抽油機平衡判斷標準與調整方法

　　抽油機平衡判斷標準與調整方法

　　摘 要：油田生產(chǎn)中抽油機平衡調整方法較多，每種方法的調整效果不同。

　　分析了評價(jià)抽油機平衡的3個(gè)基本準則，指出3個(gè)評價(jià)標準均可通過(guò)提取抽油機單沖程功率曲線(xiàn)中的信息獲得。

　　對抽油機調平衡后，使其同時(shí)滿(mǎn)足3個(gè)基本準則時(shí)，可認為抽油機處于理想的平衡狀態(tài)。

　　現場(chǎng)試驗測試和數據分析表明：采用準則二中的功率法調平衡后，抽油機可同時(shí)滿(mǎn)足準則一和準則二，并接近準則三的要求，可實(shí)現抽油機平衡調節。

　　關(guān)鍵詞：游梁式抽油機;平衡準則;功率法;電流法

　　由于游梁式抽油機復雜的機械運動(dòng)，使抽油機的平衡調整存在較大的難度。

　　目前的油田生產(chǎn)中，抽油機平衡的評價(jià)標準通常采用“電流法”，當下沖程最大電流與上沖程最大電流之比在80%～110%時(shí)，認為抽油機處于平衡狀態(tài)。

　　然而，電流法檢驗抽油機平衡時(shí)會(huì )出現假平衡現象，這是由于抽油機下沖程時(shí)會(huì )產(chǎn)生電機倒發(fā)電現象，而鉗形電流表采用的電流互感器無(wú)法判斷電流的相位導致誤判，生產(chǎn)實(shí)踐已經(jīng)證明這種方法無(wú)法準確評價(jià)抽油機的平衡。

　　因此，電能法、示功圖法、平均功率法、曲柄軸轉矩法等相關(guān)方法被廣泛討論。

　　為達到節能、延長(cháng)減速箱壽命、操作簡(jiǎn)便的綜合目標，本文討論了抽油機平衡評價(jià)準則原理，指出抽油機平衡的3個(gè)基本準則。

　　若抽油機運行中能同時(shí)滿(mǎn)足3個(gè)平衡準則時(shí)，則抽油機工作狀態(tài)最佳，處于較節能的狀態(tài)。

　　1 抽油機平衡判斷原則

　　根據《游梁式抽油機平衡的評價(jià)標準》中規定，電流法和平均功率法是抽油機調平衡的方法，但這2種方法都可歸于基本準則：1)準則一：抽油機的電動(dòng)機在上、下沖程中對外做功相等。

　　2)準則二：懸點(diǎn)上、下沖程中減速箱曲柄軸峰值轉矩相等。

　　3)準則三：整個(gè)沖程中減速箱曲柄軸轉矩的均方根值最小。

　　(1)準則一。

　　這一準則通常用于游梁式抽油機平衡裝置的設計，根據此準則可計算出平衡裝置所儲存或釋放的能量A0為

　　A0=(Au+Ad)/2 (1)

　　式中：Au為上沖程抽油桿柱下落所做的功;Ad為下沖程提拉抽油桿柱和油柱所做的功。

　　A0可通過(guò)抽油機的實(shí)測示功圖，或者利用靜力示功圖求得。

　　電動(dòng)機在上、下沖程中對外做功可轉化為電動(dòng)機的輸出電能，而電動(dòng)機輸出電能與輸入電能成正比。

　　因此，可通過(guò)測量電動(dòng)機上、下沖程的輸入電能是否相等來(lái)判斷抽油機平衡狀態(tài)，也稱(chēng)為電能法。

　　式(2)表示電動(dòng)機功率曲線(xiàn)的上沖程所包圍面積和下沖程所包圍的面積相等，即上、下沖程電動(dòng)機對外做功相等。

　　則有

　　(2)

　　式中：Iu、Id為上下沖程的輸入電流;U 為輸入電壓;cosφ 指電動(dòng)機功率因數;t為抽油機工作時(shí)間。

　　當下沖程與上沖程對外做功之比在80%～110%時(shí)，則認為抽油機平衡。

　　(2)準則二。

　　這一準則通常用于游梁抽油機的平衡狀態(tài)檢驗與調整，但減速箱曲柄軸的轉矩測量比較繁瑣，通�？筛鶕�實(shí)測的光桿示功圖及轉矩因數表來(lái)繪制轉矩曲線(xiàn)。

　　這樣的測量過(guò)程不利于現場(chǎng)的實(shí)際應用。

　　由于電動(dòng)機的輸入電流和功率與減速箱曲柄軸轉矩近

　　似成正比，因此人們通常比較上沖程和下沖程的電流峰值和功率峰值來(lái)取代曲柄軸轉矩峰值。

　　(3)準則三。

　　調整抽油機平衡是為延長(cháng)抽油機使用壽命，即希望減速箱曲柄軸輸出轉矩最小。

　　在不平衡的抽油機上，曲柄軸輸出轉矩通常有正有負，因此轉矩的平均值Ma無(wú)法反應實(shí)際的載荷，通常采用均方根轉矩Mf來(lái)反映減速箱曲柄軸的載荷情況。

