楊揚(yáng)(中國石油大學(xué)勝利學(xué)院機(jī)械與電氣工程系， 山東 東營 257097)

基于數(shù)據(jù)融合的抽油機(jī)平衡度的研究

楊揚(yáng)(中國石油大學(xué)勝利學(xué)院機(jī)械與電氣工程系， 山東 東營 257097)

本文通過對(duì)抽油機(jī)井平衡原理和標(biāo)準(zhǔn)的研究，在現(xiàn)有抽油機(jī)平衡度測(cè)算調(diào)整方法的基礎(chǔ)上，提出了一種基于抽油機(jī)示功圖和電參數(shù)同步測(cè)試數(shù)據(jù)融合的抽油機(jī)平衡度在線診斷技術(shù)，該技術(shù)能夠快速準(zhǔn)確的判斷抽油井機(jī)井的平衡狀態(tài)，并實(shí)時(shí)對(duì)平衡度進(jìn)行調(diào)整。本文選取某采油廠Y1X63井為例，采用輸入功率曲線傅里葉級(jí)數(shù)展開法和數(shù)據(jù)融合法分別辨識(shí)平衡塊的調(diào)整量，從調(diào)整結(jié)果中可以發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合計(jì)算方法得到的調(diào)整量更為合理。

抽油機(jī)；平衡度；傅里葉級(jí)數(shù)

游梁式抽油機(jī)在整個(gè)工作循環(huán)內(nèi)載荷是不均勻的，而懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度和加速度的變化又加劇這種不均勻性[1]。載荷的不均勻性會(huì)嚴(yán)重影響減速箱、四連桿機(jī)構(gòu)的使用壽命及電動(dòng)機(jī)的工作效率，導(dǎo)致了抽油桿工作條件的惡化和抽油桿斷裂次數(shù)的增加。為了避免上述缺點(diǎn)，必須合理解決游梁式抽油機(jī)的平衡問題，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備的可靠運(yùn)行和高效節(jié)能。

考慮到影響減速箱壽命的主要因素是輸出軸的峰值扭矩和負(fù)扭矩，影響電動(dòng)機(jī)功率的主要因素是均方根扭矩。因此，可以綜合應(yīng)用這三個(gè)參數(shù)(峰值扭矩，負(fù)扭矩，均方根扭矩)來評(píng)價(jià)平衡效果[2]。

本文以某采油廠Y1X63井為例，在平滑度調(diào)整前其同步數(shù)據(jù)較差，利用輸入功率曲線傅里葉級(jí)數(shù)展開法和基于數(shù)據(jù)融合法分別對(duì)抽油機(jī)平衡塊進(jìn)行調(diào)整，利用傅里葉級(jí)數(shù)展開法調(diào)整后抽油機(jī)呈現(xiàn)過平衡，而按數(shù)據(jù)融合方法調(diào)整的結(jié)果是比較理想。

1 抽油機(jī)井平衡度調(diào)整原理

目前游梁式抽油機(jī)的平衡主要分機(jī)械平衡和氣動(dòng)平衡兩種方式[3]。機(jī)械平衡和氣動(dòng)平衡的基本原理是一樣的：抽油機(jī)在上沖程過程中，平衡系統(tǒng)釋放的能量與電機(jī)的輸出能量共同做功，舉升抽油桿和油柱。下沖程過程中，在油柱的重力和電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)力的作用下，抽油桿注舉升平衡系統(tǒng)，平衡系統(tǒng)儲(chǔ)存能量，對(duì)外做功。

2 抽油機(jī)井平衡度調(diào)整方法

2.1 基于傅里葉級(jí)數(shù)展開的平衡度調(diào)整方法

抽油機(jī)的功率曲線可以展開成收斂的三角函數(shù)——傅里葉級(jí)數(shù)。

式(1)為傅里葉級(jí)數(shù)，其中的ω為是曲柄軸的角速度，單位是rad/S， T為沖程周期，單位是S ，沖次N，單位為1/min。a0、an、bn單位為kW。

在式(1)中的待定常數(shù)有：

式(1)為平衡功率，是功率函數(shù)的恒定值；

式(2)為功率曲線中各次諧波的余弦分量；

式(3)為功率曲線中各次諧波的正弦分量。

該方法結(jié)合了抽油機(jī)機(jī)械平衡的基本原理，利用了均方根能量最小化原則，將一個(gè)沖程內(nèi)的抽油機(jī)功率曲線作為一個(gè)整體進(jìn)行考慮，比功率曲線調(diào)峰法得到的調(diào)整量要更可信一些，該方法的現(xiàn)場(chǎng)可操作性也比較強(qiáng)，然而該方法也有不足之處，首先，該方法沒有考慮抽油機(jī)的傳動(dòng)效率，直接將功率曲線中包含的基波分量直接作為平衡系統(tǒng)的勢(shì)能，對(duì)于傳動(dòng)效率較低的抽油機(jī)，這會(huì)造成較大的誤差，其次，該方法將平衡系統(tǒng)的勢(shì)能曲線定義為標(biāo)準(zhǔn)正弦形式，實(shí)際上在現(xiàn)場(chǎng)使用的抽油機(jī)中有相當(dāng)一部分是異相曲柄抽油機(jī)，存在由極位夾角造成的上下速不一致和由曲柄相位偏置角造成的平衡勢(shì)能相位差，因此平衡系統(tǒng)的勢(shì)能曲線并非標(biāo)準(zhǔn)正弦形式。

3 實(shí)例分析

以某采油廠Y1X63井為例，在平衡調(diào)整前其平衡度較差，平均輸入有功功率4.53kW，平均功率法計(jì)算其平衡度為0.1857。屬于嚴(yán)重的欠平衡。

該抽油機(jī)有平衡塊2塊，利用輸入功率曲線傅里葉級(jí)數(shù)展開方法和基于數(shù)據(jù)融合技術(shù)的方法分別辨識(shí)平衡塊的調(diào)整量，得出的結(jié)論分別為2塊平衡塊向外側(cè)移動(dòng)35cm和22cm，分別按照這兩種調(diào)整方法給出的方案對(duì)抽油機(jī)平衡塊進(jìn)行調(diào)整，平均輸入有功功率為4.07kW，平均功率平衡度為1.391。而按數(shù)據(jù)融合方法調(diào)整的結(jié)果是相當(dāng)理想的，平均輸入有功功率3.79kW，平均功率平衡度為0.9366。

表1 不同計(jì)算方法平衡度調(diào)整結(jié)果

如表1所示，這幾口油井為采用傅里葉級(jí)數(shù)展開方法和基于數(shù)據(jù)融合技術(shù)的方法計(jì)算的調(diào)整量后的調(diào)整結(jié)果比對(duì)，從中可以發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合計(jì)算方法得到的調(diào)整量均比傅里葉級(jí)數(shù)展開方法得到的調(diào)整量要合理。

（文章題目：基于數(shù)據(jù)融合的抽油機(jī)平衡度的研究）

[1]崔煥武.游梁式抽油機(jī)平衡狀態(tài)測(cè)試儀的研制[D]. 杭州：浙江大學(xué)，2011.

[2]宋興盛.游梁式抽油機(jī)節(jié)點(diǎn)效率分析與平衡狀態(tài)測(cè)試儀的研制[D].東營：中國石油大學(xué)(華東)， 2005.

[3]陳國棟.電網(wǎng)規(guī)劃中負(fù)荷預(yù)測(cè)的分析與研究[D].長沙：湖南大學(xué)，2008.