抽油機(jī)在線平衡調(diào)整技術(shù)應(yīng)用效果分析

黃萬(wàn)龍（大慶油田有限責(zé)任公司第八采油廠）

抽油機(jī)在線平衡調(diào)整技術(shù)應(yīng)用效果分析

黃萬(wàn)龍（大慶油田有限責(zé)任公司第八采油廠）

目前，現(xiàn)場(chǎng)平衡調(diào)整主要依靠人工調(diào)整平衡塊實(shí)現(xiàn)，一方面需要停井操作，影響生產(chǎn)；另一方面頻繁調(diào)整造成工作量大、調(diào)整不及時(shí)，也存在安全隱患。針對(duì)上述問(wèn)題，應(yīng)用了抽油機(jī)在線平衡調(diào)整裝置。在線平衡調(diào)整裝置通過(guò)在抽油機(jī)的游梁上加裝配重，由遙控器控制太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)使配重前后移動(dòng)，改善系統(tǒng)受力狀況，達(dá)到平衡調(diào)整的目的。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及其應(yīng)用效果分析表明：該裝置可實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)不停井平衡調(diào)整，在配重調(diào)整范圍內(nèi)，可調(diào)整電流2 A、功率2 kW；平均日節(jié)電9.8 kWh；當(dāng)平均功率平衡度控制在70%～120%范圍時(shí)，抽油機(jī)既能達(dá)到最佳平衡范圍，又能實(shí)現(xiàn)最佳能耗狀態(tài)。

游梁式抽油機(jī)；在線平衡調(diào)整；功率法；電流法；效果評(píng)價(jià)

隨著油田開(kāi)發(fā)的不斷深入，抽油機(jī)井?dāng)?shù)不斷增加，機(jī)采耗電也隨之連年遞增，約占油田總用電量的47%（圖1），控制機(jī)采耗電已經(jīng)成為油田節(jié)能降本的重點(diǎn)方向之一。平衡不僅是機(jī)采設(shè)備安全、平穩(wěn)運(yùn)行的基礎(chǔ)，更是節(jié)能運(yùn)行的保證。在外圍低滲透油田，井深、油稠、含蠟量高等因素使井況變化復(fù)雜，抽油機(jī)能耗攀升，這使平衡調(diào)整成為了機(jī)采節(jié)能的重要手段。但是，現(xiàn)場(chǎng)平衡調(diào)整主要采用調(diào)整平衡塊位置來(lái)實(shí)現(xiàn)，雖然借助一些調(diào)平衡工具，調(diào)一次平衡也得需要半個(gè)小時(shí)左右，頻繁的平衡調(diào)整耗費(fèi)大量的人力、物力，影響其他正常生產(chǎn)維護(hù)工作。因此，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)迫切需求，應(yīng)用了在線平衡調(diào)整裝置，能夠滿足降低平衡調(diào)整工作量、降低機(jī)采能耗、不影響產(chǎn)量等要求。

圖1 近年機(jī)采耗電情況

1 平衡調(diào)整現(xiàn)狀

目前，抽油機(jī)常規(guī)平衡調(diào)整主要采用關(guān)停抽油機(jī)，人工調(diào)整平衡塊前后位置的方式。該種調(diào)整方式不僅需要工具多、操作繁瑣，而且存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、調(diào)整精度低、工作效率低、安全性差、影響單井產(chǎn)量等問(wèn)題。一些油田上也研究應(yīng)用過(guò)各種樣式的平衡調(diào)整工具和自動(dòng)平衡調(diào)整裝置，但是統(tǒng)一存在技術(shù)設(shè)備復(fù)雜、安全穩(wěn)定性差等問(wèn)題，因而不能得到廣泛推廣應(yīng)用[1-9]。

