黃萬龍（大慶油田有限責任公司第八采油廠）

抽油機在線平衡調(diào)整技術應用效果分析

黃萬龍（大慶油田有限責任公司第八采油廠）

目前，現(xiàn)場平衡調(diào)整主要依靠人工調(diào)整平衡塊實現(xiàn)，一方面需要停井操作，影響生產(chǎn)；另一方面頻繁調(diào)整造成工作量大、調(diào)整不及時，也存在安全隱患。針對上述問題，應用了抽油機在線平衡調(diào)整裝置。在線平衡調(diào)整裝置通過在抽油機的游梁上加裝配重，由遙控器控制太陽能驅(qū)動系統(tǒng)使配重前后移動，改善系統(tǒng)受力狀況，達到平衡調(diào)整的目的。經(jīng)現(xiàn)場試驗及其應用效果分析表明：該裝置可實現(xiàn)抽油機不停井平衡調(diào)整，在配重調(diào)整范圍內(nèi)，可調(diào)整電流2 A、功率2 kW；平均日節(jié)電9.8 kWh；當平均功率平衡度控制在70%～120%范圍時，抽油機既能達到最佳平衡范圍，又能實現(xiàn)最佳能耗狀態(tài)。

游梁式抽油機；在線平衡調(diào)整；功率法；電流法；效果評價

隨著油田開發(fā)的不斷深入，抽油機井數(shù)不斷增加，機采耗電也隨之連年遞增，約占油田總用電量的47%（圖1），控制機采耗電已經(jīng)成為油田節(jié)能降本的重點方向之一。平衡不僅是機采設備安全、平穩(wěn)運行的基礎，更是節(jié)能運行的保證。在外圍低滲透油田，井深、油稠、含蠟量高等因素使井況變化復雜，抽油機能耗攀升，這使平衡調(diào)整成為了機采節(jié)能的重要手段。但是，現(xiàn)場平衡調(diào)整主要采用調(diào)整平衡塊位置來實現(xiàn)，雖然借助一些調(diào)平衡工具，調(diào)一次平衡也得需要半個小時左右，頻繁的平衡調(diào)整耗費大量的人力、物力，影響其他正常生產(chǎn)維護工作。因此，針對現(xiàn)場迫切需求，應用了在線平衡調(diào)整裝置，能夠滿足降低平衡調(diào)整工作量、降低機采能耗、不影響產(chǎn)量等要求。

圖1 近年機采耗電情況

1 平衡調(diào)整現(xiàn)狀

目前，抽油機常規(guī)平衡調(diào)整主要采用關停抽油機，人工調(diào)整平衡塊前后位置的方式。該種調(diào)整方式不僅需要工具多、操作繁瑣，而且存在勞動強度大、調(diào)整精度低、工作效率低、安全性差、影響單井產(chǎn)量等問題。一些油田上也研究應用過各種樣式的平衡調(diào)整工具和自動平衡調(diào)整裝置，但是統(tǒng)一存在技術設備復雜、安全穩(wěn)定性差等問題，因而不能得到廣泛推廣應用[1-9]。

在線平衡調(diào)整裝置通過在抽油機的游梁上加裝配重，由遙控器控制太陽能驅(qū)動系統(tǒng)使配重前后移動，改善系統(tǒng)受力狀況，達到平衡調(diào)整的目的。該裝置應用前期進行過2口井現(xiàn)場試驗，得出平衡調(diào)整無需停機，能夠?qū)崿F(xiàn)在線調(diào)整抽油機平衡、避免停井影響、減少勞動強度、降低生產(chǎn)能耗、增加安全性能的試驗結論[10]。由于沒有其他相關資料和成熟經(jīng)驗借鑒，該裝置能夠降低多少能耗？實現(xiàn)多大范圍內(nèi)的平衡調(diào)整？在哪個平衡區(qū)間內(nèi)能耗最低？裝置存在哪些不足？有哪些可以作為潛力挖掘？這些問題都需要在應用過程中逐步的探索與發(fā)現(xiàn)。

2 應用效果分析

2.1 節(jié)能降本效果

現(xiàn)場選取38口井應用在線平衡調(diào)整裝置，單井平均泵深1375 m，產(chǎn)液量4.9 t/d。隨機測試了5口井平衡調(diào)整狀況，統(tǒng)一按照標尺在0點左右各選4個測試點，平均分配裝置行程，進而通過8個測試點測試抽油機平衡和能耗變化情況。從節(jié)能角度分析，測試結果反映出應用在線平衡調(diào)整裝置可以實現(xiàn)單井日耗電降低5.8～18.7 kWh，平均單井日耗電降低9.8 kWh的節(jié)能效果（表1）。

