注重功率平衡提高抽油井系统效率

孟宪琪++何志强

摘 要：有杆泵采油占我国油井的80%，由于与抽油机联合工作的井下抽油泵载荷交替变化造成地面系统工作不平稳，加剧了动力系统的无功消耗，导致抽油系统的低效率运行，造成了巨大的能源浪费。通过抽油机电机的输入功率等电参数、油井示功图、油井生产参数的测试、录取和系统效率计算工作，对测试数据进行系统的节点分析，确定了造成抽油机系统效率低的因素，提高抽油机系统效率的目的。

关键词：抽油井 油井示功图 油井生产参数 功率平衡 系统效率

中图分类号：TE9 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）10（c）-0055-01

1 功率平衡再认识

抽油机严格意义的平衡运行状态就是指电动机在上下冲程中都做正功且相等。长期以来，采用电流法调整抽油机平衡在油田生产中占有主导地位，要想推行功率平衡，就必须认识到电流法平衡弊端，了解功率平衡对抽油机合理化运行的作用。

1.1 电流法平衡测试弊端

（1）在实际操作过程中，由于在上下冲程中电流峰值所占的时间较短，电流表数值不断变化闪动等因素的影响，测试人员仅靠目测很难读取准确的数值。

（2）在应用电流法评价抽油机平衡时，会产生虚假平衡的现象。产生这种电流虚假平衡的原因是抽油机普遍存在的负功现象。在抽油机的一个运行周期内（即一个冲程），由于抽油机负载周期性变化，在某些时刻会产生抽油机带动电动机运行在回馈制动状态，电动机成为发电机，将抽油机的势能转化为电能。当抽油机平衡度较差时，这种现象就比较明显。由于电动机本身的运行特性的原因，在发电运行时，其功率因数较低，运行电流较大。计算抽油机平衡时，如果以这种回馈电流作为峰值计算，就会产生虚假平衡的现象。因此，电流法从理论和实际操作上都存在着缺陷，准确性较差，存在虚假平衡问题。

1.2 功率法平衡测试可行性分析

而从功率角度分析，可以如实地反映电机做功情况，能够比较准确的判断抽油机平衡状况。通过调平衡，就可尽量避免负功的出现，从而减少电能无意义的损失。

从表1可以看出，电流平衡的井不一定平衡。以DXY87-16井为例，电流平衡率达94.6%，表面上看处于相当好的平衡状态，而功率平衡率仅为48%，并未达到真正平衡。

2 优化运行 提高平衡调整成功率

参考《游梁式抽油机井地面标准化操作手册》中功率平衡半径理论调整公式，可尽量避免上述现象的发生。公式如下：8型、10型机：△R=10（1-N） （1）；

12型机：△R=6（1-N） （2）

式中：△R—平衡半径理论调整值，m（△R为正值时，平衡块远离曲柄轴中心，△R为负值时，平衡块移向曲柄轴中心）；N—调整前实测功率平衡比；k—欲调整平衡块块数；n—冲次，次/min。

3 实例分析

3.1 通过移动平衡块即可达到平衡的抽油机井

如DXY66X38井，采用CYJ12-4.2-73HB生产，工作制度56×3×2.5，有4块平衡块，测电流平衡为106.6%，N=153.9%，为过平衡，只调节2块平衡块，将数据带入式（2）：△R=6×（1-1.539）×=-0.647（m）

计算表明，将2块平衡块在当前位置同时靠近曲柄中心约0.647 m可达到平衡。实施调平衡后，测得该井功率平衡达107.9%，达到合格，日节电约7.2 kW·h。

3.2 平衡半径达最大的不平衡抽油机井

平衡块足够时，通过累加平衡块使油井平衡。如DXY86-23井，12型机，工作制度56×3×3.5，有2块平衡块，功率平衡25.9%，公式计算△R为0.64m，原来平衡半径已达1.45 m，不可再向外调，由式（3）算出△R'为-0.4 m，平衡半径向里调0.4m后，功率平衡率82.7%，系统效率提高2.1%，日节电7.3 kW·h。

△R' （3）

式中：△R'—加上（或去掉）一部分平衡块后的平衡半径调整量，m；R—原来的平衡半径，m；

Wb'—加上（或去掉）后的平衡块总重量，N。

平衡块不足时，通过公式计算，超出最大平衡半径的抽油机，直接将平衡块调至最外生产。

4 结论

（1）抽油机平衡调整的终极目标是最大限度的节能与安全运行，在抽油机光杆功率不变的情况下，通过合理调整平均块位置，也就是减少了电能与机械能之间的来回转换，减少了由于能量转换而产生的能耗，从而节约了电能。

（2）平衡调整并不能消除所有的负功现象。平衡调整只对功率曲线的一阶（基波）正弦分量起作用，对一阶余弦分量不起作用。对于负功出现在光杆行程上下死点附近的井，只能采用更换新型的抽油机或对该抽油机进行改造，采用异相曲柄才能解决。

（3）平衡率作为影响机采系统效率重要因素之一，不容忽视。在采油生产过程中，由于原油物性的变化、油层供液能力的变化以及油井工作制度的改变，都会破坏抽油机原来的平衡状况，因此，抽油机平衡调整是一项长期、动态的工作，只有持之以恒，才能在现有的条件下进一步深化抽油机合理化运行工作。

参考文献

[1] 姚立刚，王景昌，栾庆德.常见机构的电算程序设计[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2012.

[2] 孙恒，陈作模，葛文杰.机械原理[M].7版.北京：高等教育出版社，2013.

[3] 约翰.F.加得纳著.机构动态仿真—使用MATLAB和SIMULINK[M].周进雄，译.西安：西安交通大学出版社，2012.endprint