謝凡玲（大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠）

抽油機自動平衡跟蹤裝置的設(shè)計與應(yīng)用

謝凡玲（大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠）

摘要：抽油機是油田生產(chǎn)的主要采出方式，目前喇嘛甸油田現(xiàn)有游梁式抽油機兩千余臺，其電能消耗占機采井耗電量的一半。抽油機平衡是影響抽油機設(shè)備正常運行、能耗和成本支出的關(guān)鍵因素。針對如何減少抽油機井能耗問題，設(shè)計出了抽油機“自動平衡跟蹤裝置”。該裝置運用在游梁尾部增設(shè) “鐘擺式自動平衡跟蹤裝置”，在抽油機上下運行時，“鐘擺”通過改變其位置，使抽油機自動達到平衡的原理。通過兩口井的現(xiàn)場應(yīng)用表明，該裝置可使抽油機的系統(tǒng)效率平均提高 17.1%，節(jié)能效果明顯，具有較大的應(yīng)用潛力。

關(guān)鍵詞：游梁式抽油機自動平衡節(jié)能降耗應(yīng)用分析

1　概述

游梁式抽油機以其結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、維修維護方便，不受地理位置影響等優(yōu)勢，至今仍然是油田采油普遍使用的主要舉升設(shè)備，占抽油機總量的 90%以上，其設(shè)備成本和耗電量占油田生產(chǎn)成本的比重較大。

目前，抽油機平衡方式主要有曲柄平衡、游梁平衡、下偏杠鈴平衡等幾種方式，這些平衡方式都大大改善了抽油機的平衡問題，確保了抽油機的正常運轉(zhuǎn)，降低了能耗。但這些方式都屬于靜態(tài)平衡，平衡裝置在抽油機運行時是相對不動的，在改善抽油機平衡方面都有它們的局限性，使節(jié)能效果無法更近一步提高。針對這一問題，研究了“抽油機自動平衡跟蹤裝置”，更好的解決了小型抽油機的動態(tài)平衡問題，達到了更好的節(jié)能降耗的目的。

2　游　梁　式　抽　油 機　平　衡　計　算[1]

抽油機運轉(zhuǎn)不平衡，是因為上、下沖程中懸點載荷不同，造成電動機在上、下沖程中所做的功不相等。要使抽油機在平衡條件下運轉(zhuǎn)，就應(yīng)使電動機在上、下沖程中都作正功：在下沖程中把能量儲存起來；在上沖程中利用儲存的能量來幫助電動機做功。

