优化抽油机平衡率调整方法

丛日东1谭洪彬1孙庆伟2

摘要：抽油机平衡率调整是抽油机节能的一项最有效快捷方法。目前通用办法是移动曲柄平衡块位置来调整平衡，存在弊端:没有细化和挖掘节能潜力。为此我们对抽油机功率曲线、地面示功图、利用平衡块重量、上行功率、下行功率、冲次四个参数，计算抽油机的平衡块调整尺度。提高了工作效率，把抽油机节能达到了最大化。

前言

研究并提供一种抽油机平衡率调整方法，包括：对抽油机进行实测以获取抽油机的功率曲线图和地面功图；通过抽油机的功率曲线图和地面功图，利用平衡块重量、上行功率、下行功率、冲次四个参数，计算抽油机的平衡块调整尺度。上述技术方案提出了一种抽油机平衡率调整方法，能够更为根据平衡块重量、上行功率、下行功率、冲次四个参数计算抽油机的平衡块调整尺度，从而提高抽油机的工作效率，降低能耗。

石油在目前阶段还是不可替代的重要物质，因此石油开采技术和管理技术一直是研究重点。国内的油田生产普遍具有地域分散、环境恶劣、设备运转时间长的特点，因此需要投入大量的人力物力进行设备维护，并试图对设备进行改进以提高设备的工作效率，达到最佳采油/能耗比。其中游梁式抽油机是原油生产的主要设备，采用游梁式抽油机的油井数量是总采油井数量的82％，耗电量占采油井总耗电量的89％以上，由此可以看出提高游梁式抽油机的工作效率是当前油田设备升级的重要环节。

通过大量研究可以发现，现有的游梁式抽油机的平衡对游梁式抽油机的举升能耗的影响较大，因此游梁式抽油机的工作是否处于平衡状态对节能降耗具有非常重要的意义；其中平衡就是指电动机在上下行程中都做正功，且在上下行程中做功相等。目前的研究中，对游梁式抽油机的平衡调节主要有电流法、扭矩曲线法、功率。

1、电流法

使用电流法判断抽油机平衡的标准是利用抽油机井运动时下冲程电动机最大电流与上冲程最大电流的比，以百分数表示：Ψ＝I下max/I上max×100％，式中，Ψ为抽油机平衡度(％)，I下max为下冲程最大电流(A)，I上max为上冲程最大电流(A)。抽油机平衡度在80％～110％之间为合格，否则为不合格。最佳平衡度值应为100％。

2、功率曲线法

功率曲线法是以电动机上下冲程的功率曲线为依据，以上下冲程功率曲线包围的面积的比值来衡量抽油机的平衡度。这种方法将抽油机的平衡判断转化为测量电动机在驴头上下冲程运动的输入电能是否相等。采油功率曲线法衡量抽油机的平衡度，综合考虑了抽油机在工作过程中电机的电流、电压、功率因数，克服了使用电流法仅以最大电流衡量平衡度的不足，因此这种方法能够较准确地反应抽油机的平衡状况，使用功率法调节抽油机的平衡度，既能实现节能目的，又能保证抽油机安全运行。

3、扭矩曲线法

扭矩曲线法是通过计算出每个曲柄转角对应的曲柄轴瞬时净扭矩，绘制曲枘轴瞬时净扭矩曲线和抽油机减速器输出轴极限扭矩线，分别找出上下冲程净扭矩曲线的峰值，用上下冲程净扭矩曲线峰值的比值判断抽油机的平衡度。如果比值接近1，则认为抽油机处于平衡状态。如果抽油机不平衡，则根据上下冲程最大净扭矩与曲柄转角计算出平衡块应该移动的位置。

针对现有技术中存在的问题，要解决的技术问题提出一种抽油机平衡率调整方法，能够更好的对游梁式抽油机的功率平衡进行调整，至少部分的解决现有技术中存在的问题。

1、实施方式一

抽油机平衡率调整方法。

1.抽油机平衡率调整方法：

步骤1、对抽油机进行实测以获取抽油机的功率曲线图和地面功图；

步骤2、通过抽油机的功率曲线图和地面功图，利用平衡块重量、上行功率、下行功率、冲次四个参数，计算抽油机的平衡块调整尺度。

2.抽油机平衡率调整方法，其特征在于，步骤1中的功率曲线图通过以下方法计算：获取角位移传感器的角度信号，并根据角度信号获取抽油机的实时位移量；获取多功能电表采集抽油机主电机的电量参数，得到主电机的三相电流、三相电压、有功功率、无功功率等三相电参数；读取多功能电表采集的有功功率，根据位移量和有功功率的对应关系形成功率曲线图。

3.抽油机平衡率调整方法，步骤1中的地面功图通过以下方法计算：获取角位移传感器的角度信号，并根据角度信号获取抽油机的实时位移量；通过载荷仪传感器获取载荷信号；将位移量和载荷的对应关系生成地面功图。

4.抽油机平衡率调整方法，步骤2中的平衡块调整ΔL通过以下步骤计算：确定上下行程的功耗差＝|E上－E下|；通过以下公式相应调整上下行程的功耗以使上下行程的功耗差|E上－E下|＝0；

2、实施方式二

要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面具体实施例进行详细描述。

具体的，本发明实施例可以通过一个设置在油井控制柜上的油井智能控制器来实现，以采集抽油机的功率曲线和地面功图，并通过对功率曲线和地面功图进行分析来实现调节抽油机的功率平衡。

(1)功率曲线图

角位移传感器的角度信号通过4～20mA信号传输到油井智能控制器，在油井智能控制器进行分析处理得到抽油机的实时位移量。通过多功能电表采集抽油机主电机的电量参数，得到主电机的三相电流、三相电压、有功功率、无功功率等三相电参数，RTU通过485读取多功能电表采集的有功功率，然后将位移量和有功功率对应起来可形成功率曲线图。

(2)地面功图

角位移传感器的角度信号通过4～20mA信号传输到RTU控制器，在RTU控制器进行分析处理得到抽油机的实时位移量。载荷仪传感器将载荷通过4～20mA信号传输到RTU控制器，然后将位移量和载荷对应起来可形成地面功图。它也是在抽油机一个抽吸周期内测取的封闭曲线。

2.3、调整方法

通过现场测量平衡块质量，根据功率曲线和地面供图获取上下行平均功率和冲次，根据计算模板算出调整方向和长度，现场进行调整，调整完成后查看功率曲线，判断抽油机平衡率是否合格。

4、效果统计

采油管理四区推导功率法调平衡计算公式，通过形状分析计算完善平衡块重量数据库，将计算公式编入软件，自动计算调整长度，一次调整合格率由38％提高到95％。

4.1、经济效益

A、原油产量：通过提高功率法调平衡一次成功率，减少施工时间，提高采油时率，减少产量损失156吨。按原油价格60美元/桶计算，吨油完全成本按39美元/桶计算，M1＝156*7.2*(60-39)*6.6＝15.6(万元)

B、作业费用：按2017年长时间停井造成躺井3口计算：

M2＝3*16＝48(万元)

C、节约电费：2017年共调整283井次，累计节电24.8万kW•h。电费按0.5元/kw.h计算，M3＝24.8*0.5＝12.4万元；

年创经济效益：M＝M1+M2+M3＝15.6+48+12.4＝76(万元)

4.2、社会效益

该计算方法在使用过程中简单方便、操作性强，既能节能降耗，又能减轻职工工作量，具有良好的应用价值和推广前景。