孫曉麗（大慶油田有限責(zé)任公司第七采油廠）

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葡萄花油田抽油機(jī)平衡調(diào)整技術(shù)應(yīng)用

孫曉麗（大慶油田有限責(zé)任公司第七采油廠）

抽油機(jī)調(diào)平衡是機(jī)械采油管理中一項(xiàng)基礎(chǔ)工作，葡萄花油田主要應(yīng)用電流法、扭矩法、功率法3種平衡調(diào)整技術(shù)。通過對(duì)平衡調(diào)整技術(shù)的技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)利用功率法算出的平衡塊位移量準(zhǔn)確，方法簡(jiǎn)單、方便，且節(jié)電效果較好，適合現(xiàn)場(chǎng)推廣。

抽油機(jī)；平衡；電流法；功率法；拒矩法

抽油機(jī)調(diào)平衡是機(jī)械采油管理中一項(xiàng)基礎(chǔ)工作，抽油機(jī)調(diào)平衡的目的是延長(zhǎng)抽油機(jī)的使用壽命和降低生產(chǎn)能耗[1]。通過對(duì)調(diào)平衡工作量的情況分析，由于措施、新井投產(chǎn)、調(diào)參、作業(yè)等有動(dòng)態(tài)變化的井比較多，且調(diào)平衡的作業(yè)時(shí)間較長(zhǎng)，有時(shí)存在抽油機(jī)平衡調(diào)整不及時(shí)的現(xiàn)象。為解決平衡調(diào)整過程中存在的問題，各油田相繼出現(xiàn)了基于扭矩曲線的峰值扭矩法、均方根扭矩法和基于功率曲線的電能法、功率法、均方根功率法。由于峰值扭矩和負(fù)扭矩影響電動(dòng)機(jī)減速箱的壽命，均方根扭矩（功率）影響電動(dòng)機(jī)的功率，所以在選擇調(diào)平衡方法時(shí)應(yīng)根據(jù)具體情況盡量消除負(fù)功，使電動(dòng)機(jī)、減速器的扭矩變化均勻，使抽油機(jī)安全、節(jié)能的運(yùn)行[2]。

1　技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用效果

目前，葡萄花油田應(yīng)用的抽油機(jī)平衡調(diào)整技術(shù)主要有3種，分為電流法調(diào)平衡技術(shù)、扭矩法調(diào)平衡技術(shù)和功率法調(diào)平衡技術(shù)。

1.1電流法調(diào)平衡技術(shù)

電流法調(diào)平衡技術(shù)是用鉗形電流表測(cè)取光桿上行、下行的電流最大值，用平衡率判斷抽油機(jī)的平衡狀況，平衡率是指下沖程峰值電流與上沖程峰值電流的比值，按照公司對(duì)指標(biāo)管理的統(tǒng)一規(guī)定，當(dāng)平衡率在85%～100%時(shí)，認(rèn)為抽油機(jī)處于平衡狀態(tài)。若平衡率小于85%，平衡塊向曲柄軸端調(diào)，若平衡率大于100%，平衡塊向曲柄末端調(diào)。不平衡時(shí)的調(diào)整方法如式（1）所示。

電流法調(diào)平衡技術(shù)的不足之處在于電流平衡存在虛假平衡問題，電流分不出正負(fù)，發(fā)電與用電都產(chǎn)生電流，一些嚴(yán)重不平衡的井在發(fā)電時(shí)產(chǎn)生一個(gè)很大的電流，但從電流上看抽油機(jī)井還相當(dāng)平衡；對(duì)于功率因數(shù)較低的抽油機(jī)井，電動(dòng)機(jī)電流相對(duì)于抽油機(jī)的載荷變化幅度較小，電流峰值變化并不大，無法真實(shí)反映抽油機(jī)的平衡比；電流調(diào)平衡工作效率低，電流法調(diào)平衡只知道平衡塊的調(diào)整方向，不確定調(diào)整距離，需要多次調(diào)整才能到位，增加了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度；易存在人為誤差，通過測(cè)量抽油機(jī)的上下電流峰值來計(jì)算平衡比，這種方法錄取的是瞬時(shí)峰值電流，存在一定的人為誤差，同一口井同時(shí)由不同的人測(cè)量會(huì)出現(xiàn)不同的結(jié)果。但由于電流法調(diào)平衡方法簡(jiǎn)單，仍被廣泛采用[4]。

