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抽油机自动平衡调整技术研究与应用发布时间：2021-07-02T14:14:51.083Z 来源：《中国科技信息》2021年8月作者：石晓光[导读] 目前在采油系统中大部分还是在采用游梁式抽油机，抽油机的平衡与否，对其故障率、寿命能耗、噪音有很大影响。
辽河油田公司冷家油田开发公司采油四区石晓光摘要：目前在采油系统中大部分还是在采用游梁式抽油机，抽油机的平衡与否，对其故障率、寿命能耗、噪音有很大影响。
游梁式抽油机的节能技术就是平衡技术，平衡系统的性能，平衡效果的优劣，直接影响抽油机的节能、寿命和应用方便程度。
实时自动检测游梁式抽油机平衡是否达到行业标准，并指令伺服系统自动调整达到或优于行业标准，实现悬点载荷有多大其配重就自动调整到多大，这样就能降低能耗、增加产量。
关键词：采油系统；游梁式抽油机；悬点载荷；调整平衡目前在采油系统中大部分还是在采用游梁式抽油机，在游梁式抽油机行业标准中对平衡的要求是应使上、下冲程的最大电流差值小于最大电流的 15%。
抽油机在一定的生产条件下调整好平衡后，随着排采抽吸的进行，油井本身地层供液和含水、含气等工况的变化使悬点负荷不断的变化，使游梁式抽油机平衡偏离行业标准。
由于人工调整既费时又费力，还达不到适时调整，并且在调整时需要停抽，影响原油产量。
所以有些资料表明50%以上的抽油机大部分时间工作在欠平衡的状况，达不到行业标准。
近些年，在抽油机自动控制方面，一些油田做了尝试，主要功能有：自动调平衡、自动调冲次等。
由于是“尝试”，早期研发费用较高，使产品成本偏高。
另外由于没有形成统一标准，给设备管理带来难度，造成这些功能的使用率只有 10%左右。
随着电子行业的快速发展，机械结构的优选定型，成本的大幅度降低，自动调整平衡是采油设备的必然趋势。
1 技术方案1.1 微电脑控制部分1.1.1 数据采集监测平衡是否达到标准采用自动测量驱动电动机电流强度的方式。
微电脑在设定监测时间段内通过电流互感器和游梁位置传感器储存上冲程和下冲程的最大电流，通过比较程序得知电流偏差和较大电流是处于上冲程或者下冲程。
浅谈游梁式抽油机调平衡的调整与判定关键词:游梁式抽油机调平衡平衡率平衡率判定一、抽油机井平衡率抽油机井平衡率是日常生产管理中的一项重要指标，抽油机在工作过程中悬点承受的是不对称的脉动载荷，上冲程载荷很大，下冲程载荷较小，这样就会造成上冲程电动机做功很大，下冲程电机做负功，即悬点拉着电机施转口因此也就会造成抽油机不平衡，根据《QSY1233-2009游梁式抽油机平衡及操作规范》。
由于不平衡会对抽油机造成一系列的危害:（1）是上冲程过程中电机承受着极大的载荷，下冲程抽油机反而带者电动机运转做功，从而造成电能的浪费，降低电机的效率和使用寿命。
（2）是由于承受的载荷极不均匀，会使抽油机发生激烈振动，从而影响设备的使用寿命。
（3）是会破坏曲柄旋转速度的均匀性，使驴头上F摆动不均匀，影响抽油杆和泵的正常工作，进而影响油井的产量及检泵率，抽油机在正常运转时必须采用调平衡的方式保证单井平衡率在85%以上。
二、抽油机不平衡的原因：1、原因:抽油机的工作特点是承受交变负荷，上冲程，抽油机驴头承受作用在活塞截面上的液拄重量和抽油杆拄在液体中的重量以及摩擦、惯性、振动等负荷。
下冲程时，抽油机驴头只承受抽油杆拄在液体的重量。
上下冲程的负荷差别很大，抽油机无法正常工作，电机也容易烧坏。
在抽油机正常工作时改变抽油参数或泵挂深度以及井中含水的变化都可能使抽油机不平衡。
