游梁式抽油机合理平衡判断准则及调整方法研究

游梁式抽油机合理平衡判断准则及调整方法研究

马宏泉

（吉林油田公司新民采油厂，吉林省松原市）

摘要：油田生产中抽油机平衡调整方法众多，效果各异。本文深入剖析了评价抽油机平衡的三个基本准则，明确这些准则均可借助抽油机单冲程功率曲线信息获取。当抽油机调平衡后能同时契合三个基本准则时，可达到理想平衡状态。电能法、示功图法、平均功率法、曲柄轴转矩法等相关方法也随之被广泛探讨和研究，以期找到一种能够综合实现节能、延长减速箱寿命以及操作简便的理想平衡调整方案。

关键词：游梁式抽油机；平衡准则；功率法；电流法

前言

在油田生产领域，游梁式抽油机由于其复杂的机械运动特性，使得抽油机的平衡调整工作面临诸多挑战。长期以来，在抽油机平衡的评价方面，传统的“电流法”占据主导地位。该方法以当下冲程最大电流与上冲程最大电流之比处于80％～110％为判断依据，认定抽油机处于平衡状态。然而，实践表明，电流法存在明显的局限性，容易引发假平衡现象。这主要是因为抽油机下冲程时会出现电机倒发电情况，而钳形电流表所采用的电流互感器无法精准判断电流的相位，进而导致误判。这种误判在实际生产中可能会带来能源浪费、设备磨损加剧等不良后果，因此，寻求更为精准有效的抽油机平衡评价及调整方法迫在眉睫。

1抽油机平衡判断原则

依据《游梁式抽油机平衡的评价标准》，电流法和平均功率法是常见的抽油机调平衡方法，而这两种方法本质上可归结为以下三个基本准则：

准则一：抽油机的电动机在上、下冲程中对外做功相等。

这一准则在游梁式抽油机平衡装置的设计过程中具有关键作用。通过此准则，能够计算出平衡装置所储存或释放的能量Ａ0，其计算公式为Ａ0＝（Ａｕ＋Ａｄ）/2。其中，Ａｕ代表上冲程抽油杆柱下落所做的功，Ａｄ则表示下冲程提拉抽油杆柱和油柱所做的功。通常情况下，Ａ0可通过抽油机的实测示功图，或者利用静力示功图来求得。从能量转化的角度来看，电动机在上、下冲程中对外做功能够转化为电动机的输出电能，而电动机输出电能与输入电能存在正比关系。因此，我们可以通过测量电动机上、下冲程的输入电能是否相等来判断抽油机的平衡状态，这也就是所谓的电能法。具体而言，当电动机功率曲线的上冲程所包围面积和下冲程所包围的面积相等时，即意味着上、下冲程电动机对外做功相等。Ｉｕ、Ｉｄ分别为上下冲程的输入电流；Ｕ为输入电压；ｃｏｓφ指电动机功率因数；ｔ为抽油机工作时间。在实际应用中，当下冲程与上冲程对外做功之比在80％～110％时，则认为抽油机处于平衡状态。

准则二：悬点上、下冲程中减速箱曲柄轴峰值转矩相等。

此准则常用于游梁抽油机的平衡状态检验与调整工作。然而，由于减速箱crank轴的转矩测量过程较为繁琐，通常需要依据实测的光杆示功图及转矩因数表来绘制转矩曲线，这在现场实际应用中存在一定的不便。鉴于电动机的输入电流和功率与减速箱crank轴转矩近似成正比的关系，人们在实际操作中往往通过比较上冲程和下冲程的电流峰值和功率峰值来替代对crank轴转矩峰值的直接测量，从而简化了判断过程，提高了现场操作的可行性。

准则三：整个冲程中减速箱crank轴转矩的均方根值最小。

调整抽油机平衡的一个重要目标是延长抽油机的使用寿命，而实现这一目标的关键在于尽可能减小减速箱crank轴输出转矩。在不平衡的抽油机运行过程中，crank轴输出转矩通常会出现正负交替的情况，此时，单纯采用转矩的平均值Ｍａ无法准确反映实际的载荷状况。因此，通常采用均方根转矩Ｍｆ来表征减速箱crank轴的载荷情况。均方根转矩与平均转矩之比为周期载荷系数，该系数能够有效地反映载荷转矩的波动程度。

