抽油机功率平衡技术探讨

５２油气田地面工程第２８卷第５期（２００９．５）

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抽油机井功率平衡技术探讨

尹强

罗炼刚

陈广晔

刘明

刘成祥

（胜利油田桩西采油厂）

摘要：目前在抽油机井管理中普遍采用的平衡标准是“电流平衡”，试验证明，真正判断游梁抽油机平衡的标准应是“功率平衡”，即抽油机运行过程中，下冲程内电机平均功率与上冲程内电机平均功率相等。抽油机功率平衡既能实现节能目的，又能保证抽油机安全运行。桩西技术质量安全监督中心从２００７年７月开始率先在胜利油田进行抽油机功率平衡技术的试验及推广，平均单日节电２１．４ｋＷ・ｈ，平均节电率９．９０％，取得了良好的节能效果。

关键词：抽油机；电流平衡；功率平衡；标准；节电率早期采油厂在游梁抽油机管理中采用的平衡标准是“电流平衡”，即抽油机下冲程最大电流与上冲程最大电流之比，认为此值在８０％～１２０％之间抽油机就是平衡的。其实，电流平衡并不一定能保证抽油机真正平衡，存在虚假平衡问题，可能导致抽油机运行过程中耗电量增多、各部件受力不匀、减速箱磨损加快，从而减少使用寿命。真正判断游梁抽油机平衡的标准应是“功率平衡”，即抽油机运行过程中，下冲程内电机平均功率与上冲程内电机平均功率相等。抽油机功率平衡即能实现节能目的，又能保证抽油机安全运行。１

中抽油机平衡度的标准是：抽油机平衡度＝下冲程最大电流／上冲程最大电流×１００％。目前这个抽油机平衡度标准为胜利油田及全国各油田所采用。

（２）暂ＳＹ／Ｔ５０４４—２００３》游梁式抽油机标准

中抽油机平衡的定义。抽油机的平衡可采用平衡电流法或平均功率法调整。平衡电流法调整平衡时，应使上、下冲程的最大电流差值小于最大电流的１５％。最大电流值不应超过电动机的额定电流值。调整抽油机的平衡，可根据下述３个原则中的１个原则来计算：①使上、下冲程电动机做功相等；②上、下冲程中减速器曲柄轴的最大净扭矩相等；③使减速器曲柄轴瞬时切线力与平均切线力的偏差平方和最小。《ＳＹ／Ｔ５０４４—２００３》标准中提到了平衡电流法及平均功率法两种平衡标准及平衡计算方法，这表明不仅标准的定义模棱两可，而且造成了操作的难度。该标准平衡计算方法第一条：上、下冲程做功相等，涉及到了功率平衡的概念，但该标准与功率平衡仍有区别，且未能详细阐述功率平衡计算方法及实施方法。

３

抽油机井功率平衡现状

据２００７年桩西采油厂重点能耗设备调查结果

可知，全厂现有各类机采井５４２口，其中游梁抽油机、高原机及双驴头抽油机井可以调整功率平衡度，共５０１口井，占总井数的９２．４％。据油井监控数据分析可知，约有３３０口井达不到功率平衡度５０％～１５０％的标准，占总井数的６５．８％。２

抽油机平衡标准

（１）目前使用平衡标准。２０００年石油下业出

功率平衡技术原理

抽油机功率平衡概念如下：抽油机功率平衡度

版社出版的《石油工业节能技术》及２００２年石油大学出版社出版的《提高抽油机井系统效率技术》的要求，可减少对接触器的投资。

（２）软启动器控制设计思路缺点。软启动器的启动转矩对于变频器启动来说还稍显不足，因此对７４注水站这样极大启动负载的注塞泵应用场所，若软启动器不能启动的机泵负载，需打开回流以降低启动负载。

（３）设备选型建ｉ义。在变频器输入电源前端加装谐波滤除交流电抗器，用以完善变频器在注水、

＝下冲程电机平均功率／上冲程电机平均功率×

１００％。

输油工艺流程中的节能功能，并减少变频器产生的

谐波进入供电网，提高电能质量。变频器、软启动器可采用ＡＢＢ、施耐德、西门子的产品，以提高系统运行的可靠性。接触器、中间继电器建议采用人民电气、正泰、德力西的产品，在保证运行可靠性的前提下，节省改造成本和日常的维护成本。

（栏目主持张秀丽）

油气田地面工程第２８卷第５期（２００９．５）

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功率平衡技术以抽油机最节能和最安全为标准，对抽油机功率曲线进行付立叶分解，求出不平