2、抽油机不平衡:抽油机在上下行程的负荷差异也就是电机做的功不相等叫不平衡。
三、抽油机不平衡造成的危害：1、对电机:由于抽油机不平衡引起电机负荷不均匀，造成功率浪费和效率降低，缩短电机寿命。
2、对抽油机:由于抽油机曲柄运转不平衡，使抽油机发生振动，导致各连接螺丝松动，易出现故障，影响抽油机装置的使用寿命。
3、对抽油泵及抽油杆:由于运转不平衡，影响了抽油杆和泵的正常工作。
四、抽油机的平衡原理由示意图分析：抽油机平衡原理:配重保证电动机在上、下冲程中作的功相等。
既:计算平衡率1、平衡率合格范围: B=85%~100%.2、平衡率计算公式: B=I下/I上x100%。
第三章有杆泵采油第三节游梁式抽油机的平衡一、抽油机平衡原理（一）抽油机不平衡的原因：抽油机在工作过程中悬点承受的是不对称的脉动载荷，上冲程载荷很大，下冲程载荷较小，这样就会造成上冲程电动机做功很大，下冲程电机做负功，即悬点拉着电机旋转。
因此也就会造成抽油机不平衡。
（二）抽油机不平衡的危害：抽油机运转不平衡，影响电机的工作效率，使电机的功率因数降低，加大电机的功率损耗，减小电机的寿命；抽油机运转不平衡会使抽油机发生振动，严重时会造成翻抽油机的恶性事故，影响抽油机的寿命。
因此抽油机必须利用平衡装置调节达到运转平衡。
（三）平衡原理1．平衡原则及平衡条件抽油机达到平衡的原则是：（1）电动机在上下冲程中做功相等；（2）上、下冲程中电机的电流峰值相等；（3）上、下冲程中的曲柄轴峰值扭矩相等。
抽油平衡原理，如图3-31所示：在抽油机游梁后端加一重物，在下冲程中电机和下冲程的悬点载荷一起对重A：物做功，把重物升高储存位能w,md d w A A A +=则得到电机在下冲程中做的功为：d w md A A A -=式中 w A —— 下冲程中悬点载荷和电机对平衡系统做的功，即平衡系统储存的能量；d A —— 悬点在下冲程中做的功； md A —— 电机在下冲程中做的功。
在上冲程中平衡系统放出能量，帮助电机对悬点做功： mu w u A A A += 则得电机在上冲程中做的功为：W u mu A A A -= 式中 u A —— 悬点在上冲程中做的功；mu A —— 电机在上冲程中做的功。
根据第一条平衡原则： md mu A A = 即w u d w A A A A -=-可得到平衡系统在下冲程中应储存的能量为：2du w A A A +=（3-50） 上式说明抽油机的平衡条件为：平衡系统下冲程中储存的能量要等于悬点在上、下冲程中做功之和的一半。
2．平衡系统要达到平衡需要的平衡功当只考虑静载荷做功时，悬点在上冲程中做的功为：s W W A L r u )('+'=；下冲程做的功为：s W A r d '=。
游梁式抽油机的机械平衡摘要：目前，国际油田开采中最常见的方式是采用常规型游梁式抽油机，占所有采油作业的60%之多。
这种抽油机的平衡方式分为机械平衡和气动平衡。
其中，机械平衡又分为曲柄平衡、游梁平衡以及复合平衡。
本文通过介绍机械平衡的原理、准则以及方式的选择几个方面，让大家对游梁式抽油机的机械平衡有个初步的了解。
关键词：游梁式抽油机；机械平衡方式；原理准则1.游梁式抽油机平衡的意义常规游梁式抽油机主要由动力系统（电动机）、机械传动系统（驴头、四连杆机构和减速箱）、抽油系统（抽油杆等）以及机架等组成。
抽油机是通过驴头的上下运动将原油采集到地面，在上冲程中，驴头上行，抽油杆柱和液柱被提起，电动机做正功；在下冲程中，驴头和抽油杆柱在重力的作用下自由下落，电动机做负功。
