抽油機平衡系統(tǒng)改進技術(shù)探討

宮喜龍（大慶油田有限責任公司第三采油廠）

抽油機平衡系統(tǒng)改進技術(shù)探討

宮喜龍（大慶油田有限責任公司第三采油廠）

游梁式抽油機是油田的主力舉升設(shè)備，而抽油機的平衡問題又是油田生產(chǎn)備受關(guān)注的重要問題，保持抽油機井的平衡，能使抽油機節(jié)約電能，減少對電網(wǎng)的污染，并能減少抽油機的波動載荷，延長其使用壽命。根據(jù)薩北油田目前的生產(chǎn)實際，提出了2種以節(jié)能為目的的游梁輔助平衡方案，即抽油機平衡下偏杠鈴改造和安裝抽油機自動平衡裝置?，F(xiàn)場試驗表明，改造后的抽油機，其平均綜合節(jié)電率為12.5%，平均單井提高系統(tǒng)效率1.3%；裝有自動平衡裝置的抽油機，其有功功率由11.7 kW下降到9.8 kW,節(jié)電率達到16.2%，系統(tǒng)效率提高8.17%。

抽油機 下偏杠鈴改造 自動平衡裝置 現(xiàn)場試驗

引言

薩北油田共有機采井3796口，抽油機井2481口，抽油機井數(shù)占機采井數(shù)的65.36%。從數(shù)據(jù)可知，游梁式抽油機是油田的主力舉升設(shè)備，而抽油機的平衡問題又是油田生產(chǎn)的重要問題，保持抽油機井的平衡，能使抽油機節(jié)約電能，減少對電網(wǎng)的污染，并能減少抽油機的波動載荷，延長其使用壽命。

抽油機井的平衡率是一項很重要的生產(chǎn)指標，它是根據(jù)抽油機井的產(chǎn)量、液面等因素共同作用的，產(chǎn)量和液面等因素的波動會引起抽油機的不平衡，導致平衡率下降。

游梁式抽油機的平衡方式從簡單的游梁平衡發(fā)展到曲柄平衡，再到后來的復合平衡。在實際生產(chǎn)中，通過改變平衡重質(zhì)量或平衡重的位置來達到調(diào)節(jié)平衡的效果，只要抽油機平衡重配置合理，既可以消除下沖程時電動機作負功的現(xiàn)象，又可以減少上沖程時電動機的能量消耗，使上、下沖程中電動機做功接近相等。

1 抽油機平衡下偏杠鈴改造

抽油機下偏杠鈴的改造方式是在常規(guī)游梁式抽油機的基礎(chǔ)上，在游梁的尾部增加了一個下偏杠鈴，與曲柄平衡共同作用，形成復合平衡。

抽油機下偏杠鈴改造是采用在游梁尾部加裝杠鈴，使杠鈴產(chǎn)生的扭矩隨著游梁擺角的變化而變化來完成的。當下偏杠鈴的重心與游梁中心軸連線成水平位置時，其平衡力臂最長，此時產(chǎn)生的扭矩也最大，正好來平衡抽油機懸點的最大載荷產(chǎn)生的最大扭矩；而下偏杠鈴產(chǎn)生的扭矩曲線峰值與懸點載荷產(chǎn)生的扭矩曲線峰值基本同步，且方向相反，兩者疊加后，使減速箱輸出軸扭矩變小或變化幅度減緩，降低了電動機的輸出功率，達到節(jié)能降耗效果。

懸點在下死點時，因加載懸點載荷較大，其下偏杠鈴的平衡力臂也最長，下偏杠鈴產(chǎn)生的平衡扭矩也最大，與載荷扭矩方向相反，在游梁上進行第一次平衡，削去載荷峰值扭矩；在上死點時，因卸載懸點載荷較小，其下偏杠鈴產(chǎn)生的力矩因平衡力臂的變短而減小，從而使載荷扭矩隨曲柄軸轉(zhuǎn)角變化而變化的規(guī)律盡可能與正弦規(guī)律相接近，達到加強抽油機的平衡效果，降低其曲柄軸輸出凈扭矩的峰值，減小其谷值，消除負扭矩，以降低其能耗的目的。

