抽油机井功率法平衡调整在低渗透油田的应用

2014-08-13刘杰大庆油田有限责任公司第十采油厂

石油石化节能 2014年10期

刘杰（大庆油田有限责任公司第十采油厂）

据2013年低渗透油田机采能耗设备调查结果可知，全油田在用抽油机井2620台，其中常规游梁抽油机、低矮及双驴头抽油机井等使用传统电流法平衡调整的抽油机共2512口井，占总井数的95.9%。为了摸清这些抽油机的实际平衡状况，对试验区205口井进行了电流和功率平衡监测，试验区电流平衡率高达98.0% ，而功率平衡率仅有72.7% （图1）。因此，利用功率法对电流假平衡井进行判断和调整，对于降低抽油机机采能耗、延长设备使用寿命具有十分重要的意义。

图1 试验区205口井电流和功率平衡率对比

1 平衡原理及判断方法

1.1 平衡原理和目的

抽油机平衡原理是在曲柄或游梁尾部加装平衡重，在下冲程时把能量存储起来，在上冲程时利用存储的能量帮助电动机做功。如果平衡重合适，不仅可使电动机上、下冲程做功相等，并且使曲柄轴扭矩值变化很小，使电动机、减速箱载荷均匀，抽油机运行更加安全平稳，更加节能[1]。

1.2 平衡判断方法

1.2.1 电流法

根据油田《机采井管理细则》规定，平衡井是指小电流与大电流之比大于或等于85%的抽油井。单井平衡度是用钳形电流表测出抽油机上、下冲程电流峰值，两个峰值中的小者与大者的比值，即电流平衡度

当平衡度小于85%，且上行电流小时，平衡过重，平衡块应向曲柄轴心方向移动；若上行电流大时，平衡过轻，平衡块应向曲柄末端移动。

1.2.2 功率法

中石油2009-3发布的企业标准Q/S Y 1233—2009《游梁式抽油机平衡及操作规范》中定义功率平衡度为抽油机上、下冲程平均功率之比，以较大值为分母，用小数表示，即功率平衡度

当功率平衡度小于0.5时，可判定抽油机不平衡，需要进行平衡调整。当上下冲程的平均功率有一项为零或负值时，功率平衡度为零。

关于平衡判别方法，《规范》建议优先使用功率法判别。

1.3 电流平衡法的局限性

1）不能保证抽油机能耗最低。评判做功的严格量度应当是电功率，即可见电流仅是一个因子，不能完全表征电动机做功的情况，存在平衡的假象。以A 井的功率测试为例（图2），该井上电流12.87A ，下电流12.94 A ，电流平衡度99.5%，上功率1.83kW ，下功率0kW ，功率平衡度0，从功率曲线上可以明显看出，电动机下冲程明显做负功，存在电流假平衡现象。

图2 A井实测电流和功率曲线对比

2）平衡块移动量凭经验判断，不能一次调整至最佳位置。平衡块移动量仅凭经验公式估算误差较大，易造成反复平衡调整。

2 功率平衡法原理

功率平衡法是对抽油机功率曲线进行傅里叶分解，求出造成不平衡功率，即一阶正弦分量，即Pf均方根功率为[2]：

式中：a0为功率函数的直流分量；an为各次谐波的余弦部分幅度；bn为各次谐波的正弦部分幅度；ω 为曲柄角速度；T 为冲程周期。

而曲柄平衡块是靠重力起作用的，平衡块平衡功率可表示为Pp=-ω G L sin(ωt)，式中L 为平衡块重心半径， G 为平衡块的总质量，可见调整抽油机平衡块的位置，只能改变上式中一阶正弦分量的大小。因此，当平衡块的移动量时（值为正时向外移动，反之向内移），正好可抵消不平衡功率，使均方根功率最小，均方根曲柄扭矩最小，此时，载荷扭矩波动最小，抽油机最安全，电动机负载扭矩值最小，抽油机最节能[3]。

3.1 试验区概况

试验区块位于低渗透油田东部，目前生产井336口，抽油机全部为曲柄平衡方式，机型以6型为主，占总井79.8%，在用电动机均为节能电动机，日产液1.97t，日产油1.14 t，含水42.1%，冲程2.11 m，冲速3.2 min-1，泵效18.05%，平衡率99.14%。抽油机井一直采取电流法判断平衡，且平衡率很高，应用功率法可进一步降低电流假平衡井的耗电量。