游梁式抽油機(jī)井不平衡治理技術(shù)探討

孔令路（大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠）

抽油機(jī)是油田主要舉升設(shè)備，某開發(fā)區(qū)目前有機(jī)采井4 798 口，抽油機(jī)比例占80.3%，它結(jié)構(gòu)簡單便于維護(hù)，具有很多的優(yōu)點(diǎn)。但在生產(chǎn)過程中，若它在不平衡狀態(tài)下運(yùn)行，則會導(dǎo)致能耗增加15%～20%，從而導(dǎo)致系統(tǒng)效率降低，能耗增加，并影響抽油機(jī)的連桿、減速箱和電動(dòng)機(jī)壽命，增加了油田的生產(chǎn)成本。

1 抽油機(jī)不平衡原因分析

抽油機(jī)工作時(shí)驢頭懸點(diǎn)始終承受著上下往復(fù)的交變載荷，常規(guī)水驅(qū)采油井的載荷主要受到砂、蠟、水、氣的影響。結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際分析認(rèn)為主要有以下四個(gè)方面的影響因素。

1）由于地質(zhì)結(jié)構(gòu)等因素，導(dǎo)致液面、原油的黏度、含水量、壓力等經(jīng)常發(fā)生變化，或設(shè)計(jì)排量大于油層供液能力時(shí)，又會產(chǎn)生新的不平衡量，而曲柄平衡方式是靜態(tài)固定量調(diào)整，不能動(dòng)態(tài)跟蹤調(diào)整，即使機(jī)械平衡調(diào)整達(dá)到平衡，運(yùn)行時(shí)液面壓力等產(chǎn)生的新的不平衡量，使抽油機(jī)的平衡發(fā)生變化。

2）由于原油含蠟量高，清防蠟方式是井口加防蠟劑和熱洗清防蠟。受自然條件的影響加藥、熱洗周期、熱洗質(zhì)量不能完全執(zhí)行到位，因此油井易結(jié)蠟，就破壞了抽油機(jī)原有的平衡。

3）油井出砂增加了活塞與泵筒之間的摩擦力即增加了抽油機(jī)的運(yùn)行載荷，嚴(yán)重的甚至泵卡死，也可造成抽油機(jī)的不平衡。

4）對抽油機(jī)而言，平衡是相對的，旋轉(zhuǎn)偏心曲柄平衡塊的圓周運(yùn)動(dòng)，造成配重重力的改變，而光桿及液柱的重力是不變的。這種動(dòng)態(tài)的變化也是影響抽油機(jī)平衡的關(guān)鍵因素。

2 抽油機(jī)不平衡理論分析及常用方法

抽油機(jī)在平衡狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)在上、下過程中做的功相等。因此，要想抽油機(jī)在平衡條件下運(yùn)行，理論上應(yīng)使電動(dòng)機(jī)在上、下過程中都做正功且數(shù)值相等。在下沖程中把儲存的能量儲存到平衡塊上，在上沖程中利用儲存的能量來協(xié)助電動(dòng)機(jī)做功。

2.1 電流法測平衡技術(shù)

大慶油田廣泛應(yīng)用電流法調(diào)整平衡，當(dāng)電流比在85%～100%為平衡[1-3]。電流法測平衡技術(shù)是目前比較常用的抽油機(jī)平衡調(diào)整技術(shù)，操作簡單，應(yīng)用方便，但當(dāng)不平衡狀態(tài)時(shí)電動(dòng)機(jī)做負(fù)功運(yùn)動(dòng)，用電流表無法判斷，同時(shí)電流法相對誤差較大。所以電流法適用于現(xiàn)場抽油機(jī)平衡狀態(tài)較好情況，當(dāng)抽油機(jī)嚴(yán)重不平衡時(shí)，或是存在反電流現(xiàn)象，此方法無法有效調(diào)整平衡。

2.2 功率法測平衡技術(shù)

近幾年采油廠陸續(xù)試驗(yàn)了功率法調(diào)節(jié)平衡，功率法測平衡技術(shù)是通過測量電動(dòng)機(jī)的功率變化曲線分析抽油機(jī)的平衡情況。這種判斷方法與電流法原理相同，但該方法可以克服抽油機(jī)的假平衡現(xiàn)象，即當(dāng)抽油機(jī)帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)發(fā)電時(shí)測量的功率曲線為負(fù)值。現(xiàn)場應(yīng)用時(shí)規(guī)定功率比在50%～150%視為平衡[4]。

功率法測試平衡技術(shù)是最接近扭矩平衡的方法，主要是采用抽油機(jī)的上、下沖程的平均功率之比，用該方法指導(dǎo)調(diào)整游梁抽油機(jī)平衡達(dá)標(biāo)率可到95%以上。因此文中所涉及的抽油機(jī)平衡調(diào)整均使用功率法[5-8]。

3 不平衡抽油機(jī)井治理

對現(xiàn)場不平衡抽油機(jī)井進(jìn)行測量分析，經(jīng)統(tǒng)計(jì)某開發(fā)區(qū)目前共有不平衡抽油機(jī)井276口，除去因泵況、液面異常等一些問題井，正常生產(chǎn)條件下存在不平衡現(xiàn)象抽油機(jī)井共182口。通過分析明確了導(dǎo)致這類井不平衡原因，并制定了調(diào)整方案182口抽油機(jī)井不平衡類別及數(shù)量情況統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 182口抽油機(jī)井不平衡類別及數(shù)量情況統(tǒng)計(jì)

