抽油机功率法平衡技术的应用

刘洪宇

（大庆油田有限责任公司第三采油厂）

1 抽油机平衡测试现状

目前检查抽油机平衡的方法是电流法[1-2]，即通过测量抽油机的上下电流峰值来计算平衡率，但这种方法采用钳形电流表录取的是瞬时峰值电流，存在一定的人为误差并且录取电流分不出正负电流，发电与用电都产生电流，一些严重不平衡的井在出现倒发电现象时会产生一个很大的电流，使用电流法检测平衡会出现错误的结果，电流法测平衡存在着局限性[3-4]。

因此需要一种更为合理的检测方法来确定抽油机的平衡状态。根据Q/SY1233—2009《抽油机平衡及操作规范》，抽油机的平衡状况可以由功率平衡率判别，功率法测平衡通过测量抽油机的上下冲程的平均功率之比，来判定抽油机是否平衡，这种测量方法是通过连续测量几个冲程内的功率变化得出结果，可以降低人为误差，真实的反应抽油机的平衡状态，功率法是检测平衡较合理的方法[5-6]。

2 技术原理

2.1 平衡计算的原则

抽油机的平衡按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[7-8]。

2.2 上下冲程平均功率的计算

假设一个周期测试记录了N 组数据，对于曲柄平衡方式从曲柄位于“12 点钟的位置”开始，对于游梁平衡方式从悬点位于下死点开始，所有测试记录由下死点开始至上死点结束的输入功率的平均就是抽油机上冲程平均功率，所有测试记录由上死点开始至下死点结束的输入功率的平均就是抽油机下冲程平均功率，计算公式如下：

当上下冲程的平均功率有一项为零或负值时，功率平衡率为零。

2.3 能耗最低功率平衡率区间的判别

为降低抽油机能耗，在功率平衡率不小于50%的基础上，开展了摸索能耗最低功率平衡率区间的试验[10]。试验选取最常见的3 种型号抽油机共300 口，每口井功率平衡率在50%～100%间均匀分布11 个测试点，分别测试抽油机有功功率值，3 种型号抽油机不同平衡率下有功功率数据见表1。当功率平衡率在80%～100%区间内时，3 种型号抽油机的有功功率值不随平衡率升高而降低，判断该区间为耗能最低功率平衡率区间。

表1 3 种型号抽油机不同平衡率下有功功率数据 kW

综合以上分析，当抽油机井功率平衡率小于80%时可判定抽油机平衡不满足能耗最低的标准，需对抽油机进行平衡调整。

3 功率法平衡调整技术的应用及效果

3.1 应用情况

为进一步验证功率法测平衡技术的节能效果，对某区块开展了功率法测平衡现场试验，通过对测试结果的统计，有300 口井进行平衡调整，调整后平均单井日节电11.5 kWh，平均节电率4.5%。平均功率平衡测试调整效果统计见表2。

表2 功率平衡测试调整效果统计

3.2 单井分析

3.2.1 调整前测试情况

在试验中出现了7 口特殊井，调整前测试平均电流平衡率为81.1%。电流法判定7 口井处于电流平衡状态。但使用功率法测试，7 口井的功率平衡率均在20%～60%，处于不平衡状态。出现了两种测量方法不一致的情况，同时使用能耗测试仪测试7口井有功功率为13.1 kW，日耗电量314.4 kWh。

3.2.2 调后效果

对上述7 口井使用功率法平衡调整，7 口井调整前后测试对比见表3。调整后7 口井平均功率平衡比83.2%，满足功率法平衡率测试标准。同时对7 口井进行综合能耗测试，有功功率为12.2 kW，日耗电量292.8 kWh。对比调整前数据，有功功率下降了0.9 kW，日节电量21.6 kWh，节电率6.7%。

表3 7 口井调整前后测试对比

4 经济效益

1）直接经济效益。此次试验使用功率法测平衡技术共调整300 口井，平均有功节电率4.5%，年节电约113.3×104kWh，全年节约支出用电资金约72.3 万元。

2）间接经济效益。使用功率法平衡调整技术后平均单井调平衡时间为1 h，使用电流法调平衡需要的2 h，相比节约了1 h 工作时间。

通过使用功率法平衡调整技术，平均单井年耗抽油机皮带由调整之前的每口井8.5 条下降到5.5 条，平均单井年节约皮带3 条。

5 结论

通过对300 口抽油机井实施了功率平衡调整技术，改善了抽油机的运行状态，提高了抽油机井的安全性，降低了抽油机井的能耗。抽油机井平衡比低是影响抽油机能耗的主要原因之一，通过将功率平衡调整技术与电流平衡调整技术进行对比，发现功率平衡调整技术可以降低人为误差，能够真实的反应抽油机的平衡状态。同时工作中也会应用功率法测平衡调整技术进行平衡测试，较电流平衡调整技术的优势在于，可以将抽油机井的平衡一次调整到位，减轻工人的劳动强度。下一步将在现有工作基础上继续开展对功率法测平衡调整技术的深入研究，将操作流程简单化，便于员工操作。