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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物做功，把重物升高储存位能w A ：,md d w A A A +=则得到电机在下冲程中做的功为：d w m d 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： m u w u A A A += 则得电机在上冲程中做的功为：W u m u 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 '=。
新型抽油机载荷、扭矩计算公式及平衡调整方法一、抽油机载荷、扭矩计算公式1、双驴头抽油机:悬点最大载荷：P max =(P’液+ P’杆)×(1+Sn2/2390) kN悬点最小载荷：P min =P’杆（1-Sn2/1470）kN减速器曲柄轴最大扭矩：M max =0.22S（P max-P min）kN.m2、高原皮带式抽油机:悬点最大载荷：P max= P’液+ P’杆kN悬点最小载荷：P min = P’杆kN减速器输出轴最大扭矩：M max= 0.5R(P max-P min)=0.5R P’液kN.m平衡箱总配重：P配= 0.5(P max+P min) kN式中：P’液—抽油泵柱塞全断面上的液柱重力（沉没度太大时要考虑动液面深度），kN；☆P’液=ρf gLA Qρf—井液密度，t/m3；g—重力加速度（=9.81m/s2）；A Q—柱塞全断面积，m2；L——下泵深度，m；P’杆—抽油杆在井液中的重力，kN；☆P’杆=9.81×10-3L P杆（1-ρf/ρr）P杆—每米抽油杆在空气中的重量，kgρr—抽油杆密度（对钢杆ρr=7.85t/m3）ArrayS—冲程长度，m；n—冲程次数, min-1R—悬绳器驱动摩擦轮节圆半径，m；二、双驴头抽油机平衡调整双驴头抽油机安装前应根据油井井况和抽油机工况，初步估算平衡块的组合和平衡块的位置，以避免出现严重的不平衡现象。
投产后，应根据曲柄轴实际净扭矩情况，调整平衡，以保证抽油机在最佳状态下工作，现介绍两种平衡调整的计算方法。
1、安装前初步估算平衡（1）估算所需的平衡力矩M平（据已有数据选用三式之一）M平＝0.47×（P＇杆－B＋P＇液/2）×S千牛吨·米M平＝0.235×S×（Pmax+Pmin）千牛吨·米M平＝0.51×（|M上max|+|M下min|）千牛吨·米式中：P＇杆——抽油杆在油液中的重量（千牛吨）P＇液——动液面以上，泵柱塞全断面上液柱的重量（千牛吨）S——所用冲程长度（米）M上max，M下min分别为上、下冲程悬点负荷在曲柄轴上产生的载荷扭矩代数和的最大、最小值（千牛顿·米）P′杆＝q′LP′液＝r·F·e·g Pmax·M上max＝［Pmax －B］·TF100·M下min＝［Pmin －B］·TF280·式中：q′—每米抽油杆在油液中的重量（千牛顿）L—泵挂深度（米）r—油液密度（千克/米3）e—动液面至井口的深度（米）F—泵柱塞断面积（米2）g—重力加速度值：取g=9.8米/秒2B—抽油机结构不平衡力(千牛顿)，查抽油机铭牌或说明书的平衡力矩图解。
抽油机井平衡合格率
1、抽油机井平衡度
抽油机井稳定运行过程中，下冲程时的最大电流与上冲程时最大电流比值。
（80—100％合理，小于80％欠平衡,大于100％超平衡）。
平衡度=(I下行峰值/I上行峰值）×100％
采液用电单耗：油井采出每吨液的用电量，单位Kw。
h/t
采液用电单耗＝W/Q
式中：W—油井日耗电量,Kw；Q—油井日产液量,t3/d
2、抽油机井平衡度合格率:
抽油机井平衡度达标的井数占总开井数的比值。
抽油机井平衡度合格率=(S合格/S总）×100％
式中：S合格-抽油机井平衡度达标的井数；
S总—抽油机开井总数。
三、抽油机井泵效
抽油机井的实际产液量与泵的理论排量的比值叫做泵效。
η=(Q实/Q理）×100%；
式中:η-泵效(％）Q实—指核实日产液量(m3/d)；
Q理—泵理论排液量（m3/d);
其中：Q理=1。
1304×10—3×S×N×D2
式中：S—冲程（m）N—冲数(n/m）D—泵径（mm)；
四、采液用电单耗
油井采出每吨液的用电量,单位Kw。
h/t
采液用电单耗＝W/Q
式中：W—油井日耗电量，Kw；Q—油井日产液量，t3/d。
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物做功，把重物升高储存位能w A ：
,md d w A A A +=
则得到电机在下冲程中做的功为：d w m d 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： m u w u A A A += 则得电机在上冲程中做的功为：W u m u 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：
