李桂莉（大慶油田有限責任公司第二采油廠）

抽油機井平衡測試方法及電流記錄卡片的分析與探討

李桂莉（大慶油田有限責任公司第二采油廠）

對抽油機井上、下沖程電動機的電流進行連續(xù)檢測、記錄，通過對所測得的抽油機電流卡片觀察與分析，以抽油機平衡的定義為基礎，提出了用測量抽油機井上、下沖程內的電流圖形形狀作為平衡率的新方法。該方法綜合考慮了抽油機平衡的各個要素，能夠真實地反映抽油機的平衡狀況及曲柄、平衡塊和抽油機的做功狀況，完全克服了原電流法存在的虛假平衡問題，現場實驗表明，該技術的測試法和判定標準準確可靠，是抽油機平衡測試的理想方法。

抽油機 平衡 電流卡片 功率平衡 電流峰值

目前，我國各油田的抽油機總數已超過10×104臺，據統(tǒng)計，抽油機的耗電量約占油田電力系統(tǒng)總用電量的。按每臺電動機容量30 kW（實際上不止于此，在油田使用最多的是37 kW和45 kW電動機，部分使用55 kW和75 kW電動機）計算，裝機總容量在300×104kW以上。大慶油田的采油設備主要以游梁式抽油機（四連桿機構）為主，占采油設備總量的75%以上，其設備成本和耗電量占油田生產成本的比重非常大。游梁式抽油機工作于平衡狀態(tài)，既可延長抽油機的使用壽命，又可節(jié)約大量電能。作為油田生產中使用最多的耗能設備，抽油機平衡調整不好，就會造成能源浪費。在實際開采作業(yè)過程中，抽油機受油井的井深、油質、雜質、含沙量、含水量等諸多客觀因素的影響，須調整抽油機平衡。由于各油田只錄取抽油機上、下沖程的峰值電流，以及規(guī)定平衡率［（下沖程的最大電流/上沖程的最大電流）×100%］大于85%為平衡，目前在油田抽油機井上使用的電流表只能單一地測量電動機上、下沖程的最大電流，來進行抽油機平衡率的計算，而無法體現電動機實際功率及電動機利用率。油田廣泛使用的電流法抽油機平衡測試方法理論和實際操作上有著很大的缺陷，準確度較差，存在虛假平衡問題。抽油機電流能夠達到平衡，但是卻不能保證在合理的工作范圍內，因此，研制了抽油機電流記錄儀，使電動機能在合理的范圍內工作，還能使常規(guī)抽油機平衡塊擺放在最佳位置。

1 抽油機平衡標準要求

1.1 目前使用平衡標準

2000年石油工業(yè)出版社出版的《石油工業(yè)節(jié)能技術》[1]及2002年石油大學出版社出版的《提高抽油機井系統(tǒng)效率技術》[2]中抽油機平衡度（即我們通常所說的“平衡率”）的計算是：

電動機平衡度=（下沖程的最大電流/上沖程的最大電流）×100%

該數值小于100%大于85%為平衡。目前這個抽油機平衡度標準為全國各油田所采用。

1.2 行業(yè)標準要求

1.2.1 抽油機的平衡

抽油機的平衡可采用“平衡電流法”或“平均功率法”調整?！捌胶怆娏鞣ā闭{整平衡時，應使上、下沖程的最大電流差值小于最大電流的15%，最大電流值不應超過電動機的額定電流值。

1.2.2 抽油機的平衡計算

調整抽油機的平衡，可根據下述三個原則中的一個原則來計算：上、下沖程電動機做功相等；上、下沖程中減速器曲柄軸的最大凈扭矩相等；減速器曲柄軸瞬時切線力與平均切線力的偏差平方和最小。

SY/T 5044—2003《游梁式抽油機》[3]中提到了平衡電流法及平均功率法兩種平衡標準及平衡計算方法，上、下沖程作功相等，涉及到了功率平衡的概念，但該標準未能詳細闡述功率平衡計算方法及實施方法。

