论文部分内容阅读
摘 要：抽油机的平衡是抽油机设计和使用中的一个及其重要的问题。按照抽油机的结构组成，抽油机可以分成换向系统、平衡系统、支承系统和传动系统四大部分，由于支承系统、传动系统与换向系统往往是密切相关的，因此，平衡系统和换向系统就成为抽油机的两大主要组成部分，平衡系统的性能，平衡效果的优劣，直接影响抽油机的节能、寿命和应用方便程度。由于采油成本的提高，采油井深度的增加，人们对降低能耗，提高采油效率和降低抽油机连杆中的拉力，改善曲柄销的工作状况，提高抽油机整机的可靠性有了更为迫切的要求。
关键词：抽油机；平衡技术；优化调整；对策
中图分类号：TE933
1 抽油机平衡机理
抽油机运转不平衡，原因是上、下冲程中悬点载荷的变化，造成电动机在上、下冲程中所作的功不相等。工作时，理论平衡状态的抽油机是没有的，因为生产过程中油层情况、油井情况及油井工作制度的改变都会破坏抽油机原来的平衡。因而在油井生产过程中要定期检查和及时调整抽油机的平衡，通常采油的检查方法有两种：一是测量驴头上、下冲程的时间，二是测量上、下冲程中的电流。抽油机在平衡条件下工作时，上、下冲程的电流峰值应该相近。即：I上/I下=100%。如果上冲程的电流峰值大于下冲程的电流峰值，说明平衡不够，则应增加平衡块重量或增大平衡半径R（平衡块远离曲柄轴中心）；反之，则应减小平衡块重量或平衡半径R（平衡块靠近曲柄轴中心）。
2 改变曲柄平衡结构
该类平衡技术是靠改变曲柄上平衡的结构或增加曲柄上的平衡装置了实现二次平衡，达到减少减速箱上扭矩目的的。该类平衡技术主要有如下方式：
a、 副平衡块平衡法
该方法是在曲柄平衡块的直线端面上加装一副平衡块，通过改变副平衡块的位置，达到二次平衡的效果。该平衡方法结构简单，可以改变平衡系统的偏置角，部分的降低曲柄上的扭矩，减少负扭矩，但由于副平衡块的重量有限，调节的效果有限。同时，由于在曲柄平衡块上增加了调节装置，结构较为复杂，降低了系统的可靠性。同时，不能降低曲柄销上的受力。
b、 改变曲柄平衡结构
改变抽油机的平衡结构，如将曲柄重块平衡，改为游梁重块平衡。将曲柄重块平衡，改为游梁气动平衡等等。游梁式抽油机的游梁平衡技术，是原来小型抽油机普遍采用的平衡技术，平衡重靠近悬点，连杆受力减小，曲柄销受力变优，有利于提高整机的可靠性。在大型抽油机上采用，由于所加平衡的平衡重增加，平衡调节困难，游梁尾部的重量过大，使整机的重心提高，稳定性和可观赏性下降等因素，逐渐被放弃使用。目前，在大型抽油机中，一般只在游梁的尾部藏装一固定的平衡重块，克服驴头的结构不平衡重，满足抽油机调参等作业的需求。气平衡技术是一种较为成熟的游梁平衡技术，但使用过程中当时实验条件、设计水平、制造水平、密封件质量等因素的限制，密封、失载、驴头让位等问题没能很好的解决即在油田大面积的应用，接连发生数次因驴头失载而造成的重大事故。同时，密封问题、油田环境因素的影响等问题，使得气平衡裝置必能保证足够的压力，使得平衡效果变差，在大型抽油机中，气平衡抽油机应该是一种较为理想的机型。
3 改变游梁结构
a、 在游梁上安装可移动的平衡系统
采用安装在游梁上的可活动的平衡系统，该平衡方式采用了靠近悬点的平衡结构，减少了连杆的受力，改善的曲柄销的工作状况，增加了曲柄销的可靠性，有利于提高整机的寿命和可靠性。但是，由于增长了运动链，同时也是机构的可靠性有所下降。另外，如果只采用游梁平衡的方案，连杆将承受交变载荷，所需平衡重量将大幅度的增加，不利用整机优化。
b、 在游梁上增加固定半可调平衡系统
