抽油机不平衡成因分析及治理配套措施

孙万里 ,王承凤 ,田广平

摘要：抽油机是油田的主要举升设备，若其在不平衡状态下运行可导致能耗大幅度增加。因此，抽油机调节平衡是节能降耗、延长设备使用寿命的一项重要技术措施。文中介绍了抽油机不平衡原因，并进行了分析，介绍了油田常用平衡理论分析方法，给出了抽油机平衡的经验方法。

关键词; 抽油机，不平衡，因素，措施

抽油机平衡效果不好使抽油机的能耗加大，致使采油成本提高。另外还严重影响曲柄连杆机构、减速器及电动机的使用寿命，同时也降低了抽油杆柱的使用寿命。保证抽油机平衡可以明显改善曲柄销和抽油机连杆受力状况，延长曲柄销的使用寿命，提高支架的稳定性，改善了减速箱的工作状况；提高抽油机的运行效率和可靠运行时间，大大降低生产成本。

1抽油机井不平衡原因

    当游梁式抽油机工作时，抽油机驴头悬点承受着交变载荷。上冲程时，驴头悬点主要承受抽油杆柱和液柱的重量，在抽油机未进行平衡的条件下，电动机做有用功，使驴头上行。下冲程时，驴头悬点只承受抽油杆柱在液体中的重量，需要克服液体浮力，这时电动机做负功，这就造成抽油机在上、下冲程中出现不平衡现象，我们把这种现象，即作功不相等称为抽油机的不平衡。

2抽油机不平衡影响因素分析

    影响抽油机不平衡的因素，主要从地面设备问题、井下工况问题两方面着手，先分析井下工况问题，排除完井下故障，再进行抽油机平衡调整。结合现场实际分析认为主要有以下六个方面的影响因素:

    （1）由于地质条件和开采因素影响，导致油井液量、含水量、压力、动液面等资料发生变化，油井生产参数不匹配时就会产生抽油机不平衡，即使通过机械平衡调整达到平衡，但不能动态跟踪调整，运行过程中依然会产生不平衡，使抽油机的系统效率过低。

   （2）油井结蜡严重，增加了液流阻力，液体摩擦引起摩擦载荷影响抽油设备的正常工作。生产中采用井口套管加药，但由于存在加药制度不完善，加药周期执行不到位等因素，导致油井易结蜡、结垢，增加抽油机载荷。

    （3）油井出砂使地面和井下设备磨蚀，砂卡，增加了抽油机上下冲程运行载荷，严重的甚至泵卡死，冲砂检泵维修工作量剧增。

    （4）抽油机井在检泵作业前后其动液面、产液量、泵效、生产参数等情况都会发生一定变化，抽油机上下行程电流变化也会很大，由于打破了抽油机原有的平衡，若上下冲程电流差异大，抽油机井在作业后启抽时甚至启动不起来。

    （5）抽油机改变工作制度，原有的抽油机平衡被破坏，如抽油机冲程、冲次发生变化，电动机所做的功会变化，其电流在上下行程中也变化，抽油机上下行程的载荷也会随之发生变化。尤其是在调大参数后，对电动机的上下行程的电流影响更明显。

    （6）抽油机是在变负荷条件下运行，曲柄轴上的扭矩在整个工作过程中是变化的，且只在上下冲程的某个瞬间达到最大值，为了克服抽油机较大的启动转矩，必须选择大功率电机，导致大马拉小车，使电机在大部分时间内不能满载工作，其效率和功率因数都不高，电能利用不充分。

2抽油机不平衡理论分析及常用方法

    抽油机在平衡状态下运行时，电动机在上、下过程中做的功相等。因此，要想抽油机在平衡条件下运行，理论上应使电动机在上、下过程中都做正功且数值相等。在下冲程中把储存的能量储存到平衡块上，在上冲程中利用储存的能量来协助电动机做功。

2.1 电流法测平衡技术

    油田广泛应用电流法调整平衡，当电流比在85%-100%为平衡。电流法测平衡技术是目前比较常用的抽油机平衡调整技术，操作简单，应用方便，但当不平衡状态时电动机做负功运动，用电流表无法判断，同时电流法相对误差较大。所以电流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，或是存在反电流现象，此方法无法有效调整平衡。

2.2 功率法测平衡技术

   功率法是以电动机上下冲程的功率曲线为依据。以上下冲程功率曲线包围面积的比值来衡量抽油机的平衡度。这种方法将抽油机的平衡度转化为测量电动机在驴头上下冲程运动的输入电能是否相等。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。现场应用时规定功率比在50%-150%视为平衡。采用功率曲线法衡量抽油机的平衡度，综合考虑了抽油机在工作过程中电机的电流，电压，功率因素，克服了使用电流法衡量的不足，这种方法能较准确反应抽油机的平衡状况。

2.3 扭矩曲线法

扭矩曲线法是通过计算出每个曲柄转角对应的曲柄轴瞬时净扭矩，绘制曲柄瞬时净扭矩曲线和抽油机减速箱输出轴极限扭矩线，分别找出上下冲程净扭矩曲线的峰值，用上下冲程净扭矩曲线峰值的比值判断抽油机的平衡度。如果比值接近1，则认为抽油机处于平衡状态。如果抽油机不平衡，则根据上下冲程最大净扭矩与曲柄转角计算出平衡块应该移动的位置。

3采取的对策

3.1 加强油井的管理

    （1）做好油井工况分析，通过油井出液情况、泵效、电流、示功图等资料的对比分析，若是断脱、漏失等井下故障，无需调整抽油机的平衡，待油井正常生产时再采取措施。

    （2）油井结蜡，需完善热洗加药管理制度，严格执行加药周期，减少蜡沉积问题。

  （3）油井出砂，需制定合理的油井工作制度，在保证油井正常生产前提下控制生产压差，减小流体对油层砂岩的冲刷力。采用合理防砂工艺如机械防砂、化学防砂等来保障油藏正常生产。

    （4）对油井检泵、调参后生产情况进行密切跟踪，及时进行参数前后对比，发现抽油机原有平衡破坏，需要在24h内调整抽油机平衡，等井下恢复平稳时，根据需要再重新调整抽油机的平衡。

    （5）抽油机在变负荷条件下，不仅要根据计算出的电动机功率选择电动机，还应注意电动机的转数与皮带轮直径和冲次的配合，以及电动机的超载能力和启动特性。

3.2 调整平衡块力矩、增减平衡块调整平衡

    对上述不平衡井均运用功率法测平衡技术进行调整，其中通过改变平衡块的平衡力矩、增减平衡块来实现。此方法操作简单，不需要额外的成本，经现场统计，应用功率法测平衡技术进行调整，一次成功的比例占95%以上，且影响因素也相对较少。

3.3安装辅助设备治理不平衡井

对平衡重不能满足要求井，即使通过以上方法也存在负载偏小问题的井，进行安装辅助设备，如二次节能减速器、下偏杠铃装置、自动平衡装置等使平衡重的储能达到平衡储能的要求，进而使抽油机达到平衡。

4 结束语

随着油田开采的逐渐深入，以往的抽油设备对目前的开采已暴露出不利的一面，所以节能降耗工作刻不容缓，而抽油机不平衡又是最大的浪费。调平衡的有利时机需要认真分析油井的实际生产状况，然后摸索规律。抽油机在油田生产应用很多，抽油机负载率低，功率因数低，电能的严重浪费，节能降耗有巨大的潜力。

参考文献：

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