抽油機(jī)井智能平衡調(diào)節(jié)技術(shù)的研究與應(yīng)用

潘銳?。ù髴c油田有限責(zé)任公司第五采油廠）

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抽油機(jī)井智能平衡調(diào)節(jié)技術(shù)的研究與應(yīng)用

潘銳（大慶油田有限責(zé)任公司第五采油廠）

針對抽油機(jī)井傳統(tǒng)平衡調(diào)節(jié)技術(shù)存在誤差導(dǎo)致抽油機(jī)使用壽命降低的問題，研究應(yīng)用了抽油機(jī)井智能平衡調(diào)節(jié)技術(shù)。該技術(shù)以抽油機(jī)凈扭矩計算為基礎(chǔ)，可精確地調(diào)整抽油機(jī)的平衡狀況。通過現(xiàn)場應(yīng)用，平均單井節(jié)電率可達(dá)8.2%，取得較好的節(jié)能效果，同時能夠減輕工人的勞動強(qiáng)度，提高了工作效率。

抽油機(jī)井；智能平衡調(diào)節(jié)；現(xiàn)場應(yīng)用

抽油機(jī)井的平衡率是一項很重要的生產(chǎn)指標(biāo)，它是根據(jù)抽油機(jī)井的產(chǎn)量、液面等因素共同作用的，產(chǎn)量和液面等因素的波動會引起抽油機(jī)的不平衡，導(dǎo)致平衡率下降［1］。目前抽油機(jī)井平衡調(diào)節(jié)方式主要采用電流法判斷是否平衡，即抽油機(jī)下沖程峰值電流與上沖程峰值電流之比，該值在85%～100%之間認(rèn)為抽油機(jī)是平衡的，電流的大小間接反映抽油機(jī)負(fù)載扭矩的大小，但電流法調(diào)平衡并不一定能保證抽油機(jī)真正平衡，存在虛假平衡問題，可能導(dǎo)致抽油機(jī)運(yùn)行過程中耗電量增多、各部件受力不勻、減速箱磨損加快，降低抽油機(jī)使用壽命［2］。智能平衡調(diào)節(jié)技術(shù)以抽油機(jī)凈扭矩計算為基礎(chǔ)，可真正精確地調(diào)整抽油機(jī)的平衡狀況，比常規(guī)電流法調(diào)平衡更節(jié)能。

1　技術(shù)原理

智能平衡調(diào)節(jié)軟件診斷分析優(yōu)化設(shè)計系統(tǒng)是以地面示功圖為基礎(chǔ)，結(jié)合抽油機(jī)運(yùn)動幾何參數(shù)，經(jīng)過診斷優(yōu)化，設(shè)計調(diào)整方案，指導(dǎo)現(xiàn)場施工。其主要原理是將抽油機(jī)懸點(diǎn)的載荷、位移轉(zhuǎn)換到整個周期的減速箱輸出軸扭矩曲線，即懸點(diǎn)載荷扭矩-曲柄轉(zhuǎn)角曲線，同時計算出平衡塊扭矩-曲柄轉(zhuǎn)角曲線、曲柄扭矩-曲柄轉(zhuǎn)角曲線。幾條扭矩曲線相互抵消后得到的就是凈扭矩曲線，調(diào)平衡的目的就是使抽油機(jī)在一個周期內(nèi)凈扭矩最小，即抽油機(jī)凈扭矩均方根值最小，從而使電動機(jī)做功最小，耗電量最小，達(dá)到節(jié)能的目的。

1.1抽油機(jī)平衡狀況分析

抽油機(jī)平衡調(diào)整目的有2個，一是保證抽油機(jī)安全運(yùn)行，二是節(jié)能降耗。

從保證抽油機(jī)安全運(yùn)行的角度看，調(diào)平衡要使減速器的輸出扭矩最小。由于減速器的扭矩有正有負(fù)，僅用平均值不能反映實際載荷的大小，所以一般用均方根扭矩來反映減速器的載荷情況。均方根扭矩與平均扭矩之比稱為周期載荷系數(shù)，它反映了載荷扭矩的波動程度，此值越接近1說明載荷扭矩越平穩(wěn)，值越大說明載荷扭矩波動得越厲害。

從抽油機(jī)節(jié)能的角度看，機(jī)械傳動損耗與電動機(jī)的固定損耗是相對不變的，只有電動機(jī)的變動損耗與電流的平方成正比。要使抽油機(jī)最節(jié)能，使電動機(jī)的變動損耗最小，也就是均方根電流最小。電流的大小只取決于抽油機(jī)的負(fù)載扭矩的大小，調(diào)平衡技術(shù)使抽油機(jī)在1個周期內(nèi)凈扭矩均方根值最小，使電動機(jī)的損耗達(dá)到最低，從而達(dá)到節(jié)電目的。而電流平衡無法實現(xiàn)這一要求。