功率平衡技術以抽油機最節(jié)能和最安全為標準，對抽油機功率曲線進行分解，求出不平衡功率——功率曲線中的一階正弦分量。計算出最佳平衡調整量，使之正好抵消不平衡功率，這時抽油機最安全，電動機發(fā)熱量最少。由于上、下沖程電動機做功計算復雜，一般不采用。

從保證抽油機安全運行的角度看，調平衡就是使減速器的輸出扭矩最小。由于減速器的扭矩有正有負，減速器的載荷扭矩有周期性波動，不能反映實際的載荷大小。

從節(jié)能的角度看，對于一臺具體的抽油機而言，機械傳動損耗與電動機的固定損耗是相對不變的，只有電動機的變動損耗與電流成正比。要使抽油機最節(jié)能，就要使電動機的變動損耗最小，也就是電流變量最小。

對于一臺具體的電動機，電流的大小只取決于其負載扭矩，只有保證電動機的負載扭矩值最小，才能保證電流的值最小。從上面的分析可以看出，只要保證曲柄扭矩最小，就能保證電動機負載扭矩及電動機的電流值最小。平衡調整對抽油機的安全運行與節(jié)能這兩個目標的作用是一致的，只要能保證抽油機最節(jié)能，就同時保證了抽油機最安全。常規(guī)電動機的轉差不大，轉速變化很小，在這種情況下，可以認為電動機轉速及曲柄軸角速度是一個常數，曲柄轉矩與電動機的負載扭矩大體成正比。由于電動機的負載扭矩不易測量，電動機的負載扭矩與電動機輸入功率成正比，電動機的功率=電流×3×電壓×cosφ，電網電壓波動很小，功率因數是一個常數，所以通過電流的變化就可以反應電動機負載扭矩的大小和減速器輸出軸載荷扭矩的大小。

調整抽油機平衡的三個原則中的計算過程，都與抽油機電動機電流有直接關系，而且大體成正比。抽油機平衡調整的終極目的有兩個，一是保證抽油機安全運行，二是節(jié)能。電流平衡法簡單快捷，眾所周知，由于井下負荷及抽油機工作狀態(tài)的不斷變化，平衡也處于一個動態(tài)變化過程中，經多次實踐和研究表明：只有把抽油機平衡度控制在85%～100%范圍內，電能損耗才最低。所以，在抽油機平衡度上，具有很大的優(yōu)化潛力和節(jié)能空間。

為了給抽油機平衡調整工作提供更精確的數據，促使調平衡工作再上新臺階，進一步拓寬節(jié)能空間，實現了方法創(chuàng)新，節(jié)能效果更加明顯。在廣泛使用電流平衡法的基礎上，技術人員首先將測得的電流、電壓數據存入儀器存儲卡，然后應用讀卡器將數據輸入電腦，畫出電功率曲線，編制功率平衡法優(yōu)化方案，準確確定平衡度調整參數。

2 抽油機電流記錄儀原理與電流卡片分析

2.1 抽油機電流記錄儀原理

把拉線掛在懸繩器上，拉線拉動減程輪隨抽油機驢頭的往復運動做順、逆時針運動，減程輪帶動卡紙筒運動，由互感器感應電線電流，互感器輸出電流信號通過導線輸送至電流記錄儀，通過阻尼線圈帶動筆尖做機械運動，筆尖把抽油機電動機電流同步畫在記錄紙上。

2.2 抽油機電流卡片分析

2.2.1 抽油機電動機電流卡片（方形）

抽油機電動機電流方形卡片是描繪抽油機井電動機電流、電壓與光桿位移和曲柄旋轉角度的關系曲線，縱坐標為電流、電壓，橫坐標為沖程和曲柄旋轉角度。通過比較直觀的圖形分析可以判斷抽油機電動機工作狀況，見圖1。

由圖1可知，所測的抽油機電流平衡率大于85%為平衡的說法不準確。準確的說法是上、下電流的峰值電流接近于上、下電流的谷值為平衡。通過電流卡片可以計算出：

電動機實際功率=上下電流的平均值×3×電壓×cos?