2
d
u 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 '=。
则由（3－50）得理论上需要的平衡功为： s W W A A A l r d u w )2
(2'
+'=+=
(3-51)
二、游梁式抽油机的机械平衡计算 1．游梁平衡方式计算
游梁平衡：是将平衡重装在游梁后端；适用于小型抽油机，如图3-31所示。
在下冲程中悬点向下运动了s(m),而平衡重b W 升高的距离s c 为：
s a
c
s c =
， 储存的能量或称实际产生的平衡功为：
b w sW a
c
A =
要达到平衡，实际产生的平衡功应等于需要的平衡功，即：
s W W sW a c
l r b )2
('+'= 可得游梁平衡重为： )2
('+'=
l r b W W c a
W 如果抽油机本身不平衡，设游梁后臂比前臂重uc X ，相当于平衡重，则平衡重就可减小，这时游梁平衡重为：
uc l r b X W W c a
W -'+'=
)2
( （3-52） 2．曲柄平衡方式计算
曲柄平衡:是指平衡重装在曲柄上，适用于大型抽油机。
如图3-33所示。
在下冲程中，曲柄平衡重cb W 上升的高度为2R ，曲柄自重c W 上升的高度为
c R 2，抽油机本身不平衡值ub X 上升的高度为r 2，则平衡系统在下冲程中储存的能量，或实际产生的平衡功为：
ub c c cb w rX W R RW A 222++=， 令其与需要的平衡功相等：
s W W rX W R RW l r ub c c cb )2
(222'
+
'=++， 可得到平衡半径的计算公式为：
cb
ub cb c c cb l r W rX W W R W s W W R --'+
'=2)2( (3-53)
图3-33 曲柄平衡
3．复合平衡方式计算
复合平衡：是以上两种平衡方式的组合，即在曲柄上和游梁后臂上都有平衡重如图3-34所示，适用于中型抽油机。
同理可导出平衡半径的计算公式：
cb
b u
c cb c c cb l r bW cr
W X W W R W s W W R )
(2)2(+--'+
'= （3-54） 三、平衡测量与调整
测电动机上、下冲程的电流峰值u I 和d I ，若d u ＞I I ，平衡不足，d u ＜I I ，则平衡过重。
在两个电流中有一个小的，一个大的，若8.0/≥大小I I 时就认为是平衡了，否则就要重新计算平衡半径或平衡重，重新调整平衡。
四、抽油机井的系统效率 （一）抽油机井的有用功率
有用功率或称有效功率，也称为水力功率N H , ：是指在一定时间内，将一定量的液体提升一定的距离所需要的功率：
86400
QHg
N H =
（3-73） 式中 Q —— 油井产液量，t/d ；
H ——泵对液体的有效提升高度，m ； N H —— 抽油机井的有效功率，kw 。
泵对液体的有效提升高度计算如下：
1．如果忽略沉没压力和回压的影响，有效提升高度等于下泵深度：H=L 。
2．考虑沉没压力和回压的影响时，为了计算简单，忽略气柱重力和进泵阻力的影响，并认为环空中和油管中的液体密度相同，有效提升高度为：
610⨯-+
=g
P P L H l C
B f ρ （3-74） 式中 B P 、
C P —— 分别为回压和套压，MPa ； l ρ—— 井中液体密度，kg/m 3。
当上式中用相对密度'l ρ，并且重力加速度取9.8时，
'-+=l C B f P P L H ρ/)(102。
3．考虑环形空间中与油管中的液体密度不同时，有效提升高度为：
l
o
l
S l C B f h g P P L H ρρρρ-+⨯-+
=610 （3-75） 式中 S h —— 泵的沉没度，m 。
（二）光杆功率
光杆功率：即是抽油机悬点载荷做功的功率，是提升液体和克服井下消耗所需要的功率。
可用示功图的面积计算：
l
AsnC
N p 600=
（3-76） 式中 p N —— 光杆功率，kw ；
A —— 示功图载荷线包围的面积，cm 2； S —— 光杆冲程，m ； n —— 冲数，r/min ； C —— 动力仪力比，N/mm ；
l —— 示功图上冲程长度，mm ；
由于计算示功图麻烦，常近似地按理论静载荷计算悬点做功：
4
106⨯'=
sn
W N l p （3-77） 式中 'l W —— 转移载荷，N ；
s —— 光杆冲程，m ； n ——冲数，r/min ； （三）抽油机井的效率 1．抽油机的效率
r
p p N N =
η，是光杆功率与电动机功率之比，它表达了抽油机工作状况好坏及
功率利用程度。
2．油井效率
p
H
H N N =
η，是有效功率与光杆功率之比，主要表达了抽油泵工作状况的好坏及功率利用情况。
即悬点做的功，除了提升液体做有效功外，还要克服井下摩擦、杆柱振动、漏失等机械损失、水力损失和容积损失做无效功。
3．抽油机井系统效率
r
H
t N N =
η，为本抽油机井输出功率与输入功率之比，表达了该抽油机井的总体效益和能量的综合利用情况。