1.2抽油機(jī)扭矩曲線對比分析

首先測試抽油機(jī)井示功圖，然后把智能調(diào)平衡軟件與示功圖進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)對接，采集各點(diǎn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行均方根扭矩計算。根據(jù)抽油機(jī)運(yùn)動特性曲線和均方根扭矩公式，計算出各點(diǎn)的載荷扭矩、曲柄扭矩、平衡塊扭矩，根據(jù)3種扭矩的代數(shù)和，計算出凈扭矩，繪制出凈扭矩曲線，根據(jù)曲線推算出平衡塊最佳總距離，如表1、圖1、圖2所示。

表1　電流法與軟件法調(diào)平衡對比

2　現(xiàn)場應(yīng)用

圖1　電流法扭矩曲線

圖2　智能調(diào)平衡扭矩曲線

現(xiàn)場試驗共20口井，其中12口井安裝電能表，測試調(diào)平衡后的耗電量與電流，對比節(jié)能效果。另外8口井用系統(tǒng)效率測試儀器每天測試耗電量與電流，對比節(jié)能效果。

1）安裝電能表測試的節(jié)電效果。安裝電能表測試12口井在智能調(diào)平衡前后的節(jié)電效果，選取產(chǎn)液量及液面穩(wěn)定的10口井進(jìn)行對比，平均單井日節(jié)電13.5 kWh，節(jié)電率達(dá)到9.3%，如表2所示。

2）應(yīng)用系統(tǒng)效率測試儀器測試的節(jié)電效果。系統(tǒng)效率測試儀器測試8口井，選取產(chǎn)液量及液面穩(wěn)定的6口井進(jìn)行對比，平均單井日節(jié)電17.4 kWh，節(jié)電率達(dá)到7.1%，如表3所示。

3）電流法與智能調(diào)平衡測試的節(jié)電效果。選擇5口電流不平衡井先安裝電能表測試單井耗電量，然后用電流法調(diào)整平衡，跟蹤測試節(jié)電效果，在電流法調(diào)整平衡的基礎(chǔ)上應(yīng)用智能調(diào)平衡軟件進(jìn)行調(diào)平衡，跟蹤測試節(jié)電效果。電流法調(diào)平衡平均單井日節(jié)電5.9 kWh，智能調(diào)平衡在電流法調(diào)平衡的基礎(chǔ)上還可節(jié)電15.8 kWh，如表4所示。

表2　10口井調(diào)平衡效果對比

表3　6口井調(diào)平衡效果對比

累計調(diào)整平衡20口井，對比產(chǎn)液量及液面變平衡，使抽油機(jī)井達(dá)到最佳平衡狀態(tài)。

3）智能平衡調(diào)節(jié)技術(shù)打破了以往電流調(diào)平衡的粗略評價方法，應(yīng)用示功圖計算方法可真正精確化穩(wěn)定的16口井的節(jié)能效果，平均單井日節(jié)電14.9 kWh，單井最高日節(jié)電26.6 kWh，平均節(jié)電率8.2%，單井最高節(jié)電率可達(dá)15.4%。

表4　電流法與智能調(diào)平衡效果對比

3　結(jié)論及認(rèn)識

地計算出抽油機(jī)的平衡狀況，調(diào)整一步到位，直接調(diào)整到最佳位置，比常規(guī)電流法調(diào)平衡更節(jié)能，節(jié)省勞動時間，減輕了工人的勞動強(qiáng)度，提高了工作效率。

1）由試驗結(jié)果可以看出，智能平衡調(diào)節(jié)技術(shù)在電流法調(diào)平衡的基礎(chǔ)上還可取得一定的節(jié)電效果，試驗后單井最高節(jié)電率可達(dá)15.4%，平均節(jié)電率為8.2%。

2）智能平衡調(diào)節(jié)技術(shù)能夠通過實測功圖得出懸點(diǎn)載荷、曲柄和平衡塊3條扭矩曲線，以凈扭矩最小為目標(biāo)實現(xiàn)抽油機(jī)井平衡狀況監(jiān)測、診斷、優(yōu)化設(shè)計及調(diào)平衡量化分析，實現(xiàn)了抽油機(jī)井動態(tài)調(diào)

［1］宮喜龍.抽油機(jī)平衡系統(tǒng)改進(jìn)技術(shù)探討［J］.石油石化節(jié)能，2015（4）：17-18.

［2］朱潤平，劉星，翟哲崇.抽油機(jī)平衡調(diào)節(jié)方式的研究［J］.自動化博覽.2015，10（11）：84-86.

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.09.003

2016-03-24

（編輯張馨怡）

潘銳，工程師，2006年畢業(yè)于東北石油大學(xué)（石油工程專業(yè)），從事采油工程規(guī)劃工作，E-mail：panrui5c@petrochina. com，地址：黑龍江省大慶市第五采油廠工程技術(shù)大隊，163513。