游梁式抽油机平衡判别方法与综合应用

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇游梁式抽油机平衡判别方法与综合应用范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘 要： 游梁式抽油机通过合理平衡能够降低能耗，减轻系统冲击，延长电动机、减速器及皮带轮等设备的使用寿命。在简述游梁式抽油机平衡机理的基础上，对现有抽油机平衡标准中存在的不足进行了讨论，提出将均方根扭矩最小平衡准则作为抽油机平衡判别方法，考虑到扭矩测试难以实现，可以用电机功率推算扭矩进行平衡判定。在游梁式抽油机合理平衡方法的基础上，应用平衡测试装置，不仅利于油井的生产管理，也利于技术的规模化应用，对于油田高效、绿色发展具有现实意义。

关键词： 游梁式抽油机； 平衡判定； 判别准则； 均方根扭矩； 峰值扭矩； 悬点载荷

游梁式抽油机平衡判别与调整是抽油机井生产管理的一项重要内容。游梁式抽油机通过合理平衡能够降低能耗，减轻系统冲击，延长电动机、减速器及皮带等设备的使用寿命。游梁式抽油机井占机械采油井总数的92%，系统效率普遍在20% ～30% 之间，能耗普遍占整个油田能耗的三分之一，有的甚至更高。由此可见，做好游梁式抽油机的平衡工作，既可以降低系统能耗，又能够延长抽油机设备的使用寿命，间接提高油气井产量。基于此，笔者对游梁式抽油机平衡判定方法进行了研究，并提出了新的平衡判别方法。

1 游梁式抽油机的平衡机理

游梁式抽油机的载荷属于周期性的交变载荷，电动机在整个冲程中所承受的载荷波动幅度很大，而悬点运动速度的变化又加剧了载荷的波动幅度，载荷波动影响了电动机、减速器及四连杆机构的使用寿命，也使抽油杆的工作条件恶化，杆柱断脱次数增加。为了降低抽油机载荷的波动幅度，提高整个系统的运行状况，必须对游梁式抽油机进行合理平衡。

抽油机悬点载荷的变化直接影响抽油机的平衡状况，而影响悬点载荷的因素较多，例如井下抽油泵往复磨损，泵漏失增加； 油管磨损和腐蚀产生漏失和偏磨； 油井供液能力变化； 采出液密度、黏度的变化等。以上因素均会引起抽油机载荷的变化，影响抽油机的平衡状况。因此，在油田生产管理中一般会对抽油机的平衡状况进行定期测试，并及时调整。正常运行的抽油机每月要进行1 次平衡率测试，特殊井则要加密测试，以保证抽油机安全可靠运行。

2 抽油机平衡判别方法

判断抽油机是否处于理想平衡状况的依据就是抽油机的平衡判据，也称平衡准则。目前常用的平衡准则有以下3 种。

2. 1 准则一： 抽油机电机上冲程与下冲程对外做功相等根据抽油机电机上、下冲程对外做功相等准则，求出下冲程时平衡装置所储存的能量或上冲程时抽油杆下行所释放的能量大小。上冲程过程中，电机所做的功加上平衡装置释放的能量等于上冲程举升抽油杆和油杆柱所做的功； 下冲程过程中，平衡装置存储的能量应等于电机所做的功与抽油杆柱下落所做的功之和； 根据平衡准则，电机上冲程做的功等于下冲程做的功，由现场实测示功图围成的面积进行计算，以电能法为代表。

2. 2 准则二： 悬点上冲程与下冲程中减速器曲柄轴峰值扭矩相等目前，该方法在油田有广泛应用。由于减速器曲柄轴扭矩与电机的输入电流和功率成正比，且变化规律基本相同，实际中减速器曲柄轴扭矩难以测量，故常用电参测试替代扭矩测试，代表方法有电流法、功率法和扭矩法。

2. 2. 1 电流法。即保证抽油机上冲程与下冲程过程中电机的峰值电流相等。在油田实际生产管理中，无法保证电流峰值完全相等，所以一般规定电流平衡率（ 下冲程峰值电流与上冲程峰值电流的比值） 在85%～100%之间。

2. 2. 2 功率法。与电流法的平衡原理相同，只是功率平衡率（ 下冲程电机峰值功率与上冲程峰值功率的比值）在80% ～100% 之间即认为抽油机处于平衡状态，功率平衡率一般不大于100%。

2. 2. 3 扭矩法。在悬点上冲程与下冲程过程中曲柄轴峰值扭矩相等。根据实测的悬点示功图及抽油机结构尺寸计算曲柄轴扭矩曲线，当下冲程峰值扭矩与上冲程峰值扭矩的比值在80% ～100% 之间时，认为抽油机处于平衡状态。

2. 3 准则三： 周期内减速器曲柄轴的均方根扭矩最小。由于曲柄轴扭矩现场实际测试比较困难，所以一般采用悬点示功图和抽油机结构尺寸计算曲柄轴扭矩曲线，并进行抽油机的平衡调整计算。该方法的前提是已知抽油机结构尺寸与平衡装置质量，而目前抽油机生产厂家众多，结构尺寸及相关参数各有差异，进而使该方法的应用和推广受到一定限制。

3 平衡准则对比应用

目前，尚无统一标准来评判这3 种平衡准则的好坏，但研究发现，曲柄轴的均方根扭矩影响电机的功率消耗，曲柄轴的峰值扭矩和负扭矩影响减速器的使用寿命，因此需要综合考虑曲柄轴峰值扭矩、负扭矩和均方根扭矩来评价游梁式抽油机的平衡效果。一般按准则二调整平衡时曲柄轴峰值扭矩最小，但负扭矩值最大； 按准则三调整平衡时曲柄轴峰值扭矩最大，但负扭矩值最小； 准则一介于这两者之间。根据以上分析，从降低抽油机减速器曲柄轴扭矩峰值角度考虑，准则二合理； 从降低抽油机能耗角度考虑，准则三更合理。考虑到抽油机设计计算时，减速器曲柄轴最大许用扭矩的安全系数为10，且准则二降低抽油机减速器曲柄轴扭矩程度不大，基于此，在不超过抽油机曲柄轴额定扭矩的前提下采用准则三更为合理。 虽然通过准则三判别抽油机平衡更为合理，但直接测试抽油机减速器曲柄轴扭矩很难实现，通过示功图折算曲柄轴扭矩方法较好，但目前抽油机生产厂家较多，机型也较为复杂，掌握所有抽油机结构参数比较困难，且对特殊机型也不易实现； 而通过电机输入功率折算扭矩比较容易，不需要抽油机的结构参数，也不受各类机型限制，只要考虑各传动环节效率损失就能准确计算曲柄轴扭矩，判别抽油机平衡。

在现场已知平衡装置质量的条件下，通过调整平衡块的位置可以得到不同的平衡扭矩曲线，按下式计算均方根扭矩。

比较不同平衡扭矩曲线的均方根值，可以获得均方根最小时平衡装置的位置，即平衡调整的最佳位置。

4 结束语

对现有抽油机平衡标准中存在的不足进行了讨论，提出将均方根扭矩最小平衡准则作为抽油机平衡判别方法，这样既能保证抽油机安全运行，又能保证能耗最小。考虑到扭矩测试难以实现，可以用电机功率推算扭矩进行平衡判定。

参考文献

1. 顾永强，胡洪浩. 抽油机采用功率平衡标准实现节能[J]. 节能与环保，2009 （ 9） ： 43 - 45.