抽油机平衡系统改进技术探讨

宫喜龙（大庆油田有限责任公司第三采油厂）

抽油机平衡系统改进技术探讨

宫喜龙（大庆油田有限责任公司第三采油厂）

游梁式抽油机是油田的主力举升设备，而抽油机的平衡问题又是油田生产备受关注的重要问题，保持抽油机井的平衡，能使抽油机节约电能，减少对电网的污染，并能减少抽油机的波动载荷，延长其使用寿命。根据萨北油田目前的生产实际，提出了2种以节能为目的的游梁辅助平衡方案，即抽油机平衡下偏杠铃改造和安装抽油机自动平衡装置。现场试验表明，改造后的抽油机，其平均综合节电率为12.5%，平均单井提高系统效率1.3%；装有自动平衡装置的抽油机，其有功功率由11.7 kW下降到9.8 kW,节电率达到16.2%，系统效率提高8.17%。

抽油机 下偏杠铃改造 自动平衡装置 现场试验

引言

萨北油田共有机采井3796口，抽油机井2481口，抽油机井数占机采井数的65.36%。从数据可知，游梁式抽油机是油田的主力举升设备，而抽油机的平衡问题又是油田生产的重要问题，保持抽油机井的平衡，能使抽油机节约电能，减少对电网的污染，并能减少抽油机的波动载荷，延长其使用寿命。

抽油机井的平衡率是一项很重要的生产指标，它是根据抽油机井的产量、液面等因素共同作用的，产量和液面等因素的波动会引起抽油机的不平衡，导致平衡率下降。

游梁式抽油机的平衡方式从简单的游梁平衡发展到曲柄平衡，再到后来的复合平衡。在实际生产中，通过改变平衡重质量或平衡重的位置来达到调节平衡的效果，只要抽油机平衡重配置合理，既可以消除下冲程时电动机作负功的现象，又可以减少上冲程时电动机的能量消耗，使上、下冲程中电动机做功接近相等。

1 抽油机平衡下偏杠铃改造

抽油机下偏杠铃的改造方式是在常规游梁式抽油机的基础上，在游梁的尾部增加了一个下偏杠铃，与曲柄平衡共同作用，形成复合平衡。

抽油机下偏杠铃改造是采用在游梁尾部加装杠铃，使杠铃产生的扭矩随着游梁摆角的变化而变化来完成的。当下偏杠铃的重心与游梁中心轴连线成水平位置时，其平衡力臂最长，此时产生的扭矩也最大，正好来平衡抽油机悬点的最大载荷产生的最大扭矩；而下偏杠铃产生的扭矩曲线峰值与悬点载荷产生的扭矩曲线峰值基本同步，且方向相反，两者叠加后，使减速箱输出轴扭矩变小或变化幅度减缓，降低了电动机的输出功率，达到节能降耗效果。

悬点在下死点时，因加载悬点载荷较大，其下偏杠铃的平衡力臂也最长，下偏杠铃产生的平衡扭矩也最大，与载荷扭矩方向相反，在游梁上进行第一次平衡，削去载荷峰值扭矩；在上死点时，因卸载悬点载荷较小，其下偏杠铃产生的力矩因平衡力臂的变短而减小，从而使载荷扭矩随曲柄轴转角变化而变化的规律尽可能与正弦规律相接近，达到加强抽油机的平衡效果，降低其曲柄轴输出净扭矩的峰值，减小其谷值，消除负扭矩，以降低其能耗的目的。

2 抽油机自动平衡装置

抽油机自动平衡装置与下偏杠铃一样安装在抽油机游梁尾部，它的杠铃可以在辅助电动机的控制下前后摆动，该装置由辅助电动机、减速器、摆锤、摆杆和控制系统组成（图1）。

表1 下偏杠铃改造前后生产数据对比

表2 北2-丁6-445井抽油机自动平衡装置生产数据对比

图1 抽油机自动平衡装置结构示意图

抽油机自动平衡装置与下偏杠铃抽油机一样在游梁尾部增加配重，但是它的配重能在电动机的带动下前后摆动，实时改变抽油机尾部的平衡力臂。驴头悬点在下死点时，上冲程开始，此时悬点载荷最大，自动平衡装置的摆杆在最外端，力臂最长，力矩也最大，所需的电动机扭矩就小；驴头悬点在上死点时，下冲程开始，此时悬点载荷最小，自动平衡装置的摆杆在最内端，力臂最短，力矩也最小，依然需要电动机做正功，消除了常规抽油机的电动机受拖动产生的倒发电现象，这样电动机在上下冲程的电流就很稳定，提高了抽油机的平衡率（图2）。

图2 抽油机自动平衡装置节能原理

由于摆锤可以前后运动，它的最大力臂比普通下偏杠铃抽油机的大，最小力臂比普通下偏杠铃抽油机的小很多，所以它的节能效果更明显。它还能够根据驴头载荷的变化自动变化摆锤的摆动角度，进一步降低了电动机的输入功率，达到节电的目的，使抽油机具有最佳的极限平衡效果。

3 现场试验效果

将20台普通抽油机改造为下偏杠铃复合平衡抽油机，测试资料表明：与改造前常规抽油机对比，平均综合节电率为12.5%，日平均单井节电33.3 kWh，平均单井提高系统效率1.3%，百米吨液耗电下降了0.14 kWh，效果良好。实施效果见表1。

抽油机自动平衡装置在北2-丁6-445井进行了现场试验，在产液量与液面深度变化不大的情况下有功功率由11.7 kW下降到9.8 kW，节电率达到16.2%，日节电量达到45.6 kWh，系统效率提高8.17%，百米吨液耗电下降了0.38 kWh，节电效果明显。试验效果见表2。

4 结论

1）下偏杠铃技术改造和安装抽油机自动平衡装置都能起到降低能耗的作用，都是抽油机节能改造的有效技术手段。

2）抽油机井下偏杠铃改造的特点是制造简单、安装方便、成本较为低廉；但节电效果较差，节电率较低。

3）抽油机自动平衡装置的特点是尾部平衡重心相对游梁尾部运动，能自动调整平衡重心位置，平衡优势高于下偏杠铃，节电效果较好，重载荷井的节能效果会更好，但由于设备价格原因投资回收期较长。

4）在现场实际操作中，安装抽油机自动平衡装置的抽油机容易调整平衡，且平衡度高，减少了因平衡度不好而引起的停井和修井次数，降低了劳动强度，延长了抽油机的使用寿命。

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.004.008

2015-01-27）

宫喜龙，1980年毕业于大庆职工大学，从事聚驱电泵现场监督工作，E-mail：gjdd1228@sina.com，地址：黑龙江省大庆油田有限责任公司第三采油厂工程技术大队三采室，163113。