按照抽油机多变量优化设计的模型，抽油机的平衡系统包括曲柄平衡系统和游梁平衡系统两部分，游梁平衡部分，通常称为二次平衡部分。该技术是在游梁尾部的合适位置，装配是个可调重量重块，达到游梁复合平衡的目的。由于没有增加任何活动构件，故该种平衡的抽油机和常规抽油机有着相同的可靠性和运动特性。由于平衡靠近井口，且部分按照示功图的要求设计，可以较好的提高平衡效果，改善连杆和曲柄销的受力，提高其可靠性和寿命。按照上面所述的设计理论和方法，对于新设计的抽油机，我们可以按照整体最优的原则，合理的分配曲柄平衡重和游梁平衡重，达到即改善抽油机的平衡效果，降低曲柄销上承受的载荷，提高整机的节能性和可靠性，又不过大增加重量，提高整机重心的目的，实现综合意义上的优化，即所谓设计采用复合平衡技术的抽油机。
对于现场使用的抽油机，特别是在较深井上工作的大负荷的抽油机，只靠原抽油机所配的曲柄平衡重量，难以使抽油机实现良好的平衡，可以通过优化，选择合理的游梁平衡重量和方位，在游梁上安装适当的平衡重量，达到即改变平衡不足，又改变曲柄销的工作状况，降低减速箱上的峰值扭矩，节能降耗，提高整机效益和抽油机井系统效益的目的。
4 抽油机平衡的标准
按照目前的研究，评定抽油机是否平衡，一般遵守如下标准：即：准则1：上冲程内电机作功与下冲程内电机作功相等；准则2：上冲程内曲柄轴净扭矩最大值与下冲程内净扭矩最大值相等；准则3：曲柄轴净扭矩在一转中的均方根值最小。当采用不同准则进行抽油机平衡时，计算的抽油机的能耗结果存在一定程度上的差别。由于准则1和准则3在油田现场难以进行评定，因此，准则2就成为普遍被油田采用的平衡判定标准。有理论工作者分析也表明，按照现场通用的准则2，也可以取得较好的节能效果。
5 结 论
（1）对抽油机进行调平衡工作可使抽油机井运行平稳，降低运行电流，延长机组的使用寿命，在举升高度及产液量不变的情况下，提高平衡度可使系统效率随之提高，从而降低抽油机井电能消耗，是一种节能降耗措施。（2）抽油机采用平衡技术后，降低的减速箱上的峰值扭矩，对在用抽油机可以改善减速器的受力状况，提高了减速器的可靠性。（3）抽油机游梁复合平衡改造在游梁后部焊接平衡重，改造费用低，节能效果好。
参考文献：
[1]叶利平等.抽油机采油技术[M].北京：石油工业出版社，2004：3-5.
[2]陈永明；抽油机平衡度与能耗的关系[J]；油气田地面工程；2009年09期
关键词：抽油机；平衡技术；优化调整；对策
中图分类号：TE933
1 抽油机平衡机理
抽油机运转不平衡，原因是上、下冲程中悬点载荷的变化，造成电动机在上、下冲程中所作的功不相等。工作时，理论平衡状态的抽油机是没有的，因为生产过程中油层情况、油井情况及油井工作制度的改变都会破坏抽油机原来的平衡。因而在油井生产过程中要定期检查和及时调整抽油机的平衡，通常采油的检查方法有两种：一是测量驴头上、下冲程的时间，二是测量上、下冲程中的电流。抽油机在平衡条件下工作时，上、下冲程的电流峰值应该相近。即：I上/I下=100%。如果上冲程的电流峰值大于下冲程的电流峰值，说明平衡不够，则应增加平衡块重量或增大平衡半径R（平衡块远离曲柄轴中心）；反之，则应减小平衡块重量或平衡半径R（平衡块靠近曲柄轴中心）。
2 改变曲柄平衡结构
该类平衡技术是靠改变曲柄上平衡的结构或增加曲柄上的平衡装置了实现二次平衡，达到减少减速箱上扭矩目的的。该类平衡技术主要有如下方式：
a、 副平衡块平衡法
该方法是在曲柄平衡块的直线端面上加装一副平衡块，通过改变副平衡块的位置，达到二次平衡的效果。该平衡方法结构简单，可以改变平衡系统的偏置角，部分的降低曲柄上的扭矩，减少负扭矩，但由于副平衡块的重量有限，调节的效果有限。同时，由于在曲柄平衡块上增加了调节装置，结构较为复杂，降低了系统的可靠性。同时，不能降低曲柄销上的受力。
b、 改变曲柄平衡结构
