游梁式抽油机平衡调整准则与对策 ◆秦少军 （胜利油田分公司滨南采油厂 山东东营２５７０００） 【摘要】油田生产中抽油机平衡调整方法较多，每种方法的调整效 荷，通常采用均方根转矩Ｍｆ来反映减速箱曲柄轴的载荷情况。均 果不同。分析了评价抽油机平衡的３个基本准则，指出３个评价标 方根转矩与平均转矩之比为周期载荷系数，其反映载荷转矩的波 准均可通过提取抽油机单冲程功率曲线中的信息获得。对抽油机 动程度。均方根转矩和平均转矩的表达式为从节能角度分析，若使 调平衡后，使其同时满足３个基本准则时，可认为抽油机处于理想 抽油机最节能即使电动机的变动损耗最小，而变动损耗与电流的 的平衡状态。现场试验测试和数据分析表明：采用准则二中的功率 平方成正比，电动机的电流取决于载荷转矩。因此，要求电动机载 就 法调平衡后。抽油机可同时满足准则一和准则二，并接近准则三的 荷转矩的均方根值最小。只要保证曲柄轴转矩的均方根值最小，要求，可实现抽油机平衡调节。 【关键词】游梁式抽油机平衡准则功率法电流法 由于游梁式抽油机复杂的机械运动，使抽油机的平衡调整存 在较大的难度。目前的油田生产中，抽油机平衡的评价标准通常采 用“电流法”，当下冲程最大电流与上冲程最大电流之比在８Ｏ％～ ｌ１０％时，认为抽油机处于平衡状态。然而，电流法检验抽油机平衡 时会出现假平衡现象，这是由于抽油机下冲程时会产生电机倒发 电现象，而钳形电流表采用的电流互感器无法判断电流的相位导 致误判，生产实践已经证明这种方法无法准确评价抽油机的平衡。 因此，电能法、示功图法、平均功率法、曲柄轴转矩法等相关方法被 广泛讨论。为达到节能、延长减速箱寿命、操作简便的综合目标，本 文讨论了抽油机平衡评价准则原理，指出抽油机平衡的３个基本 准则。若抽油机运行中能同时满足３个平衡准则时，则抽油机工作 状态最佳，处于较节能的状态。 一、抽油机平衡判断原则 根据《游梁式抽油机平衡的评价标准》中规定，电流法和平均 功率法是抽油机调平衡的方法，但这２种方法都可归于基本准则： 准则一：抽油机的电动机在上、下冲程中对外做功相等；准则二：悬 点上、下冲程中减速箱曲柄轴峰值转矩相等；准则三：整个冲程中 减速箱曲柄轴转矩的均方根值最小。准则一。这一准则通常用于游 梁式抽油机平衡装置的设计，根据此准则可计算出平衡装置所储 存或释放的能量Ａ０为 Ａ０＝（Ａ ｕ＋Ａ ｄ）／２ （１） 式中：Ａ ｕ为上冲程抽油杆柱下落所做的功；Ａ ｄ为下冲程 提拉抽油杆柱和油柱所做的功。Ａ０可通过抽油机的实测示功图， 或者利用静力示功图求得。电动机在上、下冲程中对外做功可转化 为电动机的输出电能，而电动机输出电能与输入电能成正比。因 此，可通过测量电动机上、下冲程的输入电能是否相等来判断抽油 机平衡状态，也称为电能法。式（２）表示电动机功率曲线的上冲程 所包围面积和下冲程所包围的面积相等，即上、下冲程电动机对外 做功相等。则有 ，ｔｕ ｔ ｔｄ 『、／丁・ｕ・Ｉ ・ｃ０ｓ１ｌｒｄｔ＝ｆ、／丁・ｕ・Ｉ ｄ・ｃｏｓ ｄｔ （２） 式中：ｌｕ、Ｉｄ为上下冲程的输入电流；ｕ为输入电压；ＣＯＳ 指电动机功率因数；ｔ为抽油机工作时间。当下冲程与上冲程对外 做功之比在８Ｏ％～ｌ１Ｏ％时，则认为抽油机平衡；准则二。