表1 在線平衡調(diào)整裝置測試情況統(tǒng)計

按此節(jié)能效果，單井年節(jié)電3577 kWh，單井年節(jié)約成本2 282.5元。按單井泵徑38 mm，沖程3 m，沖速4 min-1，含水67%，泵效30%，每次平衡調(diào)整減少30 min，年調(diào)整12次計算，單井年少影響原油產(chǎn)量約0.85 t。

2.2 平衡調(diào)整效果

在線平衡調(diào)整裝置的配重為1 t，配重在整個行程內(nèi)能夠影響平衡的程度必然存在一定的范圍。

峰值電流平衡度方面，在線平衡調(diào)整裝置運行的整個行程內(nèi)，可以影響峰值電流平衡度13.7～20.4個百分點，平均為17.9個百分點（表1）。目前，油田內(nèi)部抽油機井節(jié)能運行的峰值電流平衡度標準為85%～100%。所以，應用在線平衡調(diào)整裝置，一般情況下可以對峰值電流平衡度在67%～118%范圍內(nèi)的井調(diào)整到平衡狀態(tài)。

平均功率平衡度方面，在線平衡調(diào)整裝置運行的整個行程內(nèi)，可以影響平均功率平衡度18.7～66.9個百分點，平均影響46.8個百分點（表1）。目前，規(guī)范中平均功率平衡度標準為上下沖程平均功率小/大在0.5～1范圍內(nèi)即為平衡，換算成常用的下/上為50%～200%。按此標準推算，應用在線平衡調(diào)整裝置，一般情況下可以對平均功率平衡度在3%～247%范圍內(nèi)的井調(diào)整到平衡狀態(tài)，幾乎可以使絕大部分的井達到平衡狀態(tài)。顯然，這個結果是不科學的，反映出功率平衡標準過于寬泛，這個標準并不能作為抽油機最佳節(jié)能運行狀態(tài)的判別標準。而油田內(nèi)部目前并沒有給出抽油機井節(jié)能運行的平均功率平衡度標準，有待進一步研究。

此外，從峰值電流平衡度和平均功率平衡度變化幅度可以看出，平均功率平衡度相對于峰值電流平衡度反映平衡變化情況要敏感，更能發(fā)現(xiàn)抽油機運行系統(tǒng)能耗的細微變化，平衡調(diào)整效果更好。

2.3 技術性能效果

應用在線平衡調(diào)整技術，可以簡單實現(xiàn)抽油機運行狀態(tài)下的平衡調(diào)整，只要按測試結果判斷調(diào)整方向，用遙控器調(diào)整配重位置即可。但是，配重在整個行程內(nèi)，基本可以調(diào)整電流2 A，功率2 kW（表2）。如果抽油機處于嚴重不平衡狀態(tài)，則無法僅利用在線平衡調(diào)整裝置實現(xiàn)抽油機平衡。

表2 電流、功率測試情況統(tǒng)計

因此，在線平衡調(diào)整裝置安裝后，必須人工進行平衡調(diào)整。調(diào)整時，將配重保持在零點位置，人工調(diào)整平衡塊位置，使抽油機處于平衡運行狀態(tài)。當?shù)叵碌刭|(zhì)情況變化，引起抽油機平衡再次發(fā)生變化時，依據(jù)測試情況遙控配重位置，就可以輕松實現(xiàn)抽油機運行的平衡狀態(tài)。

2.4 存在問題

1）裝置性能優(yōu)化。應用在線平衡調(diào)整裝置調(diào)整平衡無需停止抽油機，但是平衡調(diào)整時仍需要人工多次測試與調(diào)試，才能調(diào)試到最佳節(jié)能運行狀態(tài)。如果在裝置內(nèi)部添加自動測試、采集、調(diào)節(jié)系統(tǒng)，定期采集測試結果自動調(diào)整配重位置，無需人工多次測試與調(diào)試，就可以實現(xiàn)抽油機平衡自動在線調(diào)整。所以，可將該技術進一步優(yōu)化，從而提升自動化程度，簡化操作。

2）配重不宜過大。在線平衡調(diào)整裝置采用的是太陽能板與蓄電池的動力系統(tǒng)，提供的動力有限，配重過大會造成動力系統(tǒng)負荷過高，易燒保險。所以，從提高系統(tǒng)安全性能角度出發(fā)，在線平衡調(diào)整裝置上增加了順推功能，配重在下坡時移動，避免發(fā)生安全隱患。