改变抽油机的平衡结构，如将曲柄重块平衡，改为游梁重块平衡。将曲柄重块平衡，改为游梁气动平衡等等。游梁式抽油机的游梁平衡技术，是原来小型抽油机普遍采用的平衡技术，平衡重靠近悬点，连杆受力减小，曲柄销受力变优，有利于提高整机的可靠性。在大型抽油机上采用，由于所加平衡的平衡重增加，平衡调节困难，游梁尾部的重量过大，使整机的重心提高，稳定性和可观赏性下降等因素，逐渐被放弃使用。目前，在大型抽油机中，一般只在游梁的尾部藏装一固定的平衡重块，克服驴头的结构不平衡重，满足抽油机调参等作业的需求。气平衡技术是一种较为成熟的游梁平衡技术，但使用过程中当时实验条件、设计水平、制造水平、密封件质量等因素的限制，密封、失载、驴头让位等问题没能很好的解决即在油田大面积的应用，接连发生数次因驴头失载而造成的重大事故。同时，密封问题、油田环境因素的影响等问题，使得气平衡裝置必能保证足够的压力，使得平衡效果变差，在大型抽油机中，气平衡抽油机应该是一种较为理想的机型。
3 改变游梁结构
a、 在游梁上安装可移动的平衡系统
采用安装在游梁上的可活动的平衡系统，该平衡方式采用了靠近悬点的平衡结构，减少了连杆的受力，改善的曲柄销的工作状况，增加了曲柄销的可靠性，有利于提高整机的寿命和可靠性。但是，由于增长了运动链，同时也是机构的可靠性有所下降。另外，如果只采用游梁平衡的方案，连杆将承受交变载荷，所需平衡重量将大幅度的增加，不利用整机优化。
b、 在游梁上增加固定半可调平衡系统
按照抽油机多变量优化设计的模型，抽油机的平衡系统包括曲柄平衡系统和游梁平衡系统两部分，游梁平衡部分，通常称为二次平衡部分。该技术是在游梁尾部的合适位置，装配是个可调重量重块，达到游梁复合平衡的目的。由于没有增加任何活动构件，故该种平衡的抽油机和常规抽油机有着相同的可靠性和运动特性。由于平衡靠近井口，且部分按照示功图的要求设计，可以较好的提高平衡效果，改善连杆和曲柄销的受力，提高其可靠性和寿命。按照上面所述的设计理论和方法，对于新设计的抽油机，我们可以按照整体最优的原则，合理的分配曲柄平衡重和游梁平衡重，达到即改善抽油机的平衡效果，降低曲柄销上承受的载荷，提高整机的节能性和可靠性，又不过大增加重量，提高整机重心的目的，实现综合意义上的优化，即所谓设计采用复合平衡技术的抽油机。
对于现场使用的抽油机，特别是在较深井上工作的大负荷的抽油机，只靠原抽油机所配的曲柄平衡重量，难以使抽油机实现良好的平衡，可以通过优化，选择合理的游梁平衡重量和方位，在游梁上安装适当的平衡重量，达到即改变平衡不足，又改变曲柄销的工作状况，降低减速箱上的峰值扭矩，节能降耗，提高整机效益和抽油机井系统效益的目的。
4 抽油机平衡的标准
按照目前的研究，评定抽油机是否平衡，一般遵守如下标准：即：准则1：上冲程内电机作功与下冲程内电机作功相等；准则2：上冲程内曲柄轴净扭矩最大值与下冲程内净扭矩最大值相等；准则3：曲柄轴净扭矩在一转中的均方根值最小。当采用不同准则进行抽油机平衡时，计算的抽油机的能耗结果存在一定程度上的差别。由于准则1和准则3在油田现场难以进行评定，因此，准则2就成为普遍被油田采用的平衡判定标准。有理论工作者分析也表明，按照现场通用的准则2，也可以取得较好的节能效果。
5 结 论
（1）对抽油机进行调平衡工作可使抽油机井运行平稳，降低运行电流，延长机组的使用寿命，在举升高度及产液量不变的情况下，提高平衡度可使系统效率随之提高，从而降低抽油机井电能消耗，是一种节能降耗措施。（2）抽油机采用平衡技术后，降低的减速箱上的峰值扭矩，对在用抽油机可以改善减速器的受力状况，提高了减速器的可靠性。（3）抽油机游梁复合平衡改造在游梁后部焊接平衡重，改造费用低，节能效果好。
参考文献：
[1]叶利平等.抽油机采油技术[M].北京：石油工业出版社，2004：3-5.
[2]陈永明；抽油机平衡度与能耗的关系[J]；油气田地面工程；2009年09期