抽油機平衡標準判別與二次平衡結構調整

許潔　朱麗霞　胡金鳳　吳斌

摘 要：抽油機的平衡是抽油機設計和使用中的一個及其重要的問題。按照抽油機的結構組成，抽油機可以分成換向系統(tǒng)、平衡系統(tǒng)、支承系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)四大部分，由于支承系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)與換向系統(tǒng)往往是密切相關的，因此，平衡系統(tǒng)和換向系統(tǒng)就成為抽油機的兩大主要組成部分，平衡系統(tǒng)的性能，平衡效果的優(yōu)劣，直接影響抽油機的節(jié)能、壽命和應用方便程度。由于采油成本的提高，采油井深度的增加，人們對降低能耗，提高采油效率和降低抽油機連桿中的拉力，改善曲柄銷的工作狀況，提高抽油機整機的可靠性有了更為迫切的要求。

關鍵詞：抽油機；平衡技術；優(yōu)化調整；對策

1 抽油機平衡機理

抽油機運轉不平衡，原因是上、下沖程中懸點載荷的變化，造成電動機在上、下沖程中所作的功不相等。工作時，理論平衡狀態(tài)的抽油機是沒有的，因為生產過程中油層情況、油井情況及油井工作制度的改變都會破壞抽油機原來的平衡。因而在油井生產過程中要定期檢查和及時調整抽油機的平衡，通常采油的檢查方法有兩種：一是測量驢頭上、下沖程的時間，二是測量上、下沖程中的電流。抽油機在平衡條件下工作時，上、下沖程的電流峰值應該相近。即：I上/I下=100%。如果上沖程的電流峰值大于下沖程的電流峰值，說明平衡不夠，則應增加平衡塊重量或增大平衡半徑R（平衡塊遠離曲柄軸中心）；反之，則應減小平衡塊重量或平衡半徑R（平衡塊靠近曲柄軸中心）。

2 改變曲柄平衡結構

該類平衡技術是靠改變曲柄上平衡的結構或增加曲柄上的平衡裝置了實現(xiàn)二次平衡，達到減少減速箱上扭矩目的的。該類平衡技術主要有如下方式：

a、副平衡塊平衡法

該方法是在曲柄平衡塊的直線端面上加裝一副平衡塊，通過改變副平衡塊的位置，達到二次平衡的效果。該平衡方法結構簡單，可以改變平衡系統(tǒng)的偏置角，部分的降低曲柄上的扭矩，減少負扭矩，但由于副平衡塊的重量有限，調節(jié)的效果有限。同時，由于在曲柄平衡塊上增加了調節(jié)裝置，結構較為復雜，降低了系統(tǒng)的可靠性。同時，不能降低曲柄銷上的受力。

b、改變曲柄平衡結構

改變抽油機的平衡結構，如將曲柄重塊平衡，改為游梁重塊平衡。將曲柄重塊平衡，改為游梁氣動平衡等等。游梁式抽油機的游梁平衡技術，是原來小型抽油機普遍采用的平衡技術，平衡重靠近懸點，連桿受力減小，曲柄銷受力變優(yōu)，有利于提高整機的可靠性。在大型抽油機上采用，由于所加平衡的平衡重增加，平衡調節(jié)困難，游梁尾部的重量過大，使整機的重心提高，穩(wěn)定性和可觀賞性下降等因素，逐漸被放棄使用。目前，在大型抽油機中，一般只在游梁的尾部藏裝一固定的平衡重塊，克服驢頭的結構不平衡重，滿足抽油機調參等作業(yè)的需求。氣平衡技術是一種較為成熟的游梁平衡技術，但使用過程中當時實驗條件、設計水平、制造水平、密封件質量等因素的限制，密封、失載、驢頭讓位等問題沒能很好的解決即在油田大面積的應用，接連發(fā)生數(shù)次因驢頭失載而造成的重大事故。同時，密封問題、油田環(huán)境因素的影響等問題，使得氣平衡裝置必能保證足夠的壓力，使得平衡效果變差，在大型抽油機中，氣平衡抽油機應該是一種較為理想的機型。

