抽油机功率曲线的生产应用

曹玉林 李晓涵 陈晓贺 冯成宝 陈俊聪 侯兆锋

1大庆油田采油五厂2浙江大学理学院3大庆恒通电子有限公司

抽油机功率曲线的生产应用

曹玉林1李晓涵1陈晓贺1冯成宝2陈俊聪1侯兆锋3

1大庆油田采油五厂2浙江大学理学院3大庆恒通电子有限公司

通过功率曲线的测试，实现了对交变载荷设备运行状况的认识由模糊变得清晰，可以广泛用于交变载荷设备运行的测试、分析和调整。合理匹配装机功率可大幅降低无功消耗，可根据电机效率与负载利用率关系曲线以及抽油机有功功率曲线，指导抽油机平衡调整和评价平衡调整。检测抽油机运行状态，进行综合调整有助于提高抽油机井机械能转换效率。运用功率曲线，可检查抽油机维修质量，确定抽油机的适用性，并快速评价电机质量的优劣。

功率曲线；抽油机井；装机功率；平衡调整

通过功率曲线的测试，实现了对交变载荷设备运行状况的认识由模糊变得清晰，可以广泛用于交变载荷设备运行的测试、分析和调整。如何让功率曲线测试变得快速、简捷，使功率曲线得以广泛运用，是多年来困扰现场应用的主要问题。应用大庆恒通电子有限公司生产的HTP便携式能效分析仪及其系列仪器，使这一问题得到解决。

1 合理匹配装机功率

以CYJ10—3.0—37HB型抽油机为例，从功率曲线可以看，最大功率接近了25 kW，而依据峰值匹配电机，应选用30 kW或更大电机。但该井正常生产时，达到峰值时的功率仅在瞬间出现，绝大部分时间电机输出功率在18.5 kW以下，因此可以匹配18.5 kW电机。现场将37 kW电机更换为18.5 kW电机后，一直正常运行，无功消耗大幅下降。调整前后功率因数曲线见图1、图2，数据对比见表1。

图1 装机功率调整前功率因数曲线

图2 装机功率调整后功率因数曲线

表1 调整装机功率前后数据对比

2 抽油机平衡调整和评价

传统的抽油机节能方法是通过抽油机上、下冲程最大电流平衡调整，降低装机功率和无功消耗，提高电机工作效率来实现抽油机节能。

图3为电机效率与负载利用率关系曲线，图4为抽油机有功功率曲线。从图3和图4可以看出，通过调整抽油机上、下冲程最大电流（功率）平衡，能够降低电机运行的最大电流（功率），从而降低装机功率和空载功率，提高工作效率，达到节能的目的。

图3 负载利用率与效率关系曲线

图4 有功功率曲线

3 抽油机运行状态检测与调整

3.1 上冲程做负功

当d Amu=（Wr′+WL′）×ΔS-mgL sinφdφ＜0（180°≥φ≥0°）时，电机做负功。上冲程出现负功的实质是，平衡块在向下运动过程中，在一定角度范围内，平衡块释放的能量大于举升抽油杆及液柱所需要的能量，导致电机被动转动，向线路输出电能。其现象有平衡偏置角超前和举升载荷减小两种情况。

（1）偏置角超前。例如某井在上冲程开始时曲柄方向释放的能量大于举升杆柱、液柱需要的能量，而带动电机做负功。通过调整平衡偏置角后，机械能转换效率达到100%，负功消失，有功能耗下降。调整前后有功功率曲线见图5、图6，偏置角超前调整前后效果对比见表2。

图5 偏置角超前调整前有功功率曲线

图6 偏置角超前调整后有功功率曲线

表2 偏置角超前调整前后效果对比

（2）举升载荷变小。举升载荷变小有两种情况：一种是注水受效或泵管漏失造成动液面升高，有效举升高度变小；另一种是抽油杆断脱。针对这两种情况，采取调参检泵等措施即可解决。

3.2 下冲程做负功

当d Amu=mgL sinφdφ-ΔS＜0（0°≤φ≤180°）时，电机做负功，可分为两种情况：

（1）平衡偏置角滞后。例如某井在下冲程开始时载荷方向释放的能量大于举升曲柄、平衡块所需要的能量，带动电机做负功。通过调整平衡偏置角后，机械能转换效率提高，负功基本消失，有功能耗下降。偏置角调整前后有功功率曲线见图7、图8，效果对比见表3。

图7 偏置角滞后调整前有功功率曲线

图8 偏置角滞后调整后有功功率曲线

表3 偏置角滞后调整前后效果对比

（2）油井供液能力下降。例如某井正常生产时，动液面956m，泵效50.2%，在泵况控制图中属于合理区，但是通过功率曲线测试发现，180°附近出现负功，见图9。分析原因是：下冲程开始时，悬点方向未能及时卸载，悬点载荷释放的能量大于举升曲柄及平衡块所需要的能量，带动电机做负功。通过改善供采关系即可消除负功，从而达到降低有功消耗的目的，见图10。调整前后数据对比见表4。

图9 供采关系调整前有功功率曲线

图10 供采关系调整后有功功率曲线

表4 供采关系调整前后数据对比

4 抽油机维修质量检查

以某井为例，该井使用CYJY10—3.0—37HB型抽油机，抽油机减速箱损坏后，现场维修后安装生产。通过功率曲线测试发现，此时的功率曲线基本没有同类机型的曲线特征，其功率曲线如图11、图12所示。后经功图测试，发现该井采用2.5m冲程生产，实际冲程只有1.95m；同时发现该井正反转能耗没有变化。分析该井减速箱不是原抽油机减速箱，且曲柄安装与抽油机设计运行方向相反。其正反转数据对比见表5。

图11 反转功率曲线

图12 正转功率曲线

表5 正反转数据对比

5 抽油机的适用性检查

现场测试过程中，某厂家生产的CYJY6—2.5—26HB型抽油机在绝大多数井上都显示旋转角度为180°和360°时同时存在负功，如图13所示。该种机型共测试12口井，其中11口井存在曲线不能调整的情况。

图13 某厂家抽油机功率曲线（目前不能调整）

同样，对另一厂家生产的CYJY6—2.5—26HB型抽油机进行测试，在动液面正常的情况下，基本没有出现负功现象，如图14所示。

图14 另一厂家抽油机功率曲线（无需调整）

通过以上曲线分析，说明通过功率曲线测试，可以对抽油机的适用性进行检查和判断，从而指导后续抽油机的选型和选厂。

6 电机质量的评价

通过对电机空载功率的测试，可以测得电机空载时的有功功率、无功功率等数据，从而初步判断电机的特性。测试数据对比见表6。

表6 电机空载功率测试数据对比

通过数据分析发现，空载有功消耗高，说明电机机械加工精度低，造成电机自身有功消耗偏高，现场无法解决。而电机无功消耗偏高，说明电机自身导磁率低，磁通量漏失量大，这种情况可以通过加大配电箱补偿电容进行无功补偿，降低线路无功消耗来解决。

7 结语

（1）合理匹配装机功率可大幅降低无功消耗，可根据电机效率与负载利用率关系曲线以及抽油机有功功率曲线，指导抽油机平衡调整和评价平衡调整。

（2）检测抽油机运行状态，进行综合调整有助于提高抽油机井机械能转换效率。

（3）运用功率曲线，可检查抽油机维修质量，确定抽油机的适用性，并快速评价电机质量的优劣。

（0459）4511066、cyulin@petrochina.com.cn

（栏目主持杨军）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.6.001

曹玉林：1986年毕业于沈阳黄金专科学校，2003年毕业于大庆石油学院，现任大庆油田采油五厂太北作业区经理。