電動機功率利用率=（電動機實際功率/電動機額定功率）×100%

2.2.2 抽油機電動機電流卡片（圓形）

抽油機電動機電流圓形卡片（記錄電流運行的曲線）是反應抽油機運行過程中輸出軸旋轉角度與抽油機電動機的電流變化關系曲線。通過比較直觀的圖形分析可以判斷抽油機電動機工作狀況，見圖2。以抽油機下死點曲柄所處的位置為0°角，抽油機上死點曲柄所處的位置為180°角。

電流卡片全程記錄了曲柄旋轉角度與電流的關系，從卡片曲線上看出抽油機曲柄運行至50°角和240°角時，呈現抽油機一個沖程中的電流最大峰值；抽油機曲柄運行至0°角和180°角時呈現抽油機一個沖程中電流最小值。電流曲線圈閉面積為抽油機電動機在一個沖程中所做的功。

2.2.3 抽油機電動機電流卡片分析

抽油機電動機電流卡片的錄取可與抽油機示功圖測試同步進行，通過電流卡片（方形）和示功圖對比可知該井的系統(tǒng)效率。在示功圖未發(fā)生變化而電流卡片圖型發(fā)生變化時，可判斷地面設備是否發(fā)生故障，同時還可以通過電流卡片的形狀來判斷電動機功率是否在合理的范圍內，從而對抽油機進行調整，以保證電動機做功趨于合理。

通過電流卡片（圓形）可知該井的曲柄扭矩最大、最小值所在角度，以確定平衡塊安裝位置，達到節(jié)能的目的；可觀察輸出軸齒輪旋轉角度吃力點，方便檢查齒輪磨損位置。

3 抽油機電動機電流記錄儀的優(yōu)點

1）使用該儀器可解決采油工人測電動機電流時目測的不精確，及單一測量上電流及下電流峰值的問題，同時提高了抽油機電動機電流錄取的準確性。

2）抽油機相關設備運轉情況可通過電流曲線反映出來，及時判斷處理，提高設備完好運轉率。

3）可以判斷電動機做功是否在合理的范圍內，通過參照儀器的實測電流卡片來對抽油機進行調整，使其在最合理的范圍內進行工作，使電動機的功率利用率在最合理的范圍內，用電量達到最小，達到節(jié)能的目的。

4）可以判斷井下抽油泵的工作情況，通過電流曲線也可以將井下泵一個沖程內工作情況的細微變化反映出來，配合示功圖使用能更準確地對井下設備運行情況做出正確判斷，計算系統(tǒng)效率。

5）在電動潛油活塞泵井中使用電流記錄儀，測得的電流卡片曲線就是電動潛油活塞泵的示功圖。

4 結束語

使用抽油機電動機電流記錄儀測量出來的電流卡片來判斷平衡率，綜合考慮了反應抽油機平衡的各個要素，因此這種方法能夠真實地反映抽油機的平衡狀況。由于此法比電流峰值平衡法更具有先進性，專業(yè)性較強，測量準確率較高，具有一定的指導意義和推廣價值。

[1]俞伯炎,吳照云,孫德剛.石油工業(yè)節(jié)能技術[M].北京：石油工業(yè)出版社，2000.

[2]范鳳英.提高抽油機井系統(tǒng)效率技術[M].東營：石油大學出版社，2002.

[3]全國石油鉆采設備和工具標準化技術委員會.SY/T 5044—2003游梁式抽油機[S].北京：石油工業(yè)出版社,2003.

10.3969/j.issn.2095-1493.2011.06.016

李桂莉，2005年畢業(yè)于大慶石油學院，助理工程師，E-mail：29753229@11.com，地址：大慶油田有限責任公司第二采油廠第六作業(yè)區(qū)采油49隊，163414。

2011-05-18)