抽油机功率法调平衡方法的研究

唐守忠　杜国栋　王涛　张峰　丁利霞

摘 要 在管理抽油机的过程中，工作人员通常通过电流平衡率来判断抽油机的平衡情况。然而，实际运用表明，电流平衡与抽油机平衡之间并没有绝对关系。因此，利用电流测试法来检验抽油机的平衡在实际中存在缺陷。为此，研究人员提出了利用功率法来调试平衡的新方法，以游梁式抽油机为研究对象，综合考虑各要素，来验证该方法的实用情况。

关键词 功率平衡法 游梁式抽油机

1平衡原理和问题的提出

目前，抽油机主要用于判断和调节平衡的方法是电流法，即根据电动机在上、下冲程中的电流峰值之比来判断抽油机是否达到平衡。两个峰值小与大的比值被称为电流平衡度，平衡度在85%～115%区间为标准区间，即抽油机达到平衡状态。若平衡度不再这个区间，就需要根据经验来调整平衡。这种方法测试方便、设备简单，但在实际中却发现了问题。首先，电流法不能判断负功引起的虚假平衡，而且调整平衡块是凭经验，不能一次性调整到位；同时，近年来变频智能控制技术在采油领域中愈发普及，而电流法配合这种技术使用时效果却很不理想，无法满足工作需要。因此，调整抽油机平衡的方法急需改进。目前，有一种利用功来判断平衡的方法，依据能量守恒定律，有人研究出了利用功率法来一次调整平衡到位的公式，并投入应用。

2研究方法

抽油机的负荷在工作时是交变的，上冲程中，电动机需做较大功才能是驴头悬点上行，提起抽油杠杆和液柱，下冲程时靠自身重量就可下落，因此才需要调整抽油机的平衡，使电动机所做的功在上、下冲程相等。功率法是根据能量守恒原理，把电动机在上、下冲程中所付出的电量和平衡块在曲柄上的位置建立函数关系，根据电量在两冲程的变化直接计算出平衡位置，实现一次调整到位。

这种方法是把平衡块看作一个整体，平衡块之外的其他参与做功的部分看作另一个整体。它认为抽油机正常运行时，电动机对四连杆机构、液柱、抽油杠杆和变速箱等做工，平衡块位置变化导致电量重新分配，这几个部分在调整平衡前后，所做的功保持不变。

上冲程中，电动机做功和平衡块释放能量拉动液柱、杠杆等做功，两部分做工之和等于其他部分做功的代数和。下冲程时，平衡块靠电动机的升举做功该部分的功与其他部分功的代数和为零。这两个冲程中，功之间的关系可以用公式表示。有关研究人员对公式进行了推导、演算，最终得出了影响平衡块移动距离的因素和移动距离与各因素之间关系的公式。

3公式推导

3.1游梁式抽油机平衡计算公式

3.2公式误差讨论

平衡块能量转换率根据现场相关数据，从现场数据看：K1*K2>80%， K1+ K2 >1.8

因为： E=G*2%=L，即%=L x ≈（1—1.1）* %=L 0 若：K1*K2>65%，即：K1+ K2 >1.6 则%=L x ≈（1—1.2）* %=L 0在公式的基础上取误差中位数，多调5%，误差5%。多调10%，误差在10%。

3.3讨论平衡块质量的确定

以图形分解法确定平衡块体积，将平衡块理想成梯形，并分别计算圆孔、圆弧螺栓处的体积及与梯形体积的比率，根据常见平衡块的体积计算G实际 ≈ G梯形*（0.93—1），为了控制误差，取G实际 ≈ G梯形*0.96，误差3%。

不同重量，各平衡点下的调整长度及长度与平衡点间的敏感度。通过对负功、公式误差、平衡点敏感度等分析，取偏差中位数可以降低误差，公式应用时误差一般在10%以内。 根据惯性扭矩积分，計算出M=0时的O点，然后计算出L值，加平衡块的位置值为%=L - L，在误差允许的条件下可以通过形状分解简单计算出O点。

负功：（1）欠平衡时下冲程悬点载荷做功一部分转换为负功 ；（2）过平衡时上冲程平衡块做功一部分转换为负功 。

极度不平衡以及负功的增加导致无效能量间转换，使K1+ K2之和减小。80%>K1*K2>65% ，即1.8>K1+ K2 >1.6。对参数优化对平衡影响及平衡储能的分析。简化后： %=R= %=F*a/b*r/wcb%=F：根据功图取得或根据载荷计算。这里：%=R ：平衡移动值；F=（F上+F下）/2

（1）调冲次：在Q2/ Q1 ≈ N2/ N1，%=F变化较小，一般冲次增加，平衡率小幅减小，冲次减小，平衡率小幅增大。（2）改变泵径： %=F变化很大，一般增大泵径，平衡率大幅减小，减小泵径，平衡率大幅增大。（3）稠油井： %=F变化很大，转周后期造成平衡率大幅减小。

根据%=R= %=F*a/b*r/wcb 估算变化值及平衡率。简化后： %=R= %=F*a/b*r/wcb，%=F：根据功图取得或根据载荷计算。

4试验效果

案例：GD1-13-14

向外移动%=L 0=17.2CM，考虑公式误差%=L x =17.2*（1+5%） ≈ 18CM，考虑重量误差及移动4CM平衡率才变化10%，最后确定移动距离%=L x =17.2*（1+10%） ≈ 19CM。功率平衡率由65%上升102%。

负功影响 案例：GD1-13-817

正常时：地面效率11.45/11.46 ≈ 100%。 断脱后：地面效率0.25/2.46=10.2%，由于F下≈ F上，平衡块储能几乎全部对电网做功，下行电机储存的11.77KW能量只有6.69KW反馈给电网，转换率56.8%，能量损耗≈ 4.8KW。 假设：将该井平衡块向内调，将下行功率降低到2.77KW，上行负功1.66KW，无效能量减少11.77-2.77=9KW，节约有功功率9*0.4/2=1.8KW，日节电1.8KW*24 ≈ 43度。

参数优化对平衡影响案例：GD1-13-817

需要调整： %=L=（%=P/2）/（0.131*5.6）*10cm=2.565/0.7336*10cm =34.96（1+5%）。对比调前、调后7天平均日电量，其中排除掉工作时间小于24小时日电量，日电量幅度超过20%的（规避错误数据），调冲次、液量大幅增加不做统计比较。2016年共调整254井次，其中统计对比井220井次，不对比34井次。

5结束语

（1）合理工况下调冲次，平衡率变化较小。

（2）改变泵径，工况变化会造成平衡率很大变化。稠油井一般会向欠平衡发展，泵漏、断脱向过平衡方向发展。可以根据井况变化规律确定过平衡点或欠平衡点调整平衡率。

（3）日常要加强极度不平衡井、负功成分大井的治理，如作业增大泵径后，平衡率变化很大，会导致上下行功率峰值、电流峰值大幅度增大，影响电机、控制柜的正常运行。