1.2扭矩法調(diào)平衡技術(shù)

對(duì)抽油機(jī)的運(yùn)行能耗進(jìn)行分析，抽油機(jī)的機(jī)械傳動(dòng)損耗與電動(dòng)機(jī)的固定損耗是相對(duì)不變的，電動(dòng)機(jī)的變動(dòng)損耗隨電流成正比，因此，要確保抽油機(jī)最節(jié)能，就要使電動(dòng)機(jī)的變動(dòng)損耗最小，即均方根電流最小，抽油機(jī)的負(fù)載扭矩決定電流的大小。扭矩法調(diào)平衡技術(shù)是使抽油機(jī)在一個(gè)周期內(nèi)凈扭矩均方根值最小，使電動(dòng)機(jī)的損耗達(dá)到最低，從而達(dá)到節(jié)電目的。

扭矩法調(diào)平衡技術(shù)通過地面示功圖測(cè)試，利用軟件與示功圖進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)對(duì)接，采集上、下沖程中各點(diǎn)的載荷數(shù)據(jù)，結(jié)合抽油機(jī)運(yùn)動(dòng)幾何參數(shù)計(jì)算出凈扭矩，根據(jù)凈扭矩值得出平衡塊的最佳調(diào)整位置及方向。

以1#井為例，通過對(duì)比電流法調(diào)平衡與扭矩法調(diào)平衡效果，扭矩法調(diào)平衡技術(shù)具有一定的節(jié)能效果（圖1、圖2）。

圖1　試驗(yàn)前扭矩曲線

圖2　試驗(yàn)后扭矩曲線

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比測(cè)試100口井，平均單井日節(jié)電4.66kWh，節(jié)電率3.7%。其中90口井應(yīng)用電流法判斷為平衡井，再應(yīng)用扭矩法調(diào)平衡技術(shù)進(jìn)行平衡調(diào)整，平均單井日節(jié)電4.32 kWh，節(jié)電率達(dá)到3.5%；10口井應(yīng)用電流法判斷為不平衡井，應(yīng)用扭矩法調(diào)平衡技術(shù)進(jìn)行平衡調(diào)整，平均單井日節(jié)電7.72 kWh，節(jié)電率達(dá)到5.5%。

扭矩法調(diào)平衡技術(shù)是根據(jù)實(shí)測(cè)功圖，繪制扭矩曲線來調(diào)整抽油機(jī)平衡，考慮抽油機(jī)整個(gè)運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)的平衡狀況，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行精確計(jì)算，比電流法調(diào)平衡方式更加科學(xué)、合理，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了工作時(shí)間；同時(shí)，在電流法調(diào)平衡的基礎(chǔ)上取得一定的節(jié)電效果。缺點(diǎn)為由于抽油機(jī)扭矩曲線無法直接測(cè)量，需要進(jìn)行大量計(jì)算，應(yīng)用不方便。若出現(xiàn)抽油機(jī)平衡塊不規(guī)則等造成抽油機(jī)幾何參數(shù)不匹配時(shí)，實(shí)施扭矩法調(diào)平衡可能導(dǎo)致耗電量升高。

1.3功率法調(diào)平衡技術(shù)

功率法調(diào)平衡技術(shù)以抽油機(jī)最節(jié)能和最安全為目標(biāo)，對(duì)抽油機(jī)功率曲線進(jìn)行傅立葉分解，通過調(diào)整平衡塊位置，改變一階正弦分量的大小（不平衡扭矩），使均方根功率最小，達(dá)到節(jié)能的目的。平衡塊調(diào)整量計(jì)算公式如公式（2）所示。