在線平衡調(diào)整裝置通過(guò)在抽油機(jī)的游梁上加裝配重，由遙控器控制太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)使配重前后移動(dòng)，改善系統(tǒng)受力狀況，達(dá)到平衡調(diào)整的目的。該裝置應(yīng)用前期進(jìn)行過(guò)2口井現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，得出平衡調(diào)整無(wú)需停機(jī)，能夠?qū)崿F(xiàn)在線調(diào)整抽油機(jī)平衡、避免停井影響、減少勞動(dòng)強(qiáng)度、降低生產(chǎn)能耗、增加安全性能的試驗(yàn)結(jié)論[10]。由于沒(méi)有其他相關(guān)資料和成熟經(jīng)驗(yàn)借鑒，該裝置能夠降低多少能耗？實(shí)現(xiàn)多大范圍內(nèi)的平衡調(diào)整？在哪個(gè)平衡區(qū)間內(nèi)能耗最低？裝置存在哪些不足？有哪些可以作為潛力挖掘？這些問(wèn)題都需要在應(yīng)用過(guò)程中逐步的探索與發(fā)現(xiàn)。

2 應(yīng)用效果分析

2.1 節(jié)能降本效果

現(xiàn)場(chǎng)選取38口井應(yīng)用在線平衡調(diào)整裝置，單井平均泵深1375 m，產(chǎn)液量4.9 t/d。隨機(jī)測(cè)試了5口井平衡調(diào)整狀況，統(tǒng)一按照標(biāo)尺在0點(diǎn)左右各選4個(gè)測(cè)試點(diǎn)，平均分配裝置行程，進(jìn)而通過(guò)8個(gè)測(cè)試點(diǎn)測(cè)試抽油機(jī)平衡和能耗變化情況。從節(jié)能角度分析，測(cè)試結(jié)果反映出應(yīng)用在線平衡調(diào)整裝置可以實(shí)現(xiàn)單井日耗電降低5.8～18.7 kWh，平均單井日耗電降低9.8 kWh的節(jié)能效果（表1）。

表1 在線平衡調(diào)整裝置測(cè)試情況統(tǒng)計(jì)

按此節(jié)能效果，單井年節(jié)電3577 kWh，單井年節(jié)約成本2 282.5元。按單井泵徑38 mm，沖程3 m，沖速4 min-1，含水67%，泵效30%，每次平衡調(diào)整減少30 min，年調(diào)整12次計(jì)算，單井年少影響原油產(chǎn)量約0.85 t。

2.2 平衡調(diào)整效果

在線平衡調(diào)整裝置的配重為1 t，配重在整個(gè)行程內(nèi)能夠影響平衡的程度必然存在一定的范圍。

峰值電流平衡度方面，在線平衡調(diào)整裝置運(yùn)行的整個(gè)行程內(nèi)，可以影響峰值電流平衡度13.7～20.4個(gè)百分點(diǎn)，平均為17.9個(gè)百分點(diǎn)（表1）。目前，油田內(nèi)部抽油機(jī)井節(jié)能運(yùn)行的峰值電流平衡度標(biāo)準(zhǔn)為85%～100%。所以，應(yīng)用在線平衡調(diào)整裝置，一般情況下可以對(duì)峰值電流平衡度在67%～118%范圍內(nèi)的井調(diào)整到平衡狀態(tài)。

平均功率平衡度方面，在線平衡調(diào)整裝置運(yùn)行的整個(gè)行程內(nèi)，可以影響平均功率平衡度18.7～66.9個(gè)百分點(diǎn)，平均影響46.8個(gè)百分點(diǎn)（表1）。目前，規(guī)范中平均功率平衡度標(biāo)準(zhǔn)為上下沖程平均功率小/大在0.5～1范圍內(nèi)即為平衡，換算成常用的下/上為50%～200%。按此標(biāo)準(zhǔn)推算，應(yīng)用在線平衡調(diào)整裝置，一般情況下可以對(duì)平均功率平衡度在3%～247%范圍內(nèi)的井調(diào)整到平衡狀態(tài)，幾乎可以使絕大部分的井達(dá)到平衡狀態(tài)。顯然，這個(gè)結(jié)果是不科學(xué)的，反映出功率平衡標(biāo)準(zhǔn)過(guò)于寬泛，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)并不能作為抽油機(jī)最佳節(jié)能運(yùn)行狀態(tài)的判別標(biāo)準(zhǔn)。而油田內(nèi)部目前并沒(méi)有給出抽油機(jī)井節(jié)能運(yùn)行的平均功率平衡度標(biāo)準(zhǔn)，有待進(jìn)一步研究。

