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[摘 要]抽油机是原油生产的主要设备，其设备成本和耗电量占油田生产成本的很大比重。而抽油机平衡工作状态尤为重要，一方面可延长抽油机的使用寿命，另一方面可节约大量电能。若抽油机长期处于不平衡工作状态，则易造成抽油机寿命缩短、抽油杆断裂和能耗增加等诸多问题。因此，加强抽油机平衡测试技术和方法的研究，具有很重要的现实意义。
[关键词]抽油机；平衡测试；使用寿命；能耗增加
中图分类号：S243 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）02-0067-02
引言
抽油机在使用的过程中，其工作的效能直接受到抽油机的平衡度影响，如果抽油机的平衡度较好，在使用的过程中就会减少电能的损耗，但由于在实际的工作过程中，抽油机的使用受到多方面因素的影响，无法保持其平衡度，從而增加了电能的损耗。一般情况下，抽油机使用的过程中，常用的平衡方法有电流法、功率法等方法，但是都无法对抽油机的平衡度进行测试，不仅增加了电能的损耗，而且还提高了油田企业成本的投资，因此，需要采取新的测试方法对抽油机的平衡度进行测试，确保抽油机的平衡度，从而减少抽油机使用过程中电能的损耗。
1 抽油机工作原理
当前，油田企业在进行采油活动时离不开的设备之一就是抽油机。抽油机在交流电动机的驱动下，再加上四连杆机构，使抽油杆做上下循环运动，这一动作下把开采地点的原油抽到了管网中。抽油机在运行时，其负荷程度呈周期性变化，如果抽油机在上冲程时，其悬点会上升，同时会把抽油杆和油柱提起，获得大量的电能。当抽油机做下冲程运动时，抽油杆会在自身重量的作用下下降，此时电动机负荷变为轻负荷，减少电能的吸收，同时释放能量。因此，抽油机在工作时，电动机在不同的冲程下，其所承受的负荷是不同的，为了保证电动机上下冲程负荷的均衡，在抽油机内部安装了平衡块，用于平衡负荷和降低电能损失。（抽油机结构如下图1）
2抽油机节能监测指标
根据《GB/T 31453—2015油田生产系统节能监测规范》中抽油机井监测项目与指标要求，抽油机节能监测运行是否节能主要考核三个指标：功率因数，表示交流电源的利用率，定义为有用功率P和视在功率S之比值，即PF=P/S；平衡度，上下冲程电流最大值的比值或者上下冲程功率最大比值；系统效率，即有效功率与输入功率的比值。本文就评价指标第二项，平衡度进行具体探讨，旨在通过平衡度测试点位置的研究，获得精确计算参数，从而进行更好的节能评价。（抽油机井监测项目与指标要求如下图2）
k1为油田储层类型对抽油机井系统效率影响系数；k2为泵挂深度对抽油机井系统效率影响系数；k3为井眼轨迹对抽油机井系统效率影响系数。
3 抽油机平衡度概述
3.1 基本原理
抽油机平衡状态，指电动机在上冲程和下冲程中做相等的正功。抽油机处于下冲程状态下，抽油杆会下落，并把电动机输出能量和抽油杆释放能量，一起存储于平衡系统中。而抽油机处于下冲程状态时，原来储存的能量和电能全部用于抽油机悬点做功。
3.2 抽油机平衡度影响因素
3.2.1 动液面对平衡状况的影响
理论上在理想情况下，当其它地面和地下参数都没有发生改变时，动液面下降，沉没度h会降低，液柱载荷会增加，抽油杆在液体中的重量载荷不变。上冲程的静载荷会增加，下冲程的静载荷不变，因此，电流平衡度会上升。
3.2.2 工作参数改变对平衡状况的影响
对一口平衡状况良好的抽油井，当改变其地面工作参数后，尤其是调大冲程或冲次，其平衡状况会发生改变。现场实例：2016年1月对96155井进行调参，冲次由9次/min下调至6次/min，调前抽油机平稳运行，调后上行电流增大。说明工作参数改变，抽油机平衡状况也发生了改变。
3.2.3 流体含水率对平衡状况的影响
当油水混合物的体积不发生改变，含水率有所增加时，其混合物密度也会变大，这种状态下，抽油杆柱在液体中的重量有所减少，而液柱载荷会变大，因此当上冲程静载荷变化不是定值时，下冲程静载荷减少。（见图3）。由下图3可知，抽油机产液量不变时，其含水率变大，而产油量减少，通过测试电流显示，下行程电流和平衡度都下降。
4 抽油机平衡测试新技术
4.1 制作自动探头测定上下死点