3）六型機存在配重不足?，F(xiàn)場應用的部分六型機平衡塊已經(jīng)調(diào)整到最外側(cè)，因配重輕而無相應型號的配重問題，抽油機處于欠平衡狀態(tài)，安裝在線平衡調(diào)整裝置仍不能全部調(diào)整到平衡狀態(tài)。所以，不能完全依靠在線平衡調(diào)整裝置去改變平衡狀況，該裝置適合對井況變化頻繁的抽油機井，進行平衡狀態(tài)的微調(diào)。

3 最佳功率平衡范圍探討

應用在線平衡調(diào)整裝置調(diào)整平衡簡單、方便，但是調(diào)整到哪個范圍既能達到最佳平衡狀態(tài)，又能達到最佳能耗狀態(tài)，需要進一步的研究探討。相關研究試驗表明，在峰值電流法處于平衡狀態(tài)下的井，應用平均功率法調(diào)整平衡后，依然得到較好的節(jié)能效果，而且依據(jù)平均功率法判別平衡更加精確，可以避免虛假平衡現(xiàn)象的發(fā)生，這主要是其平衡原理的優(yōu)越性決定的[11-13]。對比峰值電流平衡度與平均功率平衡度的影響范圍可以發(fā)現(xiàn)，平均功率平衡度變化幅度大，反映出平均功率平衡度對低滲透油田井況運行變化的反應更為敏感。因此，有必要對判別更加精準、運行更加節(jié)能的平均功率平衡度與能耗關系做進一步分析，探討最佳能耗區(qū)間下的平均功率平衡度范圍。

由于在線平衡調(diào)整裝置受調(diào)整平衡范圍的限制，只能綜合分析測試井能耗與平均功率平衡度的變化趨勢。從A5井有功功率隨平均功率平衡度變化情況可以看出，在平均功率平衡度達到70%以后，有功功率變化放緩（圖2）。從A2井有功功率隨平均功率平衡度變化情況可以看出，在平均功率平衡度達到120%以后，有功功率變化幅度較大（圖3）。由于在線平衡調(diào)整裝置能夠調(diào)整的有功功率區(qū)間在0.4 kW左右（表1），那么在0.2 kW這個范圍內(nèi)，能夠?qū)崿F(xiàn)最佳能耗狀態(tài)較為合理。

從圖2與圖3平均功率平衡度與有功功率關系上可以分析得出，平均功率平衡度在70%～120%范圍內(nèi)，有功功率的變化幅度較小，不足0.2 kW。因此，將平均功率平衡度控制在70%～120%范圍時，抽油機既能保證處于最佳平衡范圍內(nèi)，又能實現(xiàn)最佳能耗狀態(tài)。

圖2 A5井平均功率平衡度與有功功率關系

圖3 A2井平均功率平衡度與有功功率關系

4 結論

1）應用在線平衡調(diào)整裝置，在配重調(diào)整范圍內(nèi)，可調(diào)整電流2 A，功率2 kW，可實現(xiàn)平均日節(jié)電9.8 kWh的節(jié)能效果。

2）在線平衡調(diào)整裝置安裝后，在配重保持在零點位置時，人工調(diào)整平衡塊，將抽油機調(diào)整為平衡狀態(tài)。當?shù)叵碌刭|(zhì)情況變化，引起抽油機平衡再次發(fā)生變化時，依據(jù)測試情況遙控配重位置，就可以輕松實現(xiàn)抽油機運行的平衡狀態(tài)。

3）在線平衡調(diào)整裝置僅適用于已平衡井因地下地質(zhì)條件變化引起的平衡微調(diào)狀況，不能僅靠在線平衡調(diào)整裝置來實現(xiàn)嚴重不平衡井的平衡狀態(tài)。

4）平均功率平衡度相對于峰值電流平衡度反映平衡變化情況更為敏感，更能發(fā)現(xiàn)抽油機運行系統(tǒng)能耗的細微變化，將平均功率平衡度控制在70%～120%范圍時，抽油機既能達到最佳平衡范圍，又能實現(xiàn)最佳能耗狀態(tài)。

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10.3969/j.issn.2095-1493.2017.04.010

2016-12-28

（編輯 王艷）

黃萬龍，工程師，2008年畢業(yè)于大慶石油學院（機械設計制造與自動化專業(yè)），從事機采管理工作，E-mail：huangwanlong@petrochina.com.cn，地址：黑龍江省大慶市大慶油田有限責任公司第八采油廠工程技術大隊機采室，163514。