功率平衡法在油田生產(chǎn)中的應(yīng)用

馮微（大慶油田有限責(zé)任公司第五采油廠）

抽油機(jī)井不平衡嚴(yán)重影響減速器、電動機(jī)及皮帶的使用壽命，增加了抽油機(jī)井能耗，同時也惡化了抽油桿的工作條件，增加了故障率，縮短了檢泵周期。目前抽油機(jī)井普遍采用電流法進(jìn)行平衡調(diào)整，該方法具有設(shè)備簡單、測試方便等特點，但存在著不能判斷因負(fù)功引起的虛假平衡、平衡塊調(diào)整量憑經(jīng)驗、不能一次性準(zhǔn)確調(diào)整到位等缺點。抽油機(jī)井功率法平衡調(diào)整技術(shù)，采用上下沖程平均功率比值的方法，消除了負(fù)功和空載電流的影響，避免了虛假功率現(xiàn)象，提高了平衡的準(zhǔn)確性，有利于抽油機(jī)井在合理狀態(tài)下運行。以往由于功率平衡測試儀器體積大、測試工序復(fù)雜，未能規(guī)模推廣應(yīng)用，隨著近幾年技術(shù)的發(fā)展，目前功率平衡調(diào)整技術(shù)實現(xiàn)了小型化、便捷化，且測試結(jié)果直讀，現(xiàn)場就可準(zhǔn)確指導(dǎo)平衡調(diào)整，具有方便、快捷、減少員工勞動強(qiáng)度等特點，并在前期試驗中見到了顯著效果。

1 電流平衡法應(yīng)用現(xiàn)狀與分析

長期以來，判斷抽油機(jī)平衡度的常規(guī)方法是電流平衡法[1]，即采用鉗形電流表來測量抽油機(jī)在運行過程中上、下沖程時電動機(jī)所產(chǎn)生的不同電流峰值，再將上沖程電流峰值與下沖程電流峰值相比，其比值作為平衡度（平衡度= I下∕I上，目前均采用小值比大值的方法），通常將電流平衡度在85%～115%區(qū)間作為標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間，即認(rèn)為電流平衡度在標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間內(nèi)時抽油機(jī)的系統(tǒng)能耗最低。若超出115%，表示平衡重過大，屬于過平衡狀態(tài)；若低于85%，則表示平衡程度不夠，屬于欠平衡狀態(tài)，需要加大曲柄平衡配重的數(shù)量或是加大曲柄平衡配重的平衡半徑。在調(diào)整平衡的距離時，一般依據(jù)經(jīng)驗值進(jìn)行調(diào)整。

這種抽油機(jī)平衡測試方法判斷及調(diào)整抽油機(jī)的平衡度，有些情況下不能保證抽油機(jī)一定處于耗電最低的狀態(tài)[2]，有時甚至是多耗電，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的主要原因如下：

1）某些嚴(yán)重不平衡的油井，其下沖程（或上沖程）測試最大電流為發(fā)電電流，但鉗形電流表測得的這一最大電流因無法判斷相位而不能判斷其是發(fā)電電流還是輸入電流，在這種狀態(tài)下用電流法測試評價的平衡度，數(shù)值看似是合格的，但實際上是嚴(yán)重的不平衡。

2）電流法是一種粗略的估計方法，誤差較大，它沒有考慮電流在整個上下沖程的實時變化情況，更沒有考慮功率的變化情況。在實際操作中，由于在上下沖程中電流峰值所占的時間幅度窄，以及抽油機(jī)這種交變載荷導(dǎo)致電流持續(xù)不斷變動等因素的影響，測試人員僅靠目測很難準(zhǔn)確讀取數(shù)值。

3）由于近年來變頻智能控制技術(shù)越來越多地應(yīng)用于采油工程領(lǐng)域，而傳統(tǒng)電參數(shù)測量儀表只能測試工頻，無法滿足變頻狀態(tài)下的測試，這導(dǎo)致使用變頻技術(shù)的抽油機(jī)平衡率難以得到準(zhǔn)確的測量結(jié)果。