小，在这种情况下，可以认为电机转速及曲柄轴角速度是一个常数，曲柄转矩与电机输入功率大体成正比。所以本文提出抽油机最佳平衡的标准就是使电机输入功率的均方根值最小。

衡功率——功率曲线中的一阶正弦分量。计算出最

佳平衡调整量，使之正好抵消不平衡功率，使均方根功率最小，也就是均方根扭矩最小，抽油机最安全，电机发热量最少。

实际上，抽油机平衡调整的终极目的有两个：一是保证抽油机安全运行；二是节能。

从保证抽油机安全运行的角度看，调平衡就是要使减速器的输出扭矩最小。由于减速器的扭矩有正有负，仅用平均值Ｔ。不能反映实际的载荷大小，所以一般用均方根扭矩丁，来反映减速器的载荷情况。均方根扭矩Ｔｒ与平均扭矩Ｔ，之比称为周期载

Ｔｉ出ｃ旺ａＰｉｉ

式中Ｐ；为瞬时电机输入功率（ｋＷ）；脚为电机效率；触为皮带及减速器的传动效率；∞为曲柄角速度（ｒａｄ／ｓ）。

从以上分析可知，功率平衡能够保证电机输入功率的均方根值最小，使电机的损耗达到最低，从而实现节电效果，而电流平衡是无法实现的。４

荷系数如，它反映了载荷扭矩的波动程度，此值

越接近１说明载荷扭矩越平稳，越大说明载荷扭矩波动得越厉害。均方根扭矩、平均扭矩及周期载荷系数均按曲柄旋转１周（２７ｒ）计算，公式如下

Ｔｆ＝＝

现场试验

２００７年７月５日在桩西采油厂进行了功率调

平衡试验，能源管理站选取了１９口抽油机井进行功率平衡度调整，并在调整前后利用油井监控系统对调平衡井进行了对比分析。

试验结果表明，共调整功率平衡度１９井次，其中１８口节电，ｌ口井耗电。１９口井日节电

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（２）

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ｋＷ・ｈ，平均单井日节电２３．７ｋＷ・ｈ，节

电率为９．６８％。调整后功率因数也有了一定的提高，平均功率因数从０．７１提高到０．７２。通过现场试验，得出如下结论：

（１）由现场试验结果可以看出，功率调平衡试验取得了良好效果。功率调平衡后最高节电率可达２５．９％左右，平均节电率约为１０％左右。

（２）功率调平衡后电机及减速箱振动和噪音也有了明显下降，减少了电机及减速箱的磨损，延长了其使用寿命，减少了抽油机的维护费用。

（３）从抽油机功率平衡调整效果分析，抽油机功率平衡度以８０％～１２０％为最佳。

（４）功率调平衡不需要资金投入，简单易操作，节能效果好。５

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（ｔａｄ）。

式中Ｔ；为瞬时扭矩（ｋＮ・ｍ）；妒为曲柄转角从节能的角度看，对于一台具体的抽油机而言，机械传动损耗与电机的固定损耗是相对不变的，只有电机的变动损耗与电流的平方成正比。要使抽油机最节能，就是要使电机的变动损耗最小，也就是均方根电流最小。对于一台具体的电动机，电流的大小只取决于其负载扭矩，只有保证电机的负载扭矩的均方根值最小，才能保证电流的均方根值最小。而电机的负载扭矩Ｔ。。与曲柄轴扭矩Ｔｉ大体成比例关系，二者关系如公式（４）所示。

Ｔ２；一旦

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为电机轴到曲柄轴的传动效率。

（４）

经济效益

・

式中１＂１为电机轴到曲柄输出轴的总减速比；雎从上面的分析可以看出，只要保证曲柄扭矩的均方根值最小，就能保证电机负载扭矩均方根值及电机电流的均方根值最小。平衡调整对抽油机的安全运行与节能这两个目标的作用是一致的，只要能保证抽油机最节能，就同时保证了抽油机最安全，反之亦然。

由于电机的负载扭矩不易测量，但电机的功率是易于测量的。常规电机的转差不大，转速变化很

（１）２００７年，桩西采油厂共对１１８口油井进

行了功率平衡的调整，取得了较好的效果。调整后

平均功率因数由０．６７上升至０．６８，平均功率平衡度为９５．３％，日节电２约５０万元。

（２）调整功率平衡后，改善了减速箱及曲柄销的受力状况，延长了减速箱及电机的使用寿命，每年可节约油井维护材料费用２５万元。

（栏目主持张秀丽）

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ｋＷ・ｈ，平均单日节

电２１．４ｋＷ・ｈ，平均节电率９．９０ｏＡ，年节约电费