高福剛

摘要：大慶油田經(jīng)過幾十年的不斷開采，現(xiàn)已全面處于機(jī)械采油階段，油田開采設(shè)備主要為游梁式抽油機(jī)，抽油機(jī)的平衡問題成為油田日常生產(chǎn)中的一項(xiàng)重要工作。目前油田主要的平衡方式為游梁平衡、曲柄平衡和復(fù)合平衡三種機(jī)械平衡，平衡調(diào)節(jié)方法為電流法。通過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)電流法調(diào)平衡已經(jīng)無法適應(yīng)油田的飛速發(fā)展，急需更準(zhǔn)確、有效的平衡調(diào)節(jié)方法以提高游梁式抽油機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性、優(yōu)化設(shè)備參數(shù)、降低系統(tǒng)故障率。

關(guān)鍵詞：游梁式抽油機(jī);平衡;電流;功率

大慶油田經(jīng)過幾十年的不斷開采，現(xiàn)已全面處于機(jī)械采油階段，油田開采設(shè)備主要為游梁式抽油機(jī)。就目前薩北油田開發(fā)區(qū)而言，截止至2014年9月采油三廠共有機(jī)采井4568口，其中抽油機(jī)井3063口，占67.05%。采油二礦機(jī)采井865口，其中抽油機(jī)井601口，占69.47%。游梁式抽油機(jī)作為一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、維護(hù)方便的采油設(shè)備，已經(jīng)成為薩北開發(fā)區(qū)、大慶油田乃至全國油田開采的主力生產(chǎn)設(shè)備。相對(duì)應(yīng)于游梁式抽油機(jī)的大規(guī)模使用，抽油機(jī)的平衡調(diào)節(jié)也成為油田日常生產(chǎn)工作的主要工作項(xiàng)目。

1游粱式抽油機(jī)的平衡原理

游梁式抽油機(jī)作為一種油田生產(chǎn)設(shè)備，實(shí)質(zhì)是一種四連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)通過皮帶帶動(dòng)減速箱減速后，由四連桿機(jī)構(gòu)把減速箱輸出軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橛瘟后H頭的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，用驢頭帶動(dòng)光桿和抽油桿作上下往復(fù)的直線運(yùn)動(dòng)，通過抽油桿再將這個(gè)運(yùn)動(dòng)傳給井下抽油泵中的活塞，實(shí)現(xiàn)將井下液體輸送到地面的目的。下沖程：抽油桿依靠自重下落，帶動(dòng)平衡重從低處抬到高處，從而增加了平衡重的重力勢(shì)能，為了抬高平衡重，除了依靠抽油桿柱下落所放出的勢(shì)能外，還要電動(dòng)機(jī)做功，所以消除了反發(fā)電的現(xiàn)象;上沖程：平衡重由高處下落，把下沖程時(shí)平衡重存儲(chǔ)的勢(shì)能釋放出來，幫助電動(dòng)機(jī)去提升抽油桿柱和油柱，減小了電動(dòng)機(jī)在上沖程時(shí)需要給出的能量。如果平衡重選擇的合適，就可以使電動(dòng)機(jī)上沖程時(shí)給出的能量等于下沖程時(shí)給出的能量，也就是使電動(dòng)機(jī)在懸點(diǎn)上、下沖程所做的功相等，從而達(dá)到平衡。

2電流法調(diào)平衡技術(shù)

目前抽油機(jī)平衡測(cè)試及調(diào)整常用的方法是電流法，即：電流平衡度=下沖程的峰值電流/上沖程的峰值電流，如果這個(gè)比值在0.85-1.0之間，就認(rèn)為抽油機(jī)的平衡情況良好，否則就需要進(jìn)行調(diào)整。然而，通過研究及多年應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，這種方法并不能夠保證抽油機(jī)真正的平衡。