綜上，電流法從理論和實際操作上都存在著很大的缺陷，準(zhǔn)確性較差，存在假象平衡的問題，并且難以滿足變頻智能控制技術(shù)領(lǐng)域的要求。

2 功率法測平衡的現(xiàn)場應(yīng)用

2009年5月實施的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《游梁式抽油機(jī)平衡及操作規(guī)范》（Q/S Y 1233—2009）中規(guī)定了采用功率平衡度判別的新方法，即上下（下上）沖程電動機(jī)平均輸入功率之比（比較大值為分母，用小數(shù)表示）。當(dāng)上下沖程的平均功率有一項為零或負(fù)值時，功率平衡度為零；當(dāng)功率平衡度小于0.5時可判定抽油機(jī)不平衡，需對抽油機(jī)進(jìn)行平衡調(diào)整。

2.1 常規(guī)配電箱（工頻運行狀態(tài)）的應(yīng)用

2013年5月首先試驗5口井：1-26-3井、2-28-27井、1-29-4 井、1-31-2井、1-32-2井。除1-26-3井平衡塊已調(diào)到頭需再加平衡塊，以及1-31-2井、1-32-2井功率已平衡沒有實施外，實際調(diào)整兩口井，下面做具體對比。

2.1.1 試驗井2-28-27

調(diào)整前，鉗形電流表測平衡度0.55（38/21）；儀表D K 301測平衡度0.503（42.15/21.23），測功率平衡度0.026（0.092/3.477），測日耗電143.32kW h。

建議曲柄平衡塊向外移0.56m，移到1.08m處。

效果預(yù)測:上電流33.43A ，下電流27.37A ，電流平衡度0.82，均方根電流22.58A ；功率從-1.47 kW 到14.12kW ，變化范圍為15.58kW ，功率平衡度為0.87；均方根功率6.66kW 。預(yù)計調(diào)平衡可節(jié)電2.39kW h，日節(jié)電量57.36kW h。

實際調(diào)整后，鉗形電流表測平衡度0.71（35/25）；儀表D K 301測平衡度0.73（35.9/26.2），測功率平衡度0.506（1.098/2.167），測日耗電120.54 kW h；實際節(jié)電22.78kW h。

2.1.2 試驗井1-29-4

調(diào)整前，鉗形電流表測平衡度0.79（23/29）；儀表D K 301測平衡度0.87（24.98/28.63），測功率平衡度0.45（1.29/2.88），測日耗電151.42kW h。

建議曲柄全部向外調(diào)整0.05m，移到1.15m處。

效果預(yù)測：上行電流27.39A ，下行電流26.12 A ，電流平衡度為0.95，均方根電流為20.60A ；功率從1.24 kW 到12.65 kW ，變化范圍為11.41 kW ，功率平衡度為0.61；均方根功率為6.87kW 。預(yù)計調(diào)平衡可節(jié)電0.28kW h，日節(jié)電量為6.77kW h。

實際調(diào)整后，鉗形電流表測平衡度0.92（24/26）；儀表D K 301測平衡度0.93（25.25/27.11），測功率平衡度0.55（1.439/2.618），測日耗電144.65 kW h；實際節(jié)電6.74 kW h。

2.2 變頻控制配電箱的測試

變頻智能控制技術(shù)主要是根據(jù)抽油機(jī)的運行狀態(tài)，如液面、扭矩等工況，自行調(diào)整電動機(jī)的運行參數(shù)，使抽油機(jī)在最佳的狀態(tài)下運行，達(dá)到提高抽油機(jī)效率、節(jié)能降耗的目的。因為常規(guī)電流法在變頻運行狀態(tài)下測出的平衡度是系統(tǒng)優(yōu)化后的狀態(tài)，不足以顯示抽油機(jī)自身的最初平衡度；因此，常規(guī)電流法測試時配電箱調(diào)平衡主要是在工頻狀態(tài)下測試調(diào)整，為了探索功率法測平衡對變頻控制技術(shù)的適用性，測試分工頻和變頻兩種狀態(tài)進(jìn)行。

