影響抽油機平衡率的因素分析與改進對策

趙敏

【摘 要】根據(jù)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《游梁式抽油機平衡及操作規(guī)范》中抽油機的平衡狀態(tài)指減速器扭矩均方根值最小的狀態(tài)，平衡計算原則根據(jù)抽油機的平衡中的均方根扭矩最小法則或上、下沖程中最大扭矩相等的法則確定。本文概述了提高抽油機平衡率的目的，分析了影響抽油機平衡率的因素，闡述了提高抽油井平衡率的措施，取得了提高平衡率、降低油井單耗的效果。

【關(guān)鍵詞】抽油機；平衡率；措施探討

一、游梁式抽油機平衡調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)

油田游梁式抽油機現(xiàn)場平衡標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中抽油機平衡中平衡電流法，平衡計算根據(jù)原則：上、下沖程中減速器曲柄的最大凈扭矩相等。而在現(xiàn)場測試過程中發(fā)現(xiàn)，電流平衡井耗電并非最低。如根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)抽油機平衡中平均功率法，平衡計算根據(jù)原則使上、下沖程電動機做功相等，現(xiàn)場測試結(jié)果相比電流平衡井耗電低。

根據(jù)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《游梁式抽油機平衡及操作規(guī)范》中抽油機的平衡狀態(tài)指減速器扭矩均方根值最小的狀態(tài)，平衡計算原則根據(jù)抽油機的平衡中的均方根扭矩最小法則或上、下沖程中最大扭矩相等的法則確定。通過平衡調(diào)整，使平衡扭矩擬合懸點載荷扭矩的鏡像，從而減少減速器扭矩的波動，使減速器的扭矩最小化。平衡調(diào)整應(yīng)優(yōu)先保證減速器扭矩的峰值不超過減速器額定扭矩，在此基礎(chǔ)上盡量使減速器扭矩的均方根值最小。

二、影響抽油機平衡率的因素分析

（一）產(chǎn)能低供排不連續(xù)導(dǎo)致電流不穩(wěn)定

據(jù)統(tǒng)計，采油管理三區(qū)管理的25口井平衡率66.6%。區(qū)塊為高滲透區(qū)塊，注采井網(wǎng)完善，但部分油井自然產(chǎn)能低。由于長期開采動液面下降，供液不足，間出嚴(yán)重。同時，供排關(guān)系不連續(xù)，表現(xiàn)為抽油機載荷變化大，電機電流不穩(wěn)定。某井正常生產(chǎn)時上下行電機電流10A/7A，而間出時上下行電機電流5A/1A。變化較大，且間出時電流偏低。

（二）油井結(jié)蠟、含水變化、原油物性等對平衡率的影響

結(jié)蠟影響：結(jié)蠟井電流經(jīng)歷了緩慢上升后，會在一個較高水平上相對穩(wěn)定，隨后有一個明顯的抬高，表現(xiàn)為：上負荷增加、下負荷減小。

含水變化：結(jié)蠟井電流經(jīng)歷了緩慢上升后，會在一個較高水平上相對穩(wěn)定，隨后有一個明顯的抬高，表現(xiàn)為：上負荷增加、下負荷減小。

原油物性：稠油井由于油稠、粘度高、流動性差造成摩擦阻力增大導(dǎo)致上下沖程電流增大，影響平衡率。

（三）工作制度的調(diào)整對平衡率的影響

工作制度的調(diào)整對平衡率的影響主要體現(xiàn)以以下幾方面：一是沖程大小引起扭矩的變化；二是沖次變化引起動載荷的變化；三是泵深下深引起井下負荷的變化；四是泵徑引起井下負荷的變化。

（四）電流法測平衡的不準(zhǔn)確因素

目前判斷抽油機平衡率的方法主要有經(jīng)驗法、時間法、電流法、功率法，都存在一定的缺點。

一般情況下采用電流法，存在三方面的缺點：一是操作誤差，電流表連續(xù)顯示電流變化的瞬時值，不同人員的讀數(shù)必然存在差異，造成結(jié)果差異。二是電機受到?jīng)_擊載荷如震動、摩擦、碰掛以及變速箱換向等引起的電流突變，出現(xiàn)異常峰值，偏離正常工作電流，造成誤判。三是電機負載率低的時候，電流法對平衡狀況不敏感，且電流不分正負，會有虛假平衡，不能直接給出調(diào)整位置。

（五）設(shè)備因素對平衡率的影響

設(shè)備因素對平衡率的影響：一是設(shè)備狀況改變，任何一個環(huán)節(jié)傳動效率降低，均會造成電機電流的非正常變化。二是管理因素，部分游梁機曲柄已調(diào)至最大半徑高原機配重塊少。三是設(shè)備類型制約，現(xiàn)場應(yīng)用的機型較多，平衡方式也各不相同。