3 改變游梁結構

a、在游梁上安裝可移動的平衡系統(tǒng)

采用安裝在游梁上的可活動的平衡系統(tǒng)，該平衡方式采用了靠近懸點的平衡結構，減少了連桿的受力，改善的曲柄銷的工作狀況，增加了曲柄銷的可靠性，有利于提高整機的壽命和可靠性。但是，由于增長了運動鏈，同時也是機構的可靠性有所下降。另外，如果只采用游梁平衡的方案，連桿將承受交變載荷，所需平衡重量將大幅度的增加，不利用整機優(yōu)化。

b、在游梁上增加固定半可調平衡系統(tǒng)

按照抽油機多變量優(yōu)化設計的模型，抽油機的平衡系統(tǒng)包括曲柄平衡系統(tǒng)和游梁平衡系統(tǒng)兩部分，游梁平衡部分，通常稱為二次平衡部分。該技術是在游梁尾部的合適位置，裝配是個可調重量重塊，達到游梁復合平衡的目的。由于沒有增加任何活動構件，故該種平衡的抽油機和常規(guī)抽油機有著相同的可靠性和運動特性。由于平衡靠近井口，且部分按照示功圖的要求設計，可以較好的提高平衡效果，改善連桿和曲柄銷的受力，提高其可靠性和壽命。按照上面所述的設計理論和方法，對于新設計的抽油機，我們可以按照整體最優(yōu)的原則，合理的分配曲柄平衡重和游梁平衡重，達到即改善抽油機的平衡效果，降低曲柄銷上承受的載荷，提高整機的節(jié)能性和可靠性，又不過大增加重量，提高整機重心的目的，實現(xiàn)綜合意義上的優(yōu)化，即所謂設計采用復合平衡技術的抽油機。

對于現(xiàn)場使用的抽油機，特別是在較深井上工作的大負荷的抽油機，只靠原抽油機所配的曲柄平衡重量，難以使抽油機實現(xiàn)良好的平衡，可以通過優(yōu)化，選擇合理的游梁平衡重量和方位，在游梁上安裝適當?shù)钠胶庵亓?，達到即改變平衡不足，又改變曲柄銷的工作狀況，降低減速箱上的峰值扭矩，節(jié)能降耗，提高整機效益和抽油機井系統(tǒng)效益的目的。

4 抽油機平衡的標準

按照目前的研究，評定抽油機是否平衡，一般遵守如下標準：即：準則1：上沖程內電機作功與下沖程內電機作功相等；準則2：上沖程內曲柄軸凈扭矩最大值與下沖程內凈扭矩最大值相等；準則3：曲柄軸凈扭矩在一轉中的均方根值最小。當采用不同準則進行抽油機平衡時，計算的抽油機的能耗結果存在一定程度上的差別。由于準則1和準則3在油田現(xiàn)場難以進行評定，因此，準則2就成為普遍被油田采用的平衡判定標準。有理論工作者分析也表明，按照現(xiàn)場通用的準則2，也可以取得較好的節(jié)能效果。

5 結 論

（1）對抽油機進行調平衡工作可使抽油機井運行平穩(wěn)，降低運行電流，延長機組的使用壽命，在舉升高度及產液量不變的情況下，提高平衡度可使系統(tǒng)效率隨之提高，從而降低抽油機井電能消耗，是一種節(jié)能降耗措施。

（2）抽油機采用平衡技術后，降低的減速箱上的峰值扭矩，對在用抽油機可以改善減速器的受力狀況，提高了減速器的可靠性。

（3）抽油機游梁復合平衡改造在游梁后部焊接平衡重，改造費用低，節(jié)能效果好。

參考文獻

[1]葉利平等.抽油機采油技術[M].北京：石油工業(yè)出版社，2004：3-5.

[2]陳永明；抽油機平衡度與能耗的關系[J]；油氣田地面工程；2009年09期endprint