2.1未考慮電流在整個(gè)上下沖程的變化情況

電流法認(rèn)為抽油機(jī)上下沖程做功與電流成正比關(guān)系（曲線定點(diǎn)與曲線與X軸圍成面積呈正比）。但在大量抽油機(jī)實(shí)際運(yùn)行過程中，由于慣性載荷、摩擦阻力等各種因素綜合變化下，電流曲線已經(jīng)不是正弦曲線，無法代表抽油機(jī)做功情況。

2.2視在電流無法反應(yīng)無功功率、無法區(qū)分電流方向

電流法只是簡(jiǎn)單的量取視在電流的大小，無法區(qū)分其中的有功功率和無功功率。對(duì)于部分“大馬拉小車”井無法準(zhǔn)確判斷平衡情況。同時(shí)電流法調(diào)平衡過程中無法分辨電流方向，對(duì)于部分不平衡井產(chǎn)生的反電流無法分辨。當(dāng)油井已經(jīng)處于極不平衡狀態(tài)而產(chǎn)生反電流后，反電流數(shù)值與正電流比值在合理范圍內(nèi)而認(rèn)為平衡。比如在很多安裝有變頻器的抽油機(jī)上，根據(jù)電流法平衡調(diào)整后的抽油機(jī)量取下電流為0的情況。

3功率法調(diào)平衡技術(shù)

3.1功率法調(diào)平衡技術(shù)原理

功率法調(diào)平衡技術(shù)通過從安全與節(jié)能的角度分析抽油機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，認(rèn)為當(dāng)曲柄扭矩均方根最小時(shí)電機(jī)負(fù)載扭矩最平穩(wěn)，系統(tǒng)最安全;當(dāng)曲柄扭矩均方根最小時(shí)電機(jī)電流最小，系統(tǒng)最節(jié)能。

功率法調(diào)平衡技術(shù)是通過數(shù)據(jù)采集電流、電壓等參數(shù)，計(jì)算出電動(dòng)機(jī)功率，從而生成電動(dòng)機(jī)的功率曲線。功率曲線是一個(gè)以抽油機(jī)的沖程周期為周期的連續(xù)函數(shù)。從數(shù)學(xué)分析知道，每一個(gè)周期性的非正弦量，只要滿足狄利斯利條件，就可以分解成一系列的三角級(jí)數(shù)。抽油機(jī)的功率曲線函數(shù)能滿足狄利斯利條件，所以可以展開成收斂的三角級(jí)數(shù)一傅里葉級(jí)數(shù)。

按均方根功率的定義，再考慮到三角函數(shù)的正交特性，均方根功率Pf可以按下式計(jì)算。

之后通過均方根最小值求得平衡重的改變方式，最終達(dá)到上、下沖程做功相等。

3.2功率法調(diào)平衡技術(shù)應(yīng)用效果

功率法調(diào)平衡技術(shù)在大慶油田進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，主要應(yīng)用于采油一廠、采油三廠。其中采油三廠第二油礦作為功率法調(diào)平衡技術(shù)試點(diǎn)單位之一，于2014年4月開始了技術(shù)應(yīng)用，截止目前共進(jìn)行了平衡度測(cè)試173口井，通過功率法確定不平衡30口井，均進(jìn)行了平衡調(diào)節(jié)。

其中Bl-310-P60井發(fā)現(xiàn)電流法平衡而功率法不平衡問題。通過功率法建議調(diào)節(jié)平衡后，有功功率下降了0.25kW，日節(jié)電量6kWh，節(jié)電率2.4%。充分說明了功率法對(duì)比電流法在平衡調(diào)節(jié)上更加準(zhǔn)確。

3.3功率法調(diào)平衡目前使用情況

目前功率法調(diào)平衡技術(shù)在采油二礦處于暫時(shí)停止?fàn)顟B(tài)，原因是所用測(cè)試儀器“最一特新式鉗形電流表”鉗口較一般鉗形電流表大，在配電柜中操作不便，容易觸碰配電柜內(nèi)其他電線導(dǎo)致靜電打擊現(xiàn)象，由于安全原因，暫停實(shí)驗(yàn)待廠家進(jìn)行整改。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱益飛，游梁式抽油機(jī)功率平衡技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].石油石化節(jié)能，2012（07）.