在这期间，直接由做正功变为做负功，电动机载荷非常不均，这严重影响了电动机本身以及其它相关机构的工作效率和使用寿命。
因此，抽油机需要采取合理的平衡方式来消除电动机做负功这一不利因素。
由于游梁式抽油机在所有采油作业中占了非常大的比例，所以如果能很好地解决这一问题，将会带来巨大的经济效益。
2.平衡的基本原理游梁式抽油机的平衡包括气动平衡和机械平衡。
其中，气动平衡因为保养和维护比较复杂，所以使用的机会较少。
抽油机的机械平衡是通过在抽油机的游梁或者曲柄中加入平衡重来实现的，在下冲程中，将平衡重从低处抬高，这一过程除了需要驴头和抽油杆自由下落释放势能，还需要电动机输出能量，由此来消除之前电动机做负功的现象，同时平衡重被抬高储存势能，这些势能在上冲程中被释放出来，减小电动机的做功，这样有利于缓解电动机载荷不均的现象。
机械平衡根据放置平衡重位置的不同，可以分为游梁平衡、曲柄平衡以及复合平衡。
在复合平衡方式中，上冲程时，游梁平衡重和曲柄平衡重都向下移动，二者释放势能和电动机一起做功，做功的大小与悬点载荷做功的大小相等。
同理下冲程时，电动机和悬点做功之与抬高平衡重增加的势能相等。
常规游梁式抽油机自动平衡改造方案及节能原理分析常规游梁式抽油机结构简单可靠、耐久性好，一直以来占据采油设备的主导地位，但其耗能高、制造成本高、平衡调节困难等不足日益突出。
通过分析游梁式抽油机的节能原理以及开展抽油机平衡调整技术的研究，提出了以节能为目的的游梁辅助平衡方案，在此基础上提出了一种新型自动调节游梁平衡装置。
该新型游梁式抽油机平衡调节装置对原机的改动小，通过配重块在配重横梁上的相对移动可以抵消部分驴头负载，实现不停机調节平衡从而起到节能作用。
标签：游梁式抽油机；自动平衡；节能0 引言据统计，我国在用抽油机井近9万口，年新机装备量5千余台，年耗电量105亿kwh，电费开支40余亿元。
在采油成本不断上升而油价由于供求失衡等原因持续低迷的情况下，节能降耗、不断降低生产成本已成为采油行业的主题。
当前抽油机的节能措施主要集中在以下三个方面：一是将常规型游梁式抽油机分批进行节能改造，改造成前置式抽油机下偏杠铃抽油机等；二是给常规型游梁式抽油机加装节能辅助平衡装置，实施节能改造；三是在抽油机电控柜加装电容器，对电动机无功功率进行补偿。
本文的节能方案属于第二种节能方法。
这种方法相比第一种方法的优势在于，基本无需改变抽油机的自身结构，改造费用低，节能效果好。
依据力矩平衡的原理，在游梁式抽油机的游梁上增加一个配重梁及合适的配重，由执行机构带动配重在游梁上移动，通过改变配重块在游梁上的位置来改善抽油机的平衡性。
1 主要结构原理固定安装在游梁式抽油机游梁尾端的配重横梁及安装在配重横梁上可移动的辅助平衡装置主要结构如图1所示。
电动机的旋转经皮带、减速器后，转化为曲柄旋转运动，再经曲柄连杆机构转化为游梁的上下摆动。
可移动配重块在链条的拉动下，沿配重横梁上的滑轨可做往复移动，当由于井下载荷变化导致平衡度偏离允许范围时，可通过平衡块沿配重横梁的移动调节平衡度。
最后经驴头的上下运动带动悬绳器上挂着的光杆、泵等井下载荷上下运动完成往复抽油过程。
游梁式抽油机平衡调整技术研究
【摘要】游梁式抽油机的平衡方式是通过调整平衡块来消减抽油机上下冲程的负载差异，抽油机平衡状况直接影响抽油机四连杆机构、减速箱和电机的效率与寿命，对抽油机的工作状况亦影响很大。
目前大庆油田广泛应用电流法调整平衡，当电流平衡比在85%-100%之间为平衡，但通过现场测试，电流平衡井耗电并非最低，而且现场平衡调整只能定性调整操作。
