引言
目前，抽油机、电泵、螺杆泵是油田生产中常见的三种举升方式，而游梁式抽油机在油田生产中占有较高的比例，但在实际生产中利用效率很低，基本上均低于30%。在日常生产管理中不难发现，抽油机平衡状况的好坏，直接影响到油田生产效率及油田生产设备使用寿命，对油田生产经营情况影响很大。而在实际生产中，井下载荷随着生产的进行往往会不断的发生变化，这些变化所带来的诸多因素都会影响抽油机原有的平衡，平衡状况被破坏后，抽油机在生产过程中消耗的电能就会不断增多，远远超出其平衡状况下的耗能量，节能目的很难实现。要实现平衡就需要操作人员不断调整游梁式抽油机的平衡机构，这给操作人员带来很大工作量；因此，如何判断油机是否平衡、如何调整抽油机平衡的研究，在实际生产中就显得尤为重要。依据理论研究及现场试验可以得出，在旋转平衡或复合平衡方式的抽油机上，调节旋转平衡块的平衡半径是调整平衡最方便的方法。 功率曲线法，是把电动机的功率变化曲线用功率记录仪记录下来，先进行判断抽油机的平衡状况，然后依据平衡状况进行调整平衡半径的方法。如果功率的平衡率（上冲程与下冲程中最大功率的百分比）大于85%，认为功率是平衡的；反之，认为功率是不平衡的。当计算出来的功率不平衡时，可以用功率曲线法调整平衡率半径[1]。
抽油机功率曲线是一个随冲程周期为周期的连续函数。数学分析得知，每一个周期性的非正弦量只要满足狄利斯利条件，就可以分解成一系列的三角级数[2]。抽油机功率的功率曲线函数能满足狄利斯利条件就可以展开成收敛的三角级数——傅里叶级数，即
P(t)=a0+∑n=1a n cos()nwt+∑n=1b n sin()nwt
=∑n=1[a n cos()nwt+b n sin()nwt]（1）其中w=2πT=2πn60（2）
a0=1T∫0T P(t)d t（3）
a
n=
1
T∫0T P(t)cos()nwt d t（4）
b
n=
1
T∫0T P(t)sin()nwt d t（5）式中：P(t)——有效功率，kW；
a0——功率函数恒定分量，kW；
a
n
、b
n
液压式浮球阀——功率曲线各次谐波余弦、正弦部
分幅度，kW；
汽车软管
n——冲速，min-1；
管式静态混合器
w——曲柄角速度，rad/s；
t、T——冲程周期，s。
功率曲线法判断和调整抽油机平衡
刘学庆（大庆油田有限责任公司第三采油厂）
摘要：在抽油机管理中普遍采用平衡标准“电流平衡”时，并认定85%～100%之间抽油机就是平衡的。实验证明，在抽油机运行过程中，上冲程与下冲程的内电动机平均功率基本上是相等的，即判断游梁式抽油机平衡标准便是判断它们的功率平衡是否相等。通过如何运用功率曲线法判断抽油机是否平衡，并运用调整平衡块的计算公式得出如何对不平衡的273口井进行相应的调整。调整后平均每口单井日节电量为6.688kWh左右，在实际生产中取得了不错的效果，为以后功率曲线法判断和调整抽油机平衡的研究提供了可借鉴的依据。
关键词：功率平衡；抽油机；平衡；调整
DOI:10.3969/j.issn.2095-1493.2017.12.004
作者简介：刘学庆，工程师，2006年毕业于大庆石油学院（石油工
程专业），从事生产运行管理工作，E-mail：cy3lxq@petrochina.
cn，地址：黑龙江省大庆市第三采油厂机关楼生产运行部403室，
163000。
按均方根功率的定义，再考虑到三角函数的正交特性，均方根功率P t 为
P t
=
=
=（6）式中：P t ——均方根功率，kW。
抽油机曲柄平衡块靠重力起作用，如果平衡块重心位于曲柄轴的最上方开始（12点钟位置），平衡块的平衡功率P p [3]
为
P p =-wGL sin ()
wt （7）
式中：P p ——平衡功率，kW；
G ——平衡块总重力，kN；L ——平衡块重心半径，m。
分析对照式（1）和式（7）发现，功率曲线的一阶正弦分量b 1sin(wt )决定了平衡功率，调整抽油机平衡块的位置，只能改变式（1）中一阶正弦分量b 1的大小。要使均方根功率最小，就只能使式（6）的一阶正弦分量项为零。调整平衡块重心位置时，平衡功率增加或减小，与功率曲线的一阶正弦分量b 1sin(wt )大小相等，符号相反[4]；因此，可以得出式（8），推出计算公式（9）平衡块调整
量，即
b 1=-ΔP p =wG ΔL
（8）ΔL =
b 1（9）人造海参
式中：b 1——功率曲线一阶正弦分量，kW；
ΔP p ——平衡功率的变化值，kW；
ΔL ——平衡块位移量，符号为正，表示向
外移；符号为负，表示向内移；m。
2实例应用分析
拉线护套
针对全厂不平衡井且平衡块到头井进行了分析
整理，共有273口井。其中：欠平衡井182口，平均日耗电362.3kWh，平衡率64.3%；过平衡井91口，平均日耗电327.6kWh，平衡率123.34%。如下例举加块调平衡（表1、图1、图2）和减块调平衡（表2、图3、图4）两种形式。2.1
加块调平衡
目前该井安装了2个平均重力为15kN 的曲柄平衡块，平均重心在1.265m 处（均已调到最外）；日耗
电