这一准 则通常用于游梁抽油机的平衡状态检验与调整，但减速箱曲柄轴 的转矩测量比较繁琐，通常可根据实测的光杆示功图及转矩因数 表来绘制转矩曲线。这样的测量过程不利于现场的实际应用。由于 电动机的输入电流和功率与减速箱曲柄轴转矩近似成正比，因此 人们通常比较上冲程和下冲程的电流峰值和功率峰值来取代曲柄 轴转矩峰值；准则三。调整抽油机平衡是为延长抽油机使用寿命， 即希望减速箱曲柄轴输出转矩最小。在不平衡的抽油机上，曲柄轴 输出转矩通常有正有负，因此转矩的平均值Ｍａ无法反应实际的载 ３５０ 能保证电动机负载转矩均方根值及电流的均方根值最小，即电动 机工作在节能状态。因此，曲柄轴的均方根转矩最小时，抽油机可 安全节能地工作。电动机的载荷转矩通常不易测量，但功率容易测 量。对于转差不大，转速变化较小的电动机，近似认为电动机转速 与曲柄轴角速度是常数，曲柄轴转矩与电动机输入功率大体成正 比。 可利用电动机的均方根功率的极小值作为判据对抽油机平衡 率进行调节。只有当功率曲线傅里叶级数的正弦分量占主要作用 时，这种调节方式才能起到较好的效果。 二、调整判断方法 （１）电流法。尽管电流法测试抽油机平衡时会出现假平衡状 态，但这种方法简单，仍被采油单位所采用。实际应用时对非平衡 抽油机进行调整。 。持 ｓ 式中：△ｎ为达到平衡时平衡块的移动量；Ｍｍａｘ为抽油机最 大转矩；Ｗｂ为平衡块重：Ｗｍａｘ、Ｗｍｉｎ为悬点最大和最小载荷；Ｓ 为冲程；ｎ为冲次。该方法适用于现场抽油机平衡状态较好情况， 当抽油机严重不平衡时，此方法无法有效调整平衡。 （２）功率法。功率法是通过测量电动机的功率变化曲线，分析 抽油机的平衡情况，当下冲程和上冲程最大功率的百分比在８０％ ～１００ 之间时，则认为功率平衡，此值通常不大于１００％。这种判 断方法与电流法原理相同，但该方法可以克服抽油机的假平衡现 象，即当抽油机带动电动机发电时，测量的功率曲线为负值。 三、调整原则比较 由以上分析可知：准则一采用抽油机上、下冲程功率曲线的面 积比；准则二采用上、下冲程功率曲线的峰值比；准则三是对功率 曲线进行傅里叶级数展开，使抽油机工作时电动机均方根功率取 得极小值。任何一种平衡准则都与电动机功率曲线相关，因此，通 过对功率曲线进行分析可实现抽油机平衡率调节。当抽油机处于 良好平衡状态时，曲柄轴转矩曲线等效于功率曲线。抽油机的上、 下冲程是对称的，采用准则一和准则二来判断平衡率将得到相同 的结果，而准则三需要滤除曲线的一阶正弦分量，得到不同的功率 曲线。若对新功率曲线采用准则一和准则二时，将与原功率曲线得 到不同的平衡率；而准则二仅考虑上、下冲程的峰值功率，信息量 偏少，在实际应用中与准则一得到的平衡结果存在差别。由此可 见，采用３种平衡准则分别调节抽油机时，将得到３种不同的平衡 效果，具体哪种情况下的平衡效果最好目前还未有统一定论。若通 １ｉ 调节抽油机平衡块，使其同时满足３个基本准则，则可认为抽油 机处于理想平衡状态。 参考文献： 【１］金伟，高增海等．抽油机平衡测试方法的研究与改进Ｕ】．石油 机械，２００１． 【２】侯立功，刘超，陶明．双驴头抽油机平衡调整的简易方法卟油 气田地面工程．２００８．
