基于数据融合的抽油机平衡度的研究

杨扬(中国石油大学胜利学院机械与电气工程系， 山东 东营 257097)

基于数据融合的抽油机平衡度的研究

杨扬(中国石油大学胜利学院机械与电气工程系， 山东 东营 257097)

本文通过对抽油机井平衡原理和标准的研究，在现有抽油机平衡度测算调整方法的基础上，提出了一种基于抽油机示功图和电参数同步测试数据融合的抽油机平衡度在线诊断技术，该技术能够快速准确的判断抽油井机井的平衡状态，并实时对平衡度进行调整。本文选取某采油厂Y1X63井为例，采用输入功率曲线傅里叶级数展开法和数据融合法分别辨识平衡块的调整量，从调整结果中可以发现数据融合计算方法得到的调整量更为合理。

抽油机；平衡度；傅里叶级数

游梁式抽油机在整个工作循环内载荷是不均匀的，而悬点运动速度和加速度的变化又加剧这种不均匀性[1]。载荷的不均匀性会严重影响减速箱、四连杆机构的使用寿命及电动机的工作效率，导致了抽油杆工作条件的恶化和抽油杆断裂次数的增加。为了避免上述缺点，必须合理解决游梁式抽油机的平衡问题，从而实现设备的可靠运行和高效节能。

考虑到影响减速箱寿命的主要因素是输出轴的峰值扭矩和负扭矩，影响电动机功率的主要因素是均方根扭矩。因此，可以综合应用这三个参数(峰值扭矩，负扭矩，均方根扭矩)来评价平衡效果[2]。

本文以某采油厂Y1X63井为例，在平滑度调整前其同步数据较差，利用输入功率曲线傅里叶级数展开法和基于数据融合法分别对抽油机平衡块进行调整，利用傅里叶级数展开法调整后抽油机呈现过平衡，而按数据融合方法调整的结果是比较理想。

1 抽油机井平衡度调整原理

目前游梁式抽油机的平衡主要分机械平衡和气动平衡两种方式[3]。机械平衡和气动平衡的基本原理是一样的：抽油机在上冲程过程中，平衡系统释放的能量与电机的输出能量共同做功，举升抽油杆和油柱。下冲程过程中，在油柱的重力和电动机驱动力的作用下，抽油杆注举升平衡系统，平衡系统储存能量，对外做功。

2 抽油机井平衡度调整方法

2.1 基于傅里叶级数展开的平衡度调整方法

抽油机的功率曲线可以展开成收敛的三角函数——傅里叶级数。

式(1)为傅里叶级数，其中的ω为是曲柄轴的角速度，单位是rad/S， T为冲程周期，单位是S ，冲次N，单位为1/min。a0、an、bn单位为kW。

在式(1)中的待定常数有：

式(1)为平衡功率，是功率函数的恒定值；

式(2)为功率曲线中各次谐波的余弦分量；

式(3)为功率曲线中各次谐波的正弦分量。

该方法结合了抽油机机械平衡的基本原理，利用了均方根能量最小化原则，将一个冲程内的抽油机功率曲线作为一个整体进行考虑，比功率曲线调峰法得到的调整量要更可信一些，该方法的现场可操作性也比较强，然而该方法也有不足之处，首先，该方法没有考虑抽油机的传动效率，直接将功率曲线中包含的基波分量直接作为平衡系统的势能，对于传动效率较低的抽油机，这会造成较大的误差，其次，该方法将平衡系统的势能曲线定义为标准正弦形式，实际上在现场使用的抽油机中有相当一部分是异相曲柄抽油机，存在由极位夹角造成的上下速不一致和由曲柄相位偏置角造成的平衡势能相位差，因此平衡系统的势能曲线并非标准正弦形式。

3 实例分析

以某采油厂Y1X63井为例，在平衡调整前其平衡度较差，平均输入有功功率4.53kW，平均功率法计算其平衡度为0.1857。属于严重的欠平衡。

该抽油机有平衡块2块，利用输入功率曲线傅里叶级数展开方法和基于数据融合技术的方法分别辨识平衡块的调整量，得出的结论分别为2块平衡块向外侧移动35cm和22cm，分别按照这两种调整方法给出的方案对抽油机平衡块进行调整，平均输入有功功率为4.07kW，平均功率平衡度为1.391。而按数据融合方法调整的结果是相当理想的，平均输入有功功率3.79kW，平均功率平衡度为0.9366。

表1 不同计算方法平衡度调整结果

如表1所示，这几口油井为采用傅里叶级数展开方法和基于数据融合技术的方法计算的调整量后的调整结果比对，从中可以发现数据融合计算方法得到的调整量均比傅里叶级数展开方法得到的调整量要合理。

（文章题目：基于数据融合的抽油机平衡度的研究）

[1]崔焕武.游梁式抽油机平衡状态测试仪的研制[D]. 杭州：浙江大学，2011.

[2]宋兴盛.游梁式抽油机节点效率分析与平衡状态测试仪的研制[D].东营：中国石油大学(华东)， 2005.

[3]陈国栋.电网规划中负荷预测的分析与研究[D].长沙：湖南大学，2008.