影响抽油机平衡率的因素分析与改进对策

赵敏

【摘 要】根据企业标准《游梁式抽油机平衡及操作规范》中抽油机的平衡状态指减速器扭矩均方根值最小的状态，平衡计算原则根据抽油机的平衡中的均方根扭矩最小法则或上、下冲程中最大扭矩相等的法则确定。本文概述了提高抽油机平衡率的目的，分析了影响抽油机平衡率的因素，阐述了提高抽油井平衡率的措施，取得了提高平衡率、降低油井单耗的效果。

【关键词】抽油机；平衡率；措施探讨

一、游梁式抽油机平衡调整标准

油田游梁式抽油机现场平衡标准执行企业标准中抽油机平衡中平衡电流法，平衡计算根据原则：上、下冲程中减速器曲柄的最大净扭矩相等。而在现场测试过程中发现，电流平衡井耗电并非最低。如根据该标准抽油机平衡中平均功率法，平衡计算根据原则使上、下冲程电动机做功相等，现场测试结果相比电流平衡井耗电低。

根据企业标准《游梁式抽油机平衡及操作规范》中抽油机的平衡状态指减速器扭矩均方根值最小的状态，平衡计算原则根据抽油机的平衡中的均方根扭矩最小法则或上、下冲程中最大扭矩相等的法则确定。通过平衡调整，使平衡扭矩拟合悬点载荷扭矩的镜像，从而减少减速器扭矩的波动，使减速器的扭矩最小化。平衡调整应优先保证减速器扭矩的峰值不超过减速器额定扭矩，在此基础上尽量使减速器扭矩的均方根值最小。

二、影响抽油机平衡率的因素分析

（一）产能低供排不连续导致电流不稳定

据统计，采油管理三区管理的25口井平衡率66.6%。区块为高渗透区块，注采井网完善，但部分油井自然产能低。由于长期开采动液面下降，供液不足，间出严重。同时，供排关系不连续，表现为抽油机载荷变化大，电机电流不稳定。某井正常生产时上下行电机电流10A/7A，而间出时上下行电机电流5A/1A。变化较大，且间出时电流偏低。

（二）油井结蜡、含水变化、原油物性等对平衡率的影响

结蜡影响：结蜡井电流经历了缓慢上升后，会在一个较高水平上相对稳定，随后有一个明显的抬高，表现为：上负荷增加、下负荷减小。

含水变化：结蜡井电流經历了缓慢上升后，会在一个较高水平上相对稳定，随后有一个明显的抬高，表现为：上负荷增加、下负荷减小。

原油物性：稠油井由于油稠、粘度高、流动性差造成摩擦阻力增大导致上下冲程电流增大，影响平衡率。

（三）工作制度的调整对平衡率的影响

工作制度的调整对平衡率的影响主要体现以以下几方面：一是冲程大小引起扭矩的变化；二是冲次变化引起动载荷的变化；三是泵深下深引起井下负荷的变化；四是泵径引起井下负荷的变化。

（四）电流法测平衡的不准确因素

目前判断抽油机平衡率的方法主要有经验法、时间法、电流法、功率法，都存在一定的缺点。

一般情况下采用电流法，存在三方面的缺点：一是操作误差，电流表连续显示电流变化的瞬时值，不同人员的读数必然存在差异，造成结果差异。二是电机受到冲击载荷如震动、摩擦、碰挂以及变速箱换向等引起的电流突变，出现异常峰值，偏离正常工作电流，造成误判。三是电机负载率低的时候，电流法对平衡状况不敏感，且电流不分正负，会有虚假平衡，不能直接给出调整位置。

（五）设备因素对平衡率的影响

设备因素对平衡率的影响：一是设备状况改变，任何一个环节传动效率降低，均会造成电机电流的非正常变化。二是管理因素，部分游梁机曲柄已调至最大半径高原机配重块少。三是设备类型制约，现场应用的机型较多，平衡方式也各不相同。

三、提高抽油机井平衡率的改进对策探讨

（一）应用永磁同步电机

油井普遍存在含水上升、动液面加深、供液不足的现象。现场普遍采用12型抽油机，由于抽油机机型大，泵挂深，间隙出油，造成抽油机的负荷变化大。抽油机电机和变压器的负载率很低，供电系统的功率因数低，无功损耗大，电能的利用率低，机采效率明显降低。