此外，從峰值電流平衡度和平均功率平衡度變化幅度可以看出，平均功率平衡度相對(duì)于峰值電流平衡度反映平衡變化情況要敏感，更能發(fā)現(xiàn)抽油機(jī)運(yùn)行系統(tǒng)能耗的細(xì)微變化，平衡調(diào)整效果更好。

2.3 技術(shù)性能效果

應(yīng)用在線平衡調(diào)整技術(shù)，可以簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下的平衡調(diào)整，只要按測(cè)試結(jié)果判斷調(diào)整方向，用遙控器調(diào)整配重位置即可。但是，配重在整個(gè)行程內(nèi)，基本可以調(diào)整電流2 A，功率2 kW（表2）。如果抽油機(jī)處于嚴(yán)重不平衡狀態(tài)，則無(wú)法僅利用在線平衡調(diào)整裝置實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)平衡。

表2 電流、功率測(cè)試情況統(tǒng)計(jì)

因此，在線平衡調(diào)整裝置安裝后，必須人工進(jìn)行平衡調(diào)整。調(diào)整時(shí)，將配重保持在零點(diǎn)位置，人工調(diào)整平衡塊位置，使抽油機(jī)處于平衡運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)?shù)叵碌刭|(zhì)情況變化，引起抽油機(jī)平衡再次發(fā)生變化時(shí)，依據(jù)測(cè)試情況遙控配重位置，就可以輕松實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)運(yùn)行的平衡狀態(tài)。

2.4 存在問(wèn)題

1）裝置性能優(yōu)化。應(yīng)用在線平衡調(diào)整裝置調(diào)整平衡無(wú)需停止抽油機(jī)，但是平衡調(diào)整時(shí)仍需要人工多次測(cè)試與調(diào)試，才能調(diào)試到最佳節(jié)能運(yùn)行狀態(tài)。如果在裝置內(nèi)部添加自動(dòng)測(cè)試、采集、調(diào)節(jié)系統(tǒng)，定期采集測(cè)試結(jié)果自動(dòng)調(diào)整配重位置，無(wú)需人工多次測(cè)試與調(diào)試，就可以實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)平衡自動(dòng)在線調(diào)整。所以，可將該技術(shù)進(jìn)一步優(yōu)化，從而提升自動(dòng)化程度，簡(jiǎn)化操作。

2）配重不宜過(guò)大。在線平衡調(diào)整裝置采用的是太陽(yáng)能板與蓄電池的動(dòng)力系統(tǒng)，提供的動(dòng)力有限，配重過(guò)大會(huì)造成動(dòng)力系統(tǒng)負(fù)荷過(guò)高，易燒保險(xiǎn)。所以，從提高系統(tǒng)安全性能角度出發(fā)，在線平衡調(diào)整裝置上增加了順推功能，配重在下坡時(shí)移動(dòng)，避免發(fā)生安全隱患。

3）六型機(jī)存在配重不足?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的部分六型機(jī)平衡塊已經(jīng)調(diào)整到最外側(cè)，因配重輕而無(wú)相應(yīng)型號(hào)的配重問(wèn)題，抽油機(jī)處于欠平衡狀態(tài)，安裝在線平衡調(diào)整裝置仍不能全部調(diào)整到平衡狀態(tài)。所以，不能完全依靠在線平衡調(diào)整裝置去改變平衡狀況，該裝置適合對(duì)井況變化頻繁的抽油機(jī)井，進(jìn)行平衡狀態(tài)的微調(diào)。

