功率平衡技术试验及应用

腾晓峰 张乃亮

（1.大庆油田有限责任公司采气分公司；2.大庆油田有限责任公司第六采油厂）

目前喇嘛甸油田抽油机井普遍采用电流法进行平衡调整，该方法具有设备简单、测试方便等特点，但存在不能判断因负功引起的虚假平衡、平衡块调整量凭经验，不能一次性准确调整到位等缺点。因此为提高抽油机井的平衡度，延长减速器、电动机及皮带的使用寿命，降低抽油机井电能消耗，现场开展了抽油机井功率平衡调整技术的试验及应用工作，功率平衡技术有效解决了因负功导致的假平衡问题，实现了游梁式抽油机的平衡，降低了电能消耗、减少了皮带的磨损。

1 现状及问题

现场对77口游梁式抽油机井应用电流法进行了平衡比测试，并测试记录了电流、有功功率的运行曲线，见图1。测试数据表明，约有41口井不同程度地存在负功功率，占比53.2%，其中有20口井因负功功率的影响出现假平衡。例：L2-B3720，电流法平衡度为86%，而功率法平衡度仅为17%，从图1测试曲线可以看出该油井存在较大的负功功率，最大负功达-6.89 kW。

分析认为，由于游梁式抽油机载荷变化属于交变载荷，对平衡度要求很高，否则将会出现倒发电现象，由于电流数值无正负之分，不能准确地判断是否处于平衡状态。

2 功率平衡技术

2.1 功率平衡技术原理

图1 电流与有功功率运行曲线

抽油机井功率法平衡调整技术，采用上、下冲程平均功率比值的方法[1]，消除了负功和空载电流的影响，避免了虚假功率现象，提高了平衡的准确性，有利于抽油机井在合理状态下运行。其次是平衡块的调整采用力矩计算方法[2]，可以方便快捷、准确一次调整到位。

2.2 功率平衡度计算

功率平衡度为抽油机的上、下冲程平均功率之比，以较大值为分母[3]，用小数表示，计算公式如下：

2.3 功率平衡度合理范围确定

为确定功率平衡度的合理范围，现场对613口抽油机井进行了电流法平衡测试，功率平衡法平衡测试以及功率、电流运行曲线的测试。经对比分析，负功功率对抽油机平衡度影响很大。如图2所示，当负功功率值大于平均输入功率50%时，功率平衡度均小于50%，而电流平衡度则无规律可循，大小不一。

图2 负功功率与输入功率比值与电流平衡度、功率平衡度的关系

当负功功率值小于平均输入功率的50%时，则电流平衡度、功率平衡度随负功功率与平均输入功率比值的减小而增加，此时电流平衡度随功率平衡度增加而增加，如图3所示。根据电流法与能耗的测试数据知，电流平衡度85%～110%[5-6]，抽油机能耗最小，见图4。因此，若使电流平衡度大于85%以上，则功率平衡度大于50%均可满足要求。

图3 负功功率与输入功率比值与电流平衡度、功率平衡度的关系

现场对15口抽油机井进行了功率平衡调整试验，测试数据表明功率平衡度大于50%时，负功功率大幅度降低，且随负功功率的降低，功率平衡度、电流平衡度均大幅度提高，同时电动机输入功率也明显降低。因此根据以上试验及测试数据分析知，功率平衡度在50%～100%较为合理。

图4 输入功率与电流平衡度的关系

3 现场应用情况

现场累计对40口抽油机井实施了功率平衡技术（表1）。措施后平均单井有功功率下降0.36 kW，有功节电率达4.5%，功率平衡率由措施前的41.78%提高至85.83%，提高了44.05%。

表1 抽油机井功率平衡技术措施前后效果统计

4 应用效果评价

4.1 减速缓冲降低峰值电流

根据措施后油井运行的峰值电流可以看出，平均单井峰值电流由平衡调整前的51.82 A下降至44.46 A，下降了7.36 A，下降率达14.2%。

4.2 消减负功功率

根据现场测试应用情况可以看出，部分井电流平衡率大于85%，符合抽油机井平衡要求，但是由于电流值没有正负之分，实际上这部分井存在负功功率是不平衡的，如L2-B3720，电流平衡率为86%，而功率平衡率仅为17%。如图5所示，功率平衡技术实施后，该井负功功率基本消除，运行功率波动降低。

图5 措施前后运行峰值电流对比

4.3 节能效果

现场对40口抽油机井实施了功率平衡技术。措施后平均单井运行电流由38.4 A，下降至34.5 A，下降了10.2%；平均单井有功功率下降0.36 kW，实现年节电12.44×104kWh，节约电费8.45万元。其次是皮带磨损大大降低，使用寿命由60天延长至90天。

5 结论及认识

1）抽油机井功率平衡技术解决了负功功率造成虚假平衡无法判定的问题，从而确保抽油机井在良好的平衡状态下高效运行。

2）抽油机井功率平衡技术对降低运行峰值电流也具有一定作用，可有效降低机械设备冲击，延长皮带使用寿命。

克拉玛依油田风城采油作业区

3）抽油机井功率平衡技术可有效消减负功功率，并具有较好的节能效果。