2017年以来，在62口抽油机拖动系统中应用了永磁同步电机，抽油机平衡率有了较大提高。

在安装后的资料跟踪过程中，发现有大部分井的都由平衡变为不平衡，平衡率由更换前的80.3%降到了更换后的61.1%，经过做工作调平衡后平衡率恢复到到74.5%，有效地降低了生产单耗、优化了抽油机工况。

（二）改变游梁的结构

按照平衡尽量靠近悬点的原则，同时，如果要求曲柄上的扭矩为常数，那么，驴头在不同的位置时，由于悬点载荷的不同，所需要的平衡重也应该是不同的事实，人们设计了多种改变游梁结构的抽油机平衡结构，主要有：

1.在游梁上安装可移动的平衡系统

采用安装在游梁上的可活动的平衡系统，对游梁式抽油机进行平衡或二次平衡，该平衡方式。该平衡方式，采用了靠近悬点的平衡结构，减少了连杆的受力，改善的曲柄销的工作状况，增加了曲柄销的可靠性，有利于提高整机的寿命和可靠性。但是，由于增长了运动链，同时也是机构的可靠性有所下降。另外，如果只采用游梁平衡的方案，连杆将承受交变载荷，所需的平衡重量将大幅度的增加，不利用整机的优化，这种平衡方式，没有在油田大面积推广。

2.在游梁上增加固定的半可调平衡系统

按照抽油机多变量优化设计的模型，抽油机的平衡系统包括曲柄平衡系统和游梁平衡系统两部分，游梁平衡部分，通常称为平衡部分。该技术是在游梁尾部的合适位置，装配是个可调重量重块，达到游梁复合平衡的目的。由于平衡靠近井口，且部分按照示功图的要求设计，可以较好的提高平衡效果，改善连杆和曲柄销的受力，提高其可靠性和寿命。按照上面所述的设计理论和方法，对于新设计的抽油机，我们可以按照整体最优的原则，合理的分配曲柄平衡重和游梁平衡重，达到即改善抽油机的平衡效果，降低曲柄销上承受的载荷，提高整机的节能性和可靠性，又不过大增加重量，提高整机重心的目的，实现综合意义上的优化，即所谓设计采用复合平衡技术的抽油机。

（三）改变曲柄平衡的结构

该类平衡技术是靠改变曲柄上平衡的结构或增加曲柄上的平衡装置了实现平衡，达到减少减速箱上扭矩目的的。

1.副平衡块平衡法

该方法是在曲柄平衡块的直线端面上加装一副平衡块，通过改变副平衡块的位置，达到平衡的效果。该平衡方法结构简单，可以改变平衡系统的偏置角，部分的降低曲柄上的扭矩，减少负扭矩，但由于副平衡块的重量有限，调节的效果有限。同时，由于在曲柄平衡块上增加了调节装置，结构较为复杂，降低了系统的可靠性。同时，不能降低曲柄销上的受力，因此，该种平衡方式没能在油田大面积推广。

2.改变曲柄平衡结构

改变抽油机的平衡结构，如将曲柄重块平衡，改为游梁重块平衡。将曲柄重块平衡，改为游梁气动平衡等等，这些技术，由于改变了原抽油机基本的平衡方式，严格的说，不属于平衡的范围，但属于平衡技术的改进，这里也作一简单的评述。

游梁式抽油机的游梁平衡技术，是原来小型抽油机普遍采用的平衡技术，平衡重靠近悬点，连杆受力减小，曲柄销受力变优，有利于提高整机的可靠性。

四、结束语

目前，游梁式抽油机的平衡方式是通过调整平衡块来消减抽油机上下冲程的负载差异，抽油机平衡状况直接影响抽油机四连杆机构、减速箱和电机的效率与寿命，对抽油机的工作状况亦影响很大。目前油田广泛应用电流法调整平衡，当电流平衡比在85 %-100%之间为平衡，但通过现场测试，电流平衡井耗电并非最低，而且现场平衡调整只能定性调整操作。为此开展抽油机平衡调整技术研究，通过理论研究和现场试验，确定抽油机最佳节能范围，编制平衡调整程序，定量实施现场平衡调整，提高游梁式抽油机平衡调整管理水平，提高工作效率和系统效率，降低抽油井单耗。

【参考文献】

[1]中国石油学会、石油大学编《石油技术辞典》。北京：石油工业出版社，1996.

[2]采油技术手册编写组，《采油技术手册》。北京：石油工业出版社，1977.