通過調(diào)整測試，4 口井在工頻狀態(tài)下，調(diào)整前平均功率平衡度0.10，日耗電657.44 kW h；調(diào)整后平均功率平衡度0.31，日耗電624.96kW h，日節(jié)電32.48kW h（表1）。

在變頻狀態(tài)下，4 口井調(diào)整前平均功率平衡度0.45，日耗電513.18kW h；調(diào)整后平均功率平衡度0.61，合計日耗電465.31 kW h，日節(jié)電47.87 kW h（表2）。說明功率平衡調(diào)整方法在變頻配電箱上仍然可以使用，且使用效果較好。

表1 工頻狀態(tài)下測試及調(diào)整前后效果對比數(shù)據(jù)

表2 變頻狀態(tài)下測試及調(diào)整前后效果對比數(shù)據(jù)

在以上測試的基礎(chǔ)上擴(kuò)大測試范圍，初期累計測試抽油機(jī)井22口。從測試結(jié)果看：采用電流法平衡標(biāo)準(zhǔn)（平衡度小于0.85）判定有7口井不平衡；而以功率法平衡標(biāo)準(zhǔn)（平衡度小于0.5）判定則增加為15口井不合格。根據(jù)功率平衡調(diào)整建議對14 口井進(jìn)行了調(diào)整，統(tǒng)計調(diào)整后累計日節(jié)電264.11 kW h。

3 結(jié)論及認(rèn)識

1）應(yīng)用功率法判斷抽油機(jī)平衡狀態(tài)更科學(xué)。

過去由于技術(shù)條件和測試設(shè)備的限制，無法測試出抽油機(jī)做負(fù)功的狀態(tài)，只能采用上下沖程電流峰值比的簡易方法測試抽油機(jī)的平衡度，方法的簡易限制了抽油機(jī)平衡調(diào)整的精度。隨著科技的發(fā)展，技術(shù)和設(shè)備逐步具備了單井實時測量功率及其曲線的條件。試驗證實，電流如果不平衡，抽油機(jī)肯定不平衡，電流平衡了抽油機(jī)也不一定平衡。試驗結(jié)果表明，查看電功率曲線，應(yīng)用功率平衡法能更準(zhǔn)確地判斷抽油機(jī)的平衡狀況。由此進(jìn)行的調(diào)整，才能使抽油機(jī)在最優(yōu)的狀態(tài)下運行。

2）應(yīng)用功率法調(diào)整抽油機(jī)平衡狀態(tài)更節(jié)電。統(tǒng)計功率不平衡的14口井，總?cè)蘸碾?200.75 kW h，應(yīng)用功率平衡法調(diào)整后實現(xiàn)日節(jié)電264.11 kW h，節(jié)電率12.00% 。以此估算14 口井一年就可節(jié)電91580.14 kW h（按時率0.95計算），節(jié)電效果明顯。

3）功率平衡法也適用于安裝變頻智能控制配電箱井的平衡度測量。通過在變頻狀態(tài)和工頻狀態(tài)分別測試對比證實，功率平衡法適用于應(yīng)用變頻智能控制技術(shù)的抽油機(jī)井，能夠達(dá)到準(zhǔn)確指導(dǎo)單井平衡調(diào)節(jié)的作用，且使用效果較好。

4）試驗用測試設(shè)備采樣精度高。常規(guī)電流法測平衡相對簡易、便捷。目前功率平衡測試儀的測試方法，連接略繁瑣，但也適合現(xiàn)場操作，而其采集數(shù)據(jù)精度較高，對電動機(jī)數(shù)據(jù)的采樣率為0.3125 ms，能較準(zhǔn)確地捕捉瞬間峰值點，測試結(jié)果更具指導(dǎo)性。

[1]張琪.采油工程原理與設(shè)計.山東東營:石油大學(xué)出版社,2000.

[2]程文軍,梁政,周代余,等.提高機(jī)械采油系統(tǒng)效率研究[J].西南石油學(xué)院學(xué)報,1999,21(4):67-69．