292.9kWh，冲程周期为8.16s，冲速为7.35min -1；上电流62.1A，下电流50.4A，电流平衡度0.812，均方根电流39.01A；功率从-4.8kW 到31.3kW，变化范围为36.2kW，均方根功率15.97kW。
图1
调平衡前单井电力测试
表1
调平衡前N3-2-B440井电力测试(2016-06-20T10:21:02)
亨润成型机炮筒公司
最大电压最大电流最大有功功率最大无功功率最大视在功率最大功率因数最大上行电流平均上行功率(含负功)电流平衡
226.80V 62.29A 10.48kW 8.63kW 6.26kVA 0.7762.29A 5.81kW 0.82%
最小电压最小电流最小有功功率最小无功功率最小视在功率最小功率因数最大下行电流平均下行功率(含负功)平均功率平衡(含负功)
217.20V 26.66A -1.69kW 5.94kW 6.12kVA -0.2651.19A 2.09kW 0.36%
平均电压平均电流平均有功功率平均无功功率平均视在功率平均功率因数
222.70V 37.59A 4.07kW 6.76kW 8.35kVA 0.42
图2
调平衡后单井电力测试
表2
调平衡前2G169-44井电力测试(2016-06-20T13:24:33)
最大电压最大电流最大有功功率最大无功功率最大视在功率最大功率因数最大上行电流平均上行功率(含负功)电流平衡
225.20V 39.46A 4.63kW 7.72kW 7.18kVA 0.5035.53A 0.76kW 1.09%
最小电压最小电流最小有功功率最小无功功率最小视在功率最小功率因数最大下行电流平均下行功率(含负功)平均功率平衡(含负功)
219.40V 32.86A -0.96kW 6.84kW 7.54kVA -0.1038.86A 2.21kW 0.34%
平均电压平均电流平均有功功率平均无功功率平均视在功率平均功率因数
222.30V 36.09A 1.83kW 7.28kW 7.36kVA
0.18
图3
调平衡前单井电力测试
图4调平衡后单井电力测试
根据要求在软件中输入平衡块重力G（15kN）、块数N（2）和当前重心位置L（1.265m）。分析上述数据后，提出平衡建议：使曲柄平衡块总数增加到4个，平均曲柄平衡重心位置移到0.72m处[5]。结果：上电流56.3A，下电流56.7A，电流平衡度0.992，均方根电流37.8A；功率从-2.4kW到28.1kW，变化范围为30.5kW，均方根功率15.1kW；日节电量为8.35kWh左右。
2.2减块调平衡
目前该井安装了4个平均重力为15kN的曲柄平衡块，平均重心在0.277m处（均已调到最里）；日耗电106.8kWh，冲程周期为12.58s，冲速为4.77min-1；上电流35.5A，下电流38.9A，电流平衡度1.0958，均方根电流34.24A；功率从-2.7kW到12.9kW，变化范围为15.6kW，均方根功率5.82kW。
根据要求在软件中输入平衡块重力G（15kN）、块数N（4）和当前重心位置L（0.277m）。分析上述数据后，提出平衡建议：去掉2个曲柄平衡块，其余的移到0.33m处[6]。结果：上电流57A，下电流56A，电流平衡度0.982，均方根电流33.9A；功率从-2.5kW，到10.9kW，变化范围为13.4kW，均方根功率5.3kW；日节电量为4.992kWh左右。
运用功率曲线法和调整平衡块的计算公式对全厂不平衡的273口井进行分析计算，并对每口单井计算
出来的结果以加块调平衡和减块调平衡的两种形式进行调整，调整后平均每口单井日节电量为6.688kWh左右，节能效果明显。3结论
1）抽油机平衡调整的最终目标是最大限度的节能与安全运行，只要使抽油机电动机的均方根功率最小，就可以实现上述两个目标。
2）功率曲线法判断抽油机的平衡能消除电流法在一些情况下的假平衡现象，因此，功率曲线法判断抽油机的平衡更符合实际。
3）用功率曲线法计算出的平衡块位移比较准确，能做到一次调整好。
4）功率曲线法判断、调整抽油机的平衡只需测出功率曲线即可，比扭矩曲线法简单，同时方便现场操作，比较适合生产现场推广。
参考文献：
[1]周继德.用功率曲线法判断和调整抽油机的平衡[J].石油
矿场机械，1988（10）：9.
[2]张海东.通过平均功率法提高抽油机系统效率[J].化学工
程与装备，2011（10）：109-110.
[3]史鹏飞.功率法调整抽油机平衡方法初探[J].油气井测
试，2003（6）：52-53.
[4]张明亮.抽油机曲柄平衡的调整计算及效果预测[J].石油
机械，2001（5）：37-38.
[5]周继德.用功率曲线法判断和调整抽油机的平衡[J].石油
学报，1991（12）：130-132.
[6]黄书生.功率法平衡技术研究与应用[C]//采油工程文集.
北京：石油工业出版社，2015：56.
收稿日期2017-10-11
（编辑李发荣）
新疆石西油田
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