3.1 調(diào)整平衡塊力矩、增減平衡塊調(diào)整平衡

對上述不平衡井均運(yùn)用功率法測平衡技術(shù)進(jìn)行調(diào)整，其中通過改變平衡塊的平衡力矩、增減平衡塊來實(shí)現(xiàn)。此方法操作簡單，不需要額外的成本，經(jīng)現(xiàn)場統(tǒng)計(jì)，應(yīng)用功率法測平衡技術(shù)進(jìn)行調(diào)整，一次成功的比例占95%以上，且影響因素也相對較少?，F(xiàn)場共調(diào)節(jié)游梁式抽油機(jī)共152口井，其中前后挪動(dòng)平衡塊124口井，增減平衡塊28口井。這些井的平均功率平衡率由原來的38.41%提高到62.97%，通過測量節(jié)電率為4.35%。

3.2 安裝輔助設(shè)備治理不平衡井

對平衡重不能滿足要求井，即使通過以上方法也存在負(fù)載偏小問題的井，進(jìn)行安裝輔助設(shè)備，如二次節(jié)能減速器、下偏杠鈴裝置、自動(dòng)平衡裝置等使平衡重的儲能達(dá)到平衡儲能的要求，進(jìn)而使抽油機(jī)達(dá)到平衡，此類井共28口，具體方法如下：

1）安裝二次節(jié)能減速器治理不平衡井。抽油機(jī)二次節(jié)能減速器是安裝在低產(chǎn)液井上，一種可降低沖速，改善低產(chǎn)井的供液狀況，降低下沖程懸點(diǎn)做功，增加電動(dòng)機(jī)做功，改善抽油機(jī)平衡狀況的設(shè)備，見二次節(jié)能減速器現(xiàn)場安裝圖（圖1）。

圖1 二次節(jié)能減速器現(xiàn)場安裝圖

通過安裝安裝二次節(jié)能減速器治理不平衡井9口，安裝后沖速由原來的5 min-1降低至3 min-1，產(chǎn)液基本不變，功率平衡率由原來的46.53%提高至88.41%，效果明顯，見二次節(jié)能減速器安裝前后效果對比表（表2）。

表2 二次節(jié)能減速器安裝前后效果對比表

2）進(jìn)行下偏式杠鈴抽油機(jī)改造治理不平衡井。下偏式杠鈴抽油機(jī)是保留原常規(guī)游梁式抽油機(jī)的全部設(shè)計(jì)和可靠耐用等特點(diǎn)基礎(chǔ)上，通過對抽油機(jī)的連桿、曲柄和平衡塊進(jìn)行全部或部分節(jié)能改造，巧妙的與曲柄平衡復(fù)合作用相結(jié)合，使抽油機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)更高效，見下偏式杠鈴抽油機(jī)改造（圖2）。

圖2 下偏式杠鈴抽油機(jī)改造

共改造此類不平衡抽油機(jī)10 口井，改造后，功率平衡率由原來的41.82%提高到79.31%，下偏杠鈴抽油機(jī)改造前后效果對比見表3。

表3 下偏杠鈴抽油機(jī)改造前后效果對比

3）安裝抽油機(jī)自動(dòng)平衡裝置治理不平衡井。抽油機(jī)自動(dòng)平衡裝置安裝在游梁的尾部，根據(jù)天平原理，在游梁尾部增加配重，并依據(jù)力學(xué)中杠桿力的理論，使游梁前后平衡或接近平衡，降低了電動(dòng)機(jī)的輸入功率，達(dá)到節(jié)電的目的[9-10]。

共安裝抽油機(jī)自動(dòng)平衡裝置9口井，功率平衡率由原來的43.56%提高到79.87%，對比數(shù)據(jù)見抽油機(jī)自動(dòng)平衡裝置安裝前后效果對比表（表4）。

現(xiàn)場存在2口井，即使在無平衡塊情況下也存在負(fù)載偏大的現(xiàn)象，這類井為機(jī)型偏大，在有條件的情況下應(yīng)更換型號相對較小的抽油機(jī)。

4 經(jīng)濟(jì)效益

目前，某開發(fā)區(qū)共有抽油機(jī)3 852 口，除去一些因泵況問題導(dǎo)致的不平衡井，在正常生產(chǎn)情況下，不平衡抽油機(jī)井182口，此類抽油機(jī)井應(yīng)用功率法測平衡技術(shù)，通過調(diào)整平衡塊力矩和安裝輔助設(shè)備進(jìn)行調(diào)整。測量調(diào)整前后的能耗數(shù)據(jù)，對比調(diào)整前后平衡率，經(jīng)能耗測試得出調(diào)整后節(jié)電率，數(shù)據(jù)對比如功率法調(diào)整前后效果對比（表5）。

表5 功率法調(diào)整前后效果對比

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，調(diào)整后，平均節(jié)電率為6.50%，按常規(guī)游梁式抽油機(jī)日平均耗電245 kWh，電費(fèi)0.673 9 元/kWh 計(jì)算，182 口井通過功率法測平衡技術(shù)年節(jié)電效益71.3萬元。

5 結(jié)論

功率法測平衡技術(shù)判斷抽油機(jī)的平衡比電流法更符合實(shí)際，操作簡單，能消除電流法在一些情況下的假平衡現(xiàn)象，更適合在現(xiàn)場應(yīng)用。應(yīng)用功率法測平衡技術(shù)調(diào)整182 口抽油機(jī)井，一次成功率達(dá)95%以上，平均節(jié)電率為6.50%，年共創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益71.3萬元。