洪平 柳云川 余艳辉 杨官玲
中国石化江汉油田分公司江汉采油厂 湖北 潜江 433124
摘要：目前江汉采油厂98%以上的油井，采用的是机械采油，而其中90%以上的机采井，使用的是游梁式抽油机（以下简称抽油机）。确保抽油机在平衡状态下工作，不仅仅可以节约大量能耗，而且可以延长抽油机设备的寿命，优化井下工况，间接提高油井产量。因此调整抽油机平衡是各采油站日常设备管理中的重点工作。抽油机调平衡大致可分为电流法、电能法、示功图法、功率法、扭矩法。本文提供了常用的电流法、扭矩法和功率法三种方法的计算和比较。
关键词：游梁式抽油机;平衡;电流法;扭矩法;功率法
1、抽油机平衡基本原理、定义及判断
抽油机下冲程过程中悬点载荷以及电动机所做的功储存起来，下冲程储存的能量释放出来帮助电动机带动悬点运动做功。这就是抽油机平衡的基本原理。根据《QSY1233-2009游梁式抽油机平衡及操作规范》中对抽油机的平衡状态的描述：指抽油机减速器扭矩最小的状态，也就是减速器扭矩均方值最小的状态，或者上、下冲程中减速器扭矩峰值最小的状态。通俗地说抽油机平衡必然满足上、下冲程电机做功相等。而抽油机在日常生产中由于自身的工况特点，其驴头悬点承受交变载荷，上冲程，抽油机驴头承受抽油泵活塞截面以上液体、抽油杆柱自身的重量、以及惯性、摩擦、振动等负荷。下冲程时，抽油机驴头仅承受抽油杆柱在井液中的重量及少量的摩擦、惯性等负荷。其上、下冲程负荷差别非常大，抽油机无法正常运行，为了保证抽油机正常运行，通常采用游梁平衡、曲柄平衡、复合平衡、气动平衡的方法。而对大型抽油机常用曲柄平衡（本文所讲到平衡调整所针对的就是曲柄平衡游梁抽油机）。对于是否平衡，判断主要依据有观察法、上下冲程时间法、电流法、扭矩法、功率法等，观察法、上、下冲程时间法虽可粗略地判断抽油机是否平衡，但无法给出调整平衡的具体数值。电流法、扭矩法、功率法不仅能计算出当前抽油机的平衡率，而且还可以算出达到平衡条件所需要移动平衡块的距离，在现场得到广泛运用。
2、电流法调整抽油机平衡
电流法调平衡主要是通过测量抽油机上、下行交流电机三相电流的峰值，其平衡率是下行三相峰值电流的平均值与上行三相电流峰值的平均值的比值百分数。平衡率凡在85%~115%之间的抽油机我们认为达到平衡条件。此种方法在现场实际操作中，不仅测量简单而且调整距离的计算也非常容易。因此各采油站调平衡大多采用这一方法。平衡率的计算及调整值计算如下：
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电流法调整平衡现场有很高的操作性，且所需调整值计算简便，容易掌握，但缺点也是显见的，首先，峰值瞬时变化读取困难且因人而异，差别较大，这就使计算的结果缺乏准确性。第二，电流值没有负值，很多时候抽油机下行时，在悬点载荷等因素的作用下，电机被带着转动，使得电机的转速大于它的同步转速，电机实际上处于发电状态，处于发电状态的电机的回馈电流通常较大，这就使我们的计算的平衡率不能真实地反映抽油机的平衡状态。出现假平衡现象。
3、扭矩法调整抽油机平衡
依据《SYT 5044-2003 游梁式抽油机》关于扭矩平衡的定义：按上、下冲程减速器曲柄最大净扭矩值相等的原则计算。根据抽油机悬点实际功图及抽油机结构尺寸计算出曲柄扭矩曲线，当上、下冲程峰值扭矩之比在80%~100%内视为平衡。当上冲程最大净扭矩Mn1max大于下冲程最大净扭矩Mn2max时，需增大旋转平衡重最大扭矩值，相反则减小。旋转平衡重最大扭矩M值可根据扭矩曲线按下式算出：
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从实际抽油机平衡的调整看，扭矩法更能客观、真实地反映出抽油机真实的平衡状态，从表1两口井电流与扭矩调整平衡的对比效果来看，扭矩法有更好的节能性。
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4、功率法调整抽油机平衡
功率法调整平衡是利用安装在井上的功率记录仪记录下电机的功率变化曲线，根据曲线计算上、下冲程的平均功率，并用下冲程的平均功率与上冲程的平均功率之比进行判断其平衡情况。实际上它的核心是能量守恒原理，利用上、下冲程电机所产生的电量与平衡块在曲柄上的位置建立起函数关系，根据上、下冲程电量的变化计算出平衡最佳位置点。事实上可以将整个“三抽”系统人为地分成两个部分，把平衡块看作单独的一部分，把平衡块以外参与做功的看作另外一部分，抽油机在正常状态下电机对减速器、四连杆机构和悬点载荷做功，而平衡调整前后电量的变化可以看作是平衡块位置的改变所致。平衡调整前后四连杆机构、悬点载荷等做功保持不变。
曲柄平衡抽油机，其曲柄平衡块的安装位置调整量△r按下式计算，△r为正，平衡偏轻，向外调整，△r为负，平衡偏重，向内调整。
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从2018年开始，江汉采油厂也开展了功率法调整平衡的尝试，截止目前为止，先后进行了15井次的调平工作，取得不错的节能效果。
表2江汉采油厂部分井电流与功率平衡对比表
5、结论与认识
综上所述，扭矩法和功率法对抽油机平衡的判断与调整比电流法有着更高的精确性，调整也往往可以一部到位就可实现平衡。而其中扭矩法与功率法相比，扭矩法计算工作量大、人员技术要求高、准备时间长、需要的参数和资料多。而功率法相对要简便一些，只需要测试一些电参数。当然最好的方法就是扭矩法与功率法结合起来，两种方法互相佐证，同时确定，实现最优的调整效果。但总的来说，目前江汉采油厂，电流法运用得更普遍，这主要利益于其测量容易、计算简便及无须准备时间，可以随测随调。对一些井也可以起到较好的效果。
参考文献：
[1]王洪勋，张琪.采油工艺原理【M】.北京：石油工业出版社，1989
[2]刘华伟，李振林，孙东. 游梁式抽油机平衡调整及其节能效果研究【J】