在抽油機后梁上加一重物，在下沖程中讓抽油桿自重和電動機一起對重物做功，則：

式中：

AW——下沖程中抽油桿自重和電動機對重物所做的功，即重物儲存的功；

Ad——抽油桿柱對重物所作的功，即懸點在下沖程中做的功；

Amd——電動機在下沖程中對重物做的功，即電動機在下沖程中做的功。

由上式可得：

在上沖程中，將重物儲存的能量釋放出來和電動機一起對懸點做功，則：

式中：

Au——上沖程中懸點做的功；

Amu——上沖程中電動機做的功。

要使抽油機平衡，應(yīng)該讓電動機在上、下沖程中做的功相等，即：

為了達到平衡，在下沖程需要對重物做的功和上沖程中需要重物釋放的能量的關(guān)系應(yīng)為：

上式說明：為了使抽油機平衡運轉(zhuǎn)，在下沖程中需要儲存的能量應(yīng)該是懸點在上、下沖程中所做功之和的一半。

上沖程懸點所做的功：

下沖程懸點所做的功：

代入公式則得：

Wr——抽油桿柱載荷，N；

Wl——作用在柱塞上的液柱載荷，N；

S——抽油機沖程，m。

如圖1所示：抽油機達到平衡所需要的游梁平衡塊重：

Wb——游梁平衡塊重，N；

Xuc——抽油機不平衡值 （可由廠家提供）。

圖1　抽油機游梁平衡圖

3　抽油機自動平衡跟蹤裝置原理

抽油機“自動平衡跟蹤裝置”在保留了游梁式抽油機的全部優(yōu)點基礎(chǔ)上，游梁尾部增設(shè)了“鐘擺式自動平衡跟蹤裝置”，當(dāng)游梁式抽油機前驢頭上行時，“自動平衡跟蹤裝置”控制系統(tǒng)給制動電動機發(fā)出信號，經(jīng)減速器把配重塊向后向上旋轉(zhuǎn)90°角，實現(xiàn)與抽油桿桿重加液柱重量平衡。當(dāng)游梁式抽油機前驢頭下行時，控制系統(tǒng)發(fā)出返回信號，制動電動機經(jīng)減速器把配重塊向前向上旋轉(zhuǎn) 90°角，實現(xiàn)抽油桿桿重平衡。使抽油機的上、下運動始終處在平衡的輕載荷下運行，從而達到高效節(jié)能的目的，而原有游梁式抽油機運行方式不變。抽油機自動平衡跟蹤裝置結(jié)構(gòu)及運行見圖2。

抽油機自動平衡跟蹤裝置的運行方式具體為：當(dāng)驢頭接近下死點時，擺鈴向后向上旋轉(zhuǎn)，使前后重量平衡，抽油機電動機正常運行；抽油機前后平衡，抽油機上行，主電動機正常運行；當(dāng)驢頭接近上死點時，擺鈴向前向下旋轉(zhuǎn)，使前后重量平衡，抽油機電動機正常運行；抽油機前后平衡，抽油機下行，主電動機正常運行。

圖2　抽油機自動平衡裝置結(jié)構(gòu)圖1—平衡重；2—檢測開關(guān)；3—減速器；4—制動電動機；5—檢測開關(guān)；6—檢測開關(guān)；7—檢測開關(guān)；8—主動力機；9—控制柜

4　現(xiàn)場效果評價

現(xiàn)場試驗喇 7-2538 和喇 5-2411 兩口井，試驗井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)見表1。結(jié)合這兩口井前后測試數(shù)據(jù)效果表明，有功節(jié)電率平均達到32%，系統(tǒng)效率平均提高 17.1個百分點。試驗井測試數(shù)據(jù)見表2、表3。

表1　試驗井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

表2　喇5-2411前后效果測試數(shù)據(jù)

表3　喇 7-2538前后效　果　測試數(shù)　據(jù)

通過喇 7-2538 應(yīng)用前后有功功率對比曲線見圖3、電流對比曲線見圖4，以及測試數(shù)據(jù)表說明在兩口試驗井使用抽油機自動平衡裝置后，在產(chǎn)液量、含水率基本無變化的基礎(chǔ)上，抽油機的上下電流降低，抽油機的有功功率降低，抽油機的有功節(jié)

電率平均達到32%；系統(tǒng)效率平均達到 54.9%，較之前提高了 17.1%，從而實現(xiàn)了節(jié)能降耗的目標(biāo)。

圖3　應(yīng)用前后　喇 7-2538有功　功　率對比　曲　線

圖4　應(yīng)用前后喇 7-2538電流對比曲線

5　結(jié)論

1）抽油機“自動平衡跟蹤裝置”通過改變其“鐘擺”位置，增加機械做功，減少電動機輸出，達到節(jié)能降耗目標(biāo)。

2）抽油機“自動平衡跟蹤裝置”在下偏杠鈴的基礎(chǔ)上更進一步，可根據(jù)抽油機的運行狀態(tài)自動調(diào)整位置，使抽油機達到最佳平衡狀態(tài)，延長抽油機使用壽命。

3）通過現(xiàn)場實驗發(fā)現(xiàn)：“鐘擺”擺動與驢頭上下行還不能達到完全同步，平衡效果減弱；受“自動平衡跟蹤裝置”控制電動機的影響，測試電流在“鐘擺”運行時會出現(xiàn)峰值，從而影響測試效果。

參考文獻：

[1]張琪.采油工程原理與設(shè)計[M].北京:中國石油大學(xué)出版社,2006:117-121.

DOI:10.3969/j.issn.2095-1493.2013.001.011

收稿日期：（2012-05-08）

作者簡介：謝凡玲，2008年畢業(yè)于西南石油大學(xué)，從事抽油機井綜合管理工 作，E-mail：xiefanling@petrochina.com.cn，地址 ：黑龍 江省大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠工程技術(shù)大隊，163114。