式中：ΔL——平衡塊移動(dòng)量，m；

b1——均方根功率計(jì)算公式的一階正弦分量，kW;

G——平衡塊重，t；

ω——角速度，rad/s。

按照中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《游梁式抽油機(jī)平衡及操作規(guī)程》（Q/SY 1233—2009）中規(guī)定，功率法平衡率判定標(biāo)準(zhǔn)為功率平衡比為抽油機(jī)上下沖程平均功率之比，以較大值為分母；當(dāng)上下沖程的平均功率有一項(xiàng)為零或負(fù)值時(shí)，功率平衡比為零；當(dāng)功率平衡比小于0.5時(shí)，可判定抽油機(jī)不平衡。

以功率不平衡、電流平衡的2#井為例，電動(dòng)機(jī)電流相對(duì)于抽油機(jī)載荷變化很小，無法真實(shí)反映抽油機(jī)的平衡比，利用功率法調(diào)平衡后，不平衡扭矩由52.95 N·m下降至10.34 N·m，抽油機(jī)達(dá)到平衡狀態(tài)，運(yùn)行更加平穩(wěn)，節(jié)電率7.4%（表1）。

表1　功率法調(diào)平衡技術(shù)應(yīng)用效果

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比測(cè)試81口井，調(diào)整后不平衡扭矩絕對(duì)值由97.3 N·m下降至14.9 N·m，功率平衡率由24.7%提高到84.1%，電流平衡率由104.32%下降至96.38%；平均單井日節(jié)電 10.51 kWh，節(jié)電率9.4%。

功率法調(diào)平衡技術(shù)使抽油機(jī)不平衡扭矩大幅度下降，減少了電動(dòng)機(jī)及減速箱的磨損，依據(jù)功率法計(jì)算出的位移量指導(dǎo)平衡調(diào)整，比較準(zhǔn)確，基本上可以一次性調(diào)好，但同樣存在平衡塊形狀不規(guī)則時(shí)，無法計(jì)算其準(zhǔn)確重量，影響調(diào)平衡效果的問題。

2　結(jié)論及認(rèn)識(shí)

1）電流法調(diào)平衡技術(shù)簡(jiǎn)單，但存在虛假平衡現(xiàn)象，扭矩法調(diào)平衡比電流法調(diào)平衡方式更加科學(xué)、合理，但計(jì)算量大，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用不方便，用功率法算出的平衡塊位移量準(zhǔn)確，方法簡(jiǎn)單、方便，且節(jié)電效果較好，適合現(xiàn)場(chǎng)推廣。

2）在功率法調(diào)平衡技術(shù)的推廣應(yīng)用過程中，可針對(duì)不同區(qū)塊摸索調(diào)平衡的合理界限，使抽油機(jī)運(yùn)行更加平穩(wěn)，同時(shí)取得更好的節(jié)能效果。

3）扭矩法與功率法調(diào)平衡技術(shù)都存在抽油機(jī)平衡塊形狀不規(guī)則時(shí)，影響調(diào)平衡效果的問題，需進(jìn)一步解決。

[1]王靈志.抽油機(jī)井調(diào)平衡技術(shù)的研究[J].科技創(chuàng)業(yè)家，2012 （18）：82.

[2]王偉，檀朝東，王辛涵，等.抽油機(jī)井平衡設(shè)計(jì)及調(diào)整技術(shù)綜述[J].中國(guó)石油和化工，2011（2）：59-61.

[3]張琪.采油工程原理與設(shè)計(jì)[M].山東：石油大學(xué)出版社，2000：129.

[4]侯立功，劉超，陶明.雙驢頭抽油機(jī)平衡調(diào)整的簡(jiǎn)易方法[J].油氣田地面工程，2008，27（7）：52-53.

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.03.005

2015-11-30

（編輯 沙力妮）?

孫曉麗，工程師，2008年2月畢業(yè)于西安石油大學(xué)，從事采油工程相關(guān)工作，E-mail：jiandingbuyi@163.com，地址：黑龍江省大慶市大同區(qū)第七采油廠工程技術(shù)大隊(duì)，163517。