3 最佳功率平衡范圍探討

應(yīng)用在線平衡調(diào)整裝置調(diào)整平衡簡(jiǎn)單、方便，但是調(diào)整到哪個(gè)范圍既能達(dá)到最佳平衡狀態(tài)，又能達(dá)到最佳能耗狀態(tài)，需要進(jìn)一步的研究探討。相關(guān)研究試驗(yàn)表明，在峰值電流法處于平衡狀態(tài)下的井，應(yīng)用平均功率法調(diào)整平衡后，依然得到較好的節(jié)能效果，而且依據(jù)平均功率法判別平衡更加精確，可以避免虛假平衡現(xiàn)象的發(fā)生，這主要是其平衡原理的優(yōu)越性決定的[11-13]。對(duì)比峰值電流平衡度與平均功率平衡度的影響范圍可以發(fā)現(xiàn)，平均功率平衡度變化幅度大，反映出平均功率平衡度對(duì)低滲透油田井況運(yùn)行變化的反應(yīng)更為敏感。因此，有必要對(duì)判別更加精準(zhǔn)、運(yùn)行更加節(jié)能的平均功率平衡度與能耗關(guān)系做進(jìn)一步分析，探討最佳能耗區(qū)間下的平均功率平衡度范圍。

由于在線平衡調(diào)整裝置受調(diào)整平衡范圍的限制，只能綜合分析測(cè)試井能耗與平均功率平衡度的變化趨勢(shì)。從A5井有功功率隨平均功率平衡度變化情況可以看出，在平均功率平衡度達(dá)到70%以后，有功功率變化放緩（圖2）。從A2井有功功率隨平均功率平衡度變化情況可以看出，在平均功率平衡度達(dá)到120%以后，有功功率變化幅度較大（圖3）。由于在線平衡調(diào)整裝置能夠調(diào)整的有功功率區(qū)間在0.4 kW左右（表1），那么在0.2 kW這個(gè)范圍內(nèi)，能夠?qū)崿F(xiàn)最佳能耗狀態(tài)較為合理。

從圖2與圖3平均功率平衡度與有功功率關(guān)系上可以分析得出，平均功率平衡度在70%～120%范圍內(nèi)，有功功率的變化幅度較小，不足0.2 kW。因此，將平均功率平衡度控制在70%～120%范圍時(shí)，抽油機(jī)既能保證處于最佳平衡范圍內(nèi)，又能實(shí)現(xiàn)最佳能耗狀態(tài)。

圖2 A5井平均功率平衡度與有功功率關(guān)系

圖3 A2井平均功率平衡度與有功功率關(guān)系

4 結(jié)論

1）應(yīng)用在線平衡調(diào)整裝置，在配重調(diào)整范圍內(nèi)，可調(diào)整電流2 A，功率2 kW，可實(shí)現(xiàn)平均日節(jié)電9.8 kWh的節(jié)能效果。

2）在線平衡調(diào)整裝置安裝后，在配重保持在零點(diǎn)位置時(shí)，人工調(diào)整平衡塊，將抽油機(jī)調(diào)整為平衡狀態(tài)。當(dāng)?shù)叵碌刭|(zhì)情況變化，引起抽油機(jī)平衡再次發(fā)生變化時(shí)，依據(jù)測(cè)試情況遙控配重位置，就可以輕松實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)運(yùn)行的平衡狀態(tài)。

3）在線平衡調(diào)整裝置僅適用于已平衡井因地下地質(zhì)條件變化引起的平衡微調(diào)狀況，不能僅靠在線平衡調(diào)整裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)嚴(yán)重不平衡井的平衡狀態(tài)。

4）平均功率平衡度相對(duì)于峰值電流平衡度反映平衡變化情況更為敏感，更能發(fā)現(xiàn)抽油機(jī)運(yùn)行系統(tǒng)能耗的細(xì)微變化，將平均功率平衡度控制在70%～120%范圍時(shí)，抽油機(jī)既能達(dá)到最佳平衡范圍，又能實(shí)現(xiàn)最佳能耗狀態(tài)。

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10.3969/j.issn.2095-1493.2017.04.010

2016-12-28

（編輯 王艷）

黃萬(wàn)龍，工程師，2008年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院（機(jī)械設(shè)計(jì)制造與自動(dòng)化專業(yè)），從事機(jī)采管理工作，E-mail：huangwanlong@petrochina.com.cn，地址：黑龍江省大慶市大慶油田有限責(zé)任公司第八采油廠工程技術(shù)大隊(duì)機(jī)采室，163514。