三、提高抽油機井平衡率的改進對策探討

（一）應(yīng)用永磁同步電機

油井普遍存在含水上升、動液面加深、供液不足的現(xiàn)象。現(xiàn)場普遍采用12型抽油機，由于抽油機機型大，泵掛深，間隙出油，造成抽油機的負荷變化大。抽油機電機和變壓器的負載率很低，供電系統(tǒng)的功率因數(shù)低，無功損耗大，電能的利用率低，機采效率明顯降低。

2017年以來，在62口抽油機拖動系統(tǒng)中應(yīng)用了永磁同步電機，抽油機平衡率有了較大提高。

在安裝后的資料跟蹤過程中，發(fā)現(xiàn)有大部分井的都由平衡變?yōu)椴黄胶?，平衡率由更換前的80.3%降到了更換后的61.1%，經(jīng)過做工作調(diào)平衡后平衡率恢復(fù)到到74.5%，有效地降低了生產(chǎn)單耗、優(yōu)化了抽油機工況。

（二）改變游梁的結(jié)構(gòu)

按照平衡盡量靠近懸點的原則，同時，如果要求曲柄上的扭矩為常數(shù)，那么，驢頭在不同的位置時，由于懸點載荷的不同，所需要的平衡重也應(yīng)該是不同的事實，人們設(shè)計了多種改變游梁結(jié)構(gòu)的抽油機平衡結(jié)構(gòu)，主要有：

1.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)，對游梁式抽油機進行平衡或二次平衡，該平衡方式。該平衡方式，采用了靠近懸點的平衡結(jié)構(gòu)，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(gòu)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，所需的平衡重量將大幅度的增加，不利用整機的優(yōu)化，這種平衡方式，沒有在油田大面積推廣。

2.在游梁上增加固定的半可調(diào)平衡系統(tǒng)

按照抽油機多變量優(yōu)化設(shè)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，通常稱為平衡部分。該技術(shù)是在游梁尾部的合適位置，裝配是個可調(diào)重量重塊，達到游梁復(fù)合平衡的目的。由于平衡靠近井口，且部分按照示功圖的要求設(shè)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(shè)計理論和方法，對于新設(shè)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(shè)計采用復(fù)合平衡技術(shù)的抽油機。

（三）改變曲柄平衡的結(jié)構(gòu)

該類平衡技術(shù)是靠改變曲柄上平衡的結(jié)構(gòu)或增加曲柄上的平衡裝置了實現(xiàn)平衡，達到減少減速箱上扭矩目的的。

1.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，達到平衡的效果。該平衡方法結(jié)構(gòu)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(diào)節(jié)的效果有限。同時，由于在曲柄平衡塊上增加了調(diào)節(jié)裝置，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，降低了系統(tǒng)的可靠性。同時，不能降低曲柄銷上的受力，因此，該種平衡方式?jīng)]能在油田大面積推廣。

2.改變曲柄平衡結(jié)構(gòu)

改變抽油機的平衡結(jié)構(gòu)，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，這些技術(shù)，由于改變了原抽油機基本的平衡方式，嚴(yán)格的說，不屬于平衡的范圍，但屬于平衡技術(shù)的改進，這里也作一簡單的評述。

游梁式抽油機的游梁平衡技術(shù)，是原來小型抽油機普遍采用的平衡技術(shù)，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。

四、結(jié)束語

目前，游梁式抽油機的平衡方式是通過調(diào)整平衡塊來消減抽油機上下沖程的負載差異，抽油機平衡狀況直接影響抽油機四連桿機構(gòu)、減速箱和電機的效率與壽命，對抽油機的工作狀況亦影響很大。目前油田廣泛應(yīng)用電流法調(diào)整平衡，當(dāng)電流平衡比在85 %-100%之間為平衡，但通過現(xiàn)場測試，電流平衡井耗電并非最低，而且現(xiàn)場平衡調(diào)整只能定性調(diào)整操作。為此開展抽油機平衡調(diào)整技術(shù)研究，通過理論研究和現(xiàn)場試驗，確定抽油機最佳節(jié)能范圍，編制平衡調(diào)整程序，定量實施現(xiàn)場平衡調(diào)整，提高游梁式抽油機平衡調(diào)整管理水平，提高工作效率和系統(tǒng)效率，降低抽油井單耗。

【參考文獻】

[1]中國石油學(xué)會、石油大學(xué)編《石油技術(shù)辭典》。北京：石油工業(yè)出版社，1996.

[2]采油技術(shù)手冊編寫組，《采油技術(shù)手冊》。北京：石油工業(yè)出版社，1977.