　　均方根轉矩與平均轉矩之比為周期載荷系數，其反映載荷轉矩的波動(dòng)程度。

　　均方根轉矩和平均轉矩的表達式為

　　從節能角度分析，若使抽油機最節能即使電動(dòng)機的變動(dòng)損耗最小，而變動(dòng)損耗與電流的平方成正比，電動(dòng)機的電流取決于載荷轉矩。

　　因此，要求電動(dòng)機載荷轉矩的均方根值最小。

　　只要保證曲柄軸轉矩的均方根值最小，就能保證電動(dòng)機負載轉矩均方根值及電流的均方根值最小，即電動(dòng)機工作在節能狀態(tài)。

　　因此，曲柄軸的均方根轉矩最小時(shí)，抽油機可安全節能地工作。

　　電動(dòng)機的載荷轉矩通常不易測量，但功率容易測量。

　　對于轉差不大，轉速變化較小的電動(dòng)機，近似認為電動(dòng)機轉速與曲柄軸角速度是常數，曲柄軸轉矩與電動(dòng)機輸入功率大體成正比。

　　可利用電動(dòng)機的均方根功率的極小值作為判據對抽油機平衡率進(jìn)行調節。

　　只有當功率曲線(xiàn)傅里葉級數的正弦分量占主要作用時(shí)，這種調節方式才能起到較好的效果。

　　2 調整判斷方法

　　2.1 電流法

　　盡管電流法測試抽油機平衡時(shí)會(huì )出現假平衡狀態(tài)，但這種方法簡(jiǎn)單，仍被采油單位所采用。

　　實(shí)際應用時(shí)對非平衡抽油機進(jìn)行調整，

　　式中：ΔR 為達到平衡時(shí)平衡塊的移動(dòng)量;Mmax為抽油機最大轉矩;Wb為平衡塊重;Wmax、Wmin為懸點(diǎn)最大和最小載荷;S 為沖程;n為沖次。

　　該方法適用于現場(chǎng)抽油機平衡狀態(tài)較好情況，當抽油機嚴重不平衡時(shí)，此方法無(wú)法有效調整平衡。

　　2.2 功率法

　　功率法是通過(guò)測量電動(dòng)機的功率變化曲線(xiàn)，分析抽油機的平衡情況，當下沖程和上沖程最大功率的百分比在80%～100%之間時(shí)，則認為功率平衡，此值通常不大于100%。

　　這種判斷方法與電流法原理相同，但該方法可以克服抽油機的假平衡現象，即當抽油機帶動(dòng)電動(dòng)機發(fā)電時(shí)，測量的功率曲線(xiàn)為負值。

　　3 調整原則比較

　　由以上分析可知：準則一采用抽油機上、下沖程功率曲線(xiàn)的面積比;準則二采用上、下沖程功率曲線(xiàn)的峰值比;準則三是對功率曲線(xiàn)進(jìn)行傅里葉級數展開(kāi)，使抽油機工作時(shí)電動(dòng)機均方根功率取得極小值。

　　任何一種平衡準則都與電動(dòng)機功率曲線(xiàn)相關(guān)，因此，通過(guò)對功率曲線(xiàn)進(jìn)行分析可實(shí)現抽油機平衡率調節。

　　當抽油機處于良好平衡狀態(tài)時(shí)，曲柄軸轉矩曲線(xiàn)等效于功率曲線(xiàn)。

　　抽油機的上、下沖程是對稱(chēng)的，采用準則一和準則二來(lái)判斷平衡率將得到相同的結果，而準則三需要濾除曲線(xiàn)的一階正弦分量，得到不同的功率曲線(xiàn)。

　　若對新功率曲線(xiàn)

　　采用準則一和準則二時(shí)，將與原功率曲線(xiàn)得到不同的平衡率;而準則二僅考慮上、下沖程的峰值功率，信息量偏少，在實(shí)際應用中與準則一得到的平衡結果存在差別。

　　由此可見(jiàn)，采用3種平衡準則分別調節抽油機時(shí)，將得到3種不同的平衡效果，具體哪種情況下的平衡效果最好目前還未有統一定論。

　　若通過(guò)調節抽油機平衡塊，使其同時(shí)滿(mǎn)足3個(gè)基本準則，則可認為抽油機處于理想平衡狀態(tài)。

　　參考文獻：

　　1.金偉，高增海等.抽油機平衡測試方法的研究與改進(jìn)[J].石油機械，2001，29.

　　2.侯立功，劉超，陶明.雙驢頭抽油機平衡調整的簡(jiǎn)易方法[J].油氣田地面工程，2008.

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