2 抽油機自動平衡裝置

抽油機自動平衡裝置與下偏杠鈴一樣安裝在抽油機游梁尾部，它的杠鈴可以在輔助電動機的控制下前后擺動，該裝置由輔助電動機、減速器、擺錘、擺桿和控制系統(tǒng)組成（圖1）。

表1 下偏杠鈴改造前后生產(chǎn)數(shù)據(jù)對比

表2 北2-丁6-445井抽油機自動平衡裝置生產(chǎn)數(shù)據(jù)對比

圖1 抽油機自動平衡裝置結(jié)構(gòu)示意圖

抽油機自動平衡裝置與下偏杠鈴抽油機一樣在游梁尾部增加配重，但是它的配重能在電動機的帶動下前后擺動，實時改變抽油機尾部的平衡力臂。驢頭懸點在下死點時，上沖程開始，此時懸點載荷最大，自動平衡裝置的擺桿在最外端，力臂最長，力矩也最大，所需的電動機扭矩就?。惑H頭懸點在上死點時，下沖程開始，此時懸點載荷最小，自動平衡裝置的擺桿在最內(nèi)端，力臂最短，力矩也最小，依然需要電動機做正功，消除了常規(guī)抽油機的電動機受拖動產(chǎn)生的倒發(fā)電現(xiàn)象，這樣電動機在上下沖程的電流就很穩(wěn)定，提高了抽油機的平衡率（圖2）。

圖2 抽油機自動平衡裝置節(jié)能原理

由于擺錘可以前后運動，它的最大力臂比普通下偏杠鈴抽油機的大，最小力臂比普通下偏杠鈴抽油機的小很多，所以它的節(jié)能效果更明顯。它還能夠根據(jù)驢頭載荷的變化自動變化擺錘的擺動角度，進一步降低了電動機的輸入功率，達到節(jié)電的目的，使抽油機具有最佳的極限平衡效果。

3 現(xiàn)場試驗效果

將20臺普通抽油機改造為下偏杠鈴復合平衡抽油機，測試資料表明：與改造前常規(guī)抽油機對比，平均綜合節(jié)電率為12.5%，日平均單井節(jié)電33.3 kWh，平均單井提高系統(tǒng)效率1.3%，百米噸液耗電下降了0.14 kWh，效果良好。實施效果見表1。

抽油機自動平衡裝置在北2-丁6-445井進行了現(xiàn)場試驗，在產(chǎn)液量與液面深度變化不大的情況下有功功率由11.7 kW下降到9.8 kW，節(jié)電率達到16.2%，日節(jié)電量達到45.6 kWh，系統(tǒng)效率提高8.17%，百米噸液耗電下降了0.38 kWh，節(jié)電效果明顯。試驗效果見表2。

4 結(jié)論

1）下偏杠鈴技術(shù)改造和安裝抽油機自動平衡裝置都能起到降低能耗的作用，都是抽油機節(jié)能改造的有效技術(shù)手段。

2）抽油機井下偏杠鈴改造的特點是制造簡單、安裝方便、成本較為低廉；但節(jié)電效果較差，節(jié)電率較低。

3）抽油機自動平衡裝置的特點是尾部平衡重心相對游梁尾部運動，能自動調(diào)整平衡重心位置，平衡優(yōu)勢高于下偏杠鈴，節(jié)電效果較好，重載荷井的節(jié)能效果會更好，但由于設(shè)備價格原因投資回收期較長。

4）在現(xiàn)場實際操作中，安裝抽油機自動平衡裝置的抽油機容易調(diào)整平衡，且平衡度高，減少了因平衡度不好而引起的停井和修井次數(shù)，降低了勞動強度，延長了抽油機的使用壽命。

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.004.008

2015-01-27）

宮喜龍，1980年畢業(yè)于大慶職工大學，從事聚驅(qū)電泵現(xiàn)場監(jiān)督工作，E-mail：gjdd1228@sina.com，地址：黑龍江省大慶油田有限責任公司第三采油廠工程技術(shù)大隊三采室，163113。