2调整判断方法

2.1电流法

尽管电流法在测试抽油机平衡时存在出现假平衡状态的缺陷，但因其操作简单，成本较低，仍然在许多采油单位中得到广泛应用。在实际应用中，对于非平衡抽油机进行调整时，可依据以下公式计算达到平衡时平衡块的移动量ΔＲ：式中：ΔＲ为达到平衡时平衡块的移动量；Ｍｍａｘ为抽油机最大转矩；Ｗｂ为平衡块重；Ｗｍａｘ、Ｗｍｉｎ为悬点最大和最小载荷；Ｓ为冲程；ｎ为冲次。然而，这种方法的适用范围相对较窄，当抽油机处于严重不平衡状态时，该方法难以有效地实现平衡调整，无法满足实际生产的需求。

2.2功率法

功率法是通过对电动机的功率变化曲线进行精确测量和深入分析，从而判断抽油机的平衡情况。具体而言，当下冲程和上冲程最大功率的百分比在80％～100％之间时，则认为功率平衡，并且此值通常不大于100％。与电流法相比，功率法的优势在于能够有效克服抽油机的假平衡现象。这是因为当抽油机带动电动机发电时，功率法所测量的功率曲线会呈现负值，从而能够更加准确地反映抽油机的真实运行状态，为抽油机的平衡调整提供更为可靠的依据。

3调整原则比较

通过以上对抽油机平衡判断原则和调整判断方法的详细阐述与分析可知：

准则一主要采用抽油机上、下冲程功率曲线的面积比来衡量平衡状态，通过对电动机输入电能的量化分析，直观地反映了上、下冲程中对外做功的平衡情况，从能量转化的角度为抽油机平衡提供了一种有效的判断依据。

准则二则侧重于上、下冲程功率曲线的峰值比，利用电动机输入电流和功率与减速箱crank轴转矩的近似正比关系，通过比较电流峰值和功率峰值来间接判断crank轴峰值转矩的相等性，这种方法在实际操作中相对简便，具有较高的现场实用性。

准则三是对功率曲线进行傅里叶级数展开，以抽油机工作时电动机均方根功率取得极小值为目标，从节能和延长设备寿命的角度出发，综合考虑了整个冲程中减速箱crank轴转矩的变化情况，为抽油机的平衡调整提供了一种更为全面和深入的思路。

值得注意的是，任何一种平衡准则都与电动机功率曲线密切相关，这就为我们通过对功率曲线的深入分析来实现抽油机平衡率的精准调节提供了理论基础。当抽油机处于良好平衡状态时，曲柄轴转矩曲线与功率曲线具有等效性。此时，采用准则一和准则二来判断平衡率往往能够得到相同的结果，这是因为在理想平衡状态下，上、下冲程的功率分布相对均匀，无论是从做功总量还是峰值功率的角度来看，都能体现出较好的平衡特性。然而，准则三需要对功率曲线进行更为复杂的处理，即滤除曲线的一阶正弦分量，从而得到不同的功率曲线。当对新功率曲线采用准则一和准则二时，将会与原功率曲线得到不同的平衡率。这是由于滤除一阶正弦分量后，功率曲线的特征发生了变化，反映出的能量分布和峰值情况也有所不同，进而导致平衡判断结果的差异。此外，准则二仅考虑上、下冲程的峰值功率，相对而言，其所包含的信息量偏少，在实际应用中与准则一得到的平衡结果存在一定的差别。这也说明了准则二在某些情况下可能无法全面、准确地反映抽油机的平衡状态，需要与其他准则相结合，才能实现更为精准的平衡调整。

4结束语

综上所述，采用三种平衡准则分别对抽油机进行调节时，由于各自的侧重点和判断依据不同，将会得到三种不同的平衡效果。目前，关于在具体哪种情况下的平衡效果最佳，尚未形成统一的定论。然而，从理论和实践的综合角度来看，如果能够通过调节抽油机平衡块，使其同时满足三个基本准则，那么就可以认为抽油机处于理想平衡状态。这种理想平衡状态不仅能够实现节能降耗，降低生产成本，还能够有效地延长抽油机的使用寿命，减少设备维修和更换的频率，从而提高油田生产的整体经济效益和稳定性。因此，进一步深入研究如何使抽油机在实际运行中更好地满足三个基本准则，将是未来油田生产中抽油机平衡调整技术发展的重要方向。

参考文献

[1]张波．抽油机平衡的研究与分析[J]．中国设备工程，2012（2）：32-33．

[2]梁宏宝．游梁式抽油机平衡调整准则研究[J]．石油矿场机械，2013，42（5）：16-19．