为此开展抽油机平衡调整技术研究，通过理论研究和现场试验，确定抽油机最佳节能范围，编制平衡调整程序，定量实施现场平衡调整，提高游梁式抽油机平衡调整管理水平，提高工作效率、系统效率，降低举升单耗。
【关键词】游梁式抽油机平衡调整技术研究
1 游梁式抽油机平衡调整标准
大庆油田游梁式抽油机现场平衡标准执行企业标准
sy-t5044-2003《游梁式抽油机》中8.1.3抽油机平衡中平衡电流法，平衡计算根据d.1.1的b项原则，即上、下冲程中减速器曲柄的最大净扭矩相等。
而在现场测试过程中发现，电流平衡井耗电并非最低。
如根据该标准8.1.3抽油机平衡中平均功率法，平衡计算根据d.1.1中的a项原则使上、下冲程电动机做功相等，现场测试
结果相比电流平衡井耗电低。
根据企业标准qsy1233-2009《游梁式抽油机平衡及操作规范》中3.1抽油机的平衡状态指减速器扭矩均方根值最小的状态，平衡计算原则根据5.1中，抽油机的平衡按syt5044-2003中的均方根扭矩最小法则或上、下冲程中最大扭矩相等的法则确定。
通过平衡调整，使平衡扭矩拟合悬点载荷扭矩的镜像，从而减少减速器扭矩的波动，使减速器的扭矩最小化。
平衡调整应优先保证减速器扭矩的峰值不超过减速器额定扭矩，在此基础上尽量使减速器扭矩的均方根值最小。
2 游梁式抽油机平衡调整技术理论研究
ηηη=？—电动机轴到曲柄轴的传动效率。
从上面的分析可以看出，抽油机平衡的关键是对减速器曲柄轴扭矩进行平衡，使得减速器曲柄轴均方根扭矩达到最小，但是另一方面应当满足抽油机上、下冲程电机做功相等的平衡原则。
如对抽油机减速器曲柄扭矩进行平衡计算在理论上相对较易，但在工程中测量曲柄轴扭矩存在实际困难，因此在工程角度通过测量减速器曲柄轴扭矩进行抽油机平衡设计计算不现实。
但是进一步研究发现，常规电动机的转差率较小，转速变化很小，可以认为电机转速及曲柄轴角速度是一个常数。
通过电机负载的计
算及功率与转矩、角速度间的关系，可对应转化为电机轴功率
22iiptω=？，式中： p—电动机的瞬时输出功率，kw。
电机在负载条件下在输入端测量其工作特性曲线相对比较简单，但是不能直接测量电机轴功率。
根据讨论分析电机工作特性曲线所建立各种函数关系，可以建立电机轴功率与其他电机特性曲线间的关系，为实现抽油机电机工作特性平衡奠定了基础。
关于功率平衡技术的原理及计算过程如下：如判断当前抽油机上、下冲程电机平均有功功率不符合功率平衡法条件，则采用反向计算方法，在研究电机工作特性曲线基础上，实现抽油机功率平衡。
（1）测量电机在抽油机上、下冲程过程中有功功率曲线；
（2）利用电动机工作特性曲线，确定电机在上、下冲程过程中的电流曲线、有功功率曲线、效率曲线、功率因数等与电机轴功率间的关系，推到电机轴功率；
（3）计算抽油机在当前平衡条件下的曲柄轴净扭矩；
（4）根据抽油机曲柄平衡重的实际测量位置，计算曲柄平衡重装置峰值转矩，利用平衡扭矩与光杆负载扭矩平衡叠加原则，计算
光杆负载扭矩；
（5）通过调整计算平衡重的安装位置，反向计算，使抽油机平衡满足功率平衡法要求。
通过以上过程的计算和分析，可实现游梁式曲柄平衡抽油机的精确平衡，使抽油机在安全、节能的状态下运行。
3 结论
（1）理论研究表明，在不超扭矩和电机额定功率的前提下，常规机电流平衡率为70%时能耗最低，调整区间65%-75%，异相机电流平衡度为95%时能耗最低，调整区间90%-100%；
（2）应用电流平衡调整法实现了功率平衡调整法的效果，实现平衡量化且单组调整，有效提高工作效率和平衡调整的准确率，同时也可计算抽油机减速箱输出轴的峰值扭矩。
