抽油机自动平衡跟踪装置的设计与应用

2013-05-04谢凡玲大庆油田有限责任公司第六采油厂

石油石化节能 2013年1期

谢凡玲（大庆油田有限责任公司第六采油厂）

抽油机自动平衡跟踪装置的设计与应用

谢凡玲（大庆油田有限责任公司第六采油厂）

摘要：抽油机是油田生产的主要采出方式，目前喇嘛甸油田现有游梁式抽油机两千余台，其电能消耗占机采井耗电量的一半。抽油机平衡是影响抽油机设备正常运行、能耗和成本支出的关键因素。针对如何减少抽油机井能耗问题，设计出了抽油机“自动平衡跟踪装置”。该装置运用在游梁尾部增设 “钟摆式自动平衡跟踪装置”，在抽油机上下运行时，“钟摆”通过改变其位置，使抽油机自动达到平衡的原理。通过两口井的现场应用表明，该装置可使抽油机的系统效率平均提高 17.1%，节能效果明显，具有较大的应用潜力。

关键词：游梁式抽油机自动平衡节能降耗应用分析

1　概述

游梁式抽油机以其结构简单、性能稳定、维修维护方便，不受地理位置影响等优势，至今仍然是油田采油普遍使用的主要举升设备，占抽油机总量的 90%以上，其设备成本和耗电量占油田生产成本的比重较大。

目前，抽油机平衡方式主要有曲柄平衡、游梁平衡、下偏杠铃平衡等几种方式，这些平衡方式都大大改善了抽油机的平衡问题，确保了抽油机的正常运转，降低了能耗。但这些方式都属于静态平衡，平衡装置在抽油机运行时是相对不动的，在改善抽油机平衡方面都有它们的局限性，使节能效果无法更近一步提高。针对这一问题，研究了“抽油机自动平衡跟踪装置”，更好的解决了小型抽油机的动态平衡问题，达到了更好的节能降耗的目的。

2　游　梁　式　抽　油机　平　衡　计　算[1]

抽油机运转不平衡，是因为上、下冲程中悬点载荷不同，造成电动机在上、下冲程中所做的功不相等。要使抽油机在平衡条件下运转，就应使电动机在上、下冲程中都作正功：在下冲程中把能量储存起来；在上冲程中利用储存的能量来帮助电动机做功。

在抽油机后梁上加一重物，在下冲程中让抽油杆自重和电动机一起对重物做功，则：

式中：

AW——下冲程中抽油杆自重和电动机对重物所做的功，即重物储存的功；

Ad——抽油杆柱对重物所作的功，即悬点在下冲程中做的功；

Amd——电动机在下冲程中对重物做的功，即电动机在下冲程中做的功。

由上式可得：

在上冲程中，将重物储存的能量释放出来和电动机一起对悬点做功，则：

式中：

Au——上冲程中悬点做的功；

Amu——上冲程中电动机做的功。

要使抽油机平衡，应该让电动机在上、下冲程中做的功相等，即：

为了达到平衡，在下冲程需要对重物做的功和上冲程中需要重物释放的能量的关系应为：

上式说明：为了使抽油机平衡运转，在下冲程中需要储存的能量应该是悬点在上、下冲程中所做功之和的一半。

上冲程悬点所做的功：

下冲程悬点所做的功：

代入公式则得：

Wr——抽油杆柱载荷，N；

Wl——作用在柱塞上的液柱载荷，N；

S——抽油机冲程，m。

如图1所示：抽油机达到平衡所需要的游梁平衡块重：

Wb——游梁平衡块重，N；

Xuc——抽油机不平衡值（可由厂家提供）。

图1　抽油机游梁平衡图

3　抽油机自动平衡跟踪装置原理

抽油机“自动平衡跟踪装置”在保留了游梁式抽油机的全部优点基础上，游梁尾部增设了“钟摆式自动平衡跟踪装置”，当游梁式抽油机前驴头上行时，“自动平衡跟踪装置”控制系统给制动电动机发出信号，经减速器把配重块向后向上旋转90°角，实现与抽油杆杆重加液柱重量平衡。当游梁式抽油机前驴头下行时，控制系统发出返回信号，制动电动机经减速器把配重块向前向上旋转 90°角，实现抽油杆杆重平衡。使抽油机的上、下运动始终处在平衡的轻载荷下运行，从而达到高效节能的目的，而原有游梁式抽油机运行方式不变。抽油机自动平衡跟踪装置结构及运行见图2。

抽油机自动平衡跟踪装置的运行方式具体为：当驴头接近下死点时，摆铃向后向上旋转，使前后重量平衡，抽油机电动机正常运行；抽油机前后平衡，抽油机上行，主电动机正常运行；当驴头接近上死点时，摆铃向前向下旋转，使前后重量平衡，抽油机电动机正常运行；抽油机前后平衡，抽油机下行，主电动机正常运行。