抽油机功率法调平衡应用探究论文_张侠,符篷波,孙少君

摘要：目前油田主要是以游梁式抽油机为主，抽油机调平衡是采油管理中一项基础工作。然而由于地层供液能力、结蜡情况等原因导致抽油机运行逐渐不平衡，存在抽油机平衡调整不及时的现象。总结扭矩法、电流法、功率法等一系列抽油机调平衡的方法。长期以来游梁式抽油机调平衡最主要是依靠电流法，电流法设备简单，测试方便，但只能测试瞬时电流，无法反应抽油机上下冲程的真实做功。为了能更好地解决抽油机平衡降低机抽能耗，结合信息化所装置的新式载荷，通过电参采集数据分析，有针对性的选择了多口油井作为研究对象进行调平衡试验，结果显示使用均值功率法调平衡后，单日电耗下降，效果显著。

关键词：游梁式抽油机；功率法；电流法；调平衡；载荷变化

为了能够更好地解决抽油机平衡降低机抽能耗，结合采油厂信息化建设成果，选择了多口井进行功率法调平衡试验，结果显示使用功率法调平衡后，单日日均电耗下降了23.5%，最大单井年节约机抽电耗近2万元。

1 抽油机平衡原理

抽油机平衡原理是利用平衡块，在下冲程时把能量存储起来，在上冲程时利用存储的能量帮助电动机做功。如果平衡块合适，不仅可使电动机上、下冲程做功相等，并且使曲柄轴扭矩值变化很小，使减速箱载荷均匀，抽油机运行更加安全平稳，更加节能。电流平衡法和功率平衡法是现场应用最多的两种方法，本文就电流法和功率法调平衡进行比较分析。

2 抽油机调平衡原理

2.1 电流平衡法原理

目前游梁式抽油机主要采用电流平衡法进行平衡度调整。其原理是利用钳形电流表记录运行过程中上下冲程中电动机的电流峰值变化，借以判断和调整抽油机平衡状况的方法。可表示为：

式中：I下max—抽油机下冲程的最大工作电流，A；I上max—抽油机上冲程的最大工作电流，A；n—测量组数；B—平衡度，%。通常将85%～115%区间作为电流平衡度的标准区间，即可认为电流平衡度在标准区间内抽油机的系统能耗最低。但电流法只能测试瞬时电流，无法判断因负功引起的虚假平衡现象且调整经验性较强，不能一次性调整平衡块到位。

2.2 功率平衡法原理

为了解决电流法调平衡中虚假平衡的问题，技术人员开始尝试功率法调平衡。功率平衡法原理是用功率仪把电动机的有功功率变化曲线记录下来。均值功率平衡法原理是以下冲程和上冲程中平均电动机输出功率相等为平衡准则。可表示为：

按照《游梁式抽油机平衡及操作规程》（Q/SY 1233—2009），本文结合前人研究以及现场应用，将68%～100%区间作为功率平衡度的标准区间，即认为达到了功率平衡状态。采用功率平衡度方法判断抽油机平衡时，消除了电流法在某些情况下的假象平衡，比电流平衡度方法符合实际。由于功率平衡测试仪器体积大、测试工序复杂，未能规模推广应用。随着技术的发展，目前功率平衡调整技术实现了小型化、便捷化、模块化，且测试结果直读。充分利用信息化建设成果，开拓思路，积极探索，发现可以利用远程从电脑终端读出的功率平衡度进行功率法调平衡。该方法具有方便快捷，实时准确，并且能减小员工劳动强度等优点。

目前利用功率曲线计算出平衡块调整量的方法主要是利用“上下冲程电动机做功相等”的方法。主要是通过测试其功率曲线，依据上下冲程电动机平均功率的变化情况，就能给出平衡块的调整方法，可表示为：

式中：P2u——上冲程电动机平均输出功率，kW；P2d——下冲程电动机平均输出功率，kW；

ηT——抽油机的机械传动效率；Ns——光杆冲速，min-1；Gq——单块曲柄平衡块的重力，kN；k——安装的曲柄平衡块的数目。为了解决本区块平衡块调整量的问题，结合现场实际应用及信息化建设成果，通过测试功率曲线，依据上下冲程电动机平均功率的变化情况计算平衡块调整量的方法。对于同一口井而言，ηT、Ns等参数均为常数，因此只需通过电脑终端读取出功率曲线上上下冲程的平均输出功率，输入公式中即可算出该井的平衡块调整量。该方法方便易懂，便于一线员工理解，同时一次就能调整到位，减少了现场人员的操作强度。

3 实际应用分析

有针对性地选择了多口电流平衡度较好而功率不平衡的井作为研究对象进行功率法调平衡试验。首先选取A井进行单井动态分析，主要分析功率法调平衡前后油井的日耗电量、电流平衡度、功率平衡度变化。通过对动态跟踪，选取均值功率平衡法调平衡前后25天的数据进行分析。前13天处于电流平衡但功率不平衡状态，5月13日进行均值功率法调平衡后，后12天处于电流和功率均平衡状态。前期电流平衡率较好，范围114.08%~121.32%，但功率平衡率却很差，范围为-653.21%~-425.21%。此时实际上抽油机处于严重不平衡状态，为典型的“抽油机倒发电”造成的假平衡现象，日耗电量较大。功率法调平衡后12天功率平衡率大幅提高，范围为60.09%~66.28%，而电流平衡率也较好，范围为100%--101.49%。此时抽油机处于衡状态，日耗电量大幅降低，范围为81.5--97.1 kW·h，日均电耗81.9 kW·h，日均减少耗电53.9kW·h，相比调整前减少了39.69%。年均节约19673.5 kW·h，按照工业用电收费标准，A井功率法调平衡后，单井每年可节约机抽电耗近2万元，节能降耗效果明显。

图1 A井日耗电、电流平衡率、功率平衡率曲线

进行完单井动态分析，选取了6口典型井（调整前应用电流平衡度标准可看成是抽油机平衡）进行分析，利用功率法调平衡后对比调整前后日电耗量。试验结果显示，当抽油机电流平衡时，功率变化范围64.87%--639.2%，变化很大，日耗电量在97--153.1kW·h之间。功率法调平衡后，功率平衡度65%~101.4%，电流平衡度77%--103.69%，从调整后的功率和电流平衡度比较可以看出，功率平衡时，电流基本上平衡。调整后日耗电量73.9-126.4kW·h之间，相比调整前日均节约耗电23.5%。游梁式抽油机占到90%以上，全面推广后经济效益极为可观，功率法调平衡为及采油厂的机抽降耗找到了一个新的突破口。

4 结束语

（1）电流调平衡法设备简单，测试方便，但存在虚假平衡问题。利用功率法调平衡克服了电流法调平衡由于做负功而测不准的问题，贴近于抽油机上下冲程做功之比，功率法更加符合现场实际且易于推广。功率法调平衡的现场应用提高了抽油机调平衡的效率，方便快捷，减少了员工劳动强度。（2）通过功率法调平衡后，相比调整前日均节约耗电23.5%，效果显著，最大单井年节约机抽电耗近2万元，全面推广后经济效益极为可观。均值功率调平衡法为及采油厂的机抽降耗找到了一个新的突破口。

参考文献

[1]金伟，高增海，李平，等.抽油机平衡测试方法的研究与改进 [J]. 石油机械，2017，29（11）：26-27

论文作者:张侠,符篷波,孙少君

论文发表刊物:《基层建设》2019年第27期

论文发表时间:2020/1/6

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