要探索更加先进、便捷的抽油机平衡调整方法。

3 结论

1）平均功率法要比峰值电流法判定抽油机平衡的准确性高，能够使抽油机达到最低能耗的运行状态，最大限度地节约能源。

2）抽油机不平衡运行的能耗损失大且安全性差，即使在同样平衡的状态下，机型越大可降低能耗的空间也越大。

3）应用平均功率法判定抽油机平衡的平衡度区间在70%～120%内时，能耗变化不大，抽油机运行处于最佳平衡状态，能够实现最佳能耗运行状态，可以实现单井日节电11.2 kWh的效果。

4）有必要探索更加便捷的平衡调整方法。