要想使平衡测试仪实现自动测量，首先要解决上下死点自动判定这一问题，这也是本课题的一个难点。通过多次讨论和验证，最终确定用拉线通过齿轮组带动多圈电位器，将驴头位移信号转化为电压信号，并将此电压信号经LM331送入CPU进行判定处理。
4.2 制作平衡测试仪主机
油田企业可以采取MCS-51的单片机存贮上下冲程的功率曲线，并通过功率曲线计算出电动机上下冲程所消耗的电能和上下冲程的比值，并通过比值判断出抽油机的平衡度。如：某采油企业在采油的过程中平均泵深为820米，泵径以38毫米和44毫米为主，含水量为0.85，抽油机的平衡度为80%，在工作的过程中损耗了大量的电能，而通过以上的改进方法，在抽油机平衡度调整之后，油田虽有抽油机的平衡度平均达到了95%，电能的损耗也低于了之前损耗的13%，由此可见，通过较峰值测试法调整抽油机的平衡度是非常可行的。
结语
通过以上分析，抽油机平衡状况影响因素是多方面的，对稠油区块来说，产液量、含水率变化和油稠起摩擦阻力增大是影响抽油机平衡状况发生变化的主要因素。因针对不同的影响因素，采取相应的对策，保证电流测试能反映油井的真实平衡状况，达到节能、安全运行的目的。
参考文献
[1] 韩国栋.游梁式抽油机平衡技术的研究[J].化学工程与装备，2016，（05）：71-74.
[2] 吴晓雯.变频器对抽油机平衡度测试的影响分析[J].石油石化节能，2016，6（07）：4-5+1.
[3] 艾秋顺，马燕，丁国华，杨振华，郭亮，杨利燕.抽油机平衡度测试点的研究[J].石油石化节能，2017，7（04）：8-10+7+78.
[4] 冯国民.抽油机在线调平衡装置现场应用分析[J].石油石化节能，2017，7（07）：36-37+9-10.
[5] 寇秀玲.游梁式抽油机平衡状况影响因素分析[J].新疆石油科技，2017，27（02）：37-39.
[关键词]抽油机；平衡测试；使用寿命；能耗增加
中图分类号：S243 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）02-0067-02
引言
抽油机在使用的过程中，其工作的效能直接受到抽油机的平衡度影响，如果抽油机的平衡度较好，在使用的过程中就会减少电能的损耗，但由于在实际的工作过程中，抽油机的使用受到多方面因素的影响，无法保持其平衡度，從而增加了电能的损耗。一般情况下，抽油机使用的过程中，常用的平衡方法有电流法、功率法等方法，但是都无法对抽油机的平衡度进行测试，不仅增加了电能的损耗，而且还提高了油田企业成本的投资，因此，需要采取新的测试方法对抽油机的平衡度进行测试，确保抽油机的平衡度，从而减少抽油机使用过程中电能的损耗。
1 抽油机工作原理
当前，油田企业在进行采油活动时离不开的设备之一就是抽油机。抽油机在交流电动机的驱动下，再加上四连杆机构，使抽油杆做上下循环运动，这一动作下把开采地点的原油抽到了管网中。抽油机在运行时，其负荷程度呈周期性变化，如果抽油机在上冲程时，其悬点会上升，同时会把抽油杆和油柱提起，获得大量的电能。当抽油机做下冲程运动时，抽油杆会在自身重量的作用下下降，此时电动机负荷变为轻负荷，减少电能的吸收，同时释放能量。因此，抽油机在工作时，电动机在不同的冲程下，其所承受的负荷是不同的，为了保证电动机上下冲程负荷的均衡，在抽油机内部安装了平衡块，用于平衡负荷和降低电能损失。（抽油机结构如下图1）
2抽油机节能监测指标
根据《GB/T 31453—2015油田生产系统节能监测规范》中抽油机井监测项目与指标要求，抽油机节能监测运行是否节能主要考核三个指标：功率因数，表示交流电源的利用率，定义为有用功率P和视在功率S之比值，即PF=P/S；平衡度，上下冲程电流最大值的比值或者上下冲程功率最大比值；系统效率，即有效功率与输入功率的比值。本文就评价指标第二项，平衡度进行具体探讨，旨在通过平衡度测试点位置的研究，获得精确计算参数，从而进行更好的节能评价。（抽油机井监测项目与指标要求如下图2）
k1为油田储层类型对抽油机井系统效率影响系数；k2为泵挂深度对抽油机井系统效率影响系数；k3为井眼轨迹对抽油机井系统效率影响系数。
3 抽油机平衡度概述
3.1 基本原理
抽油机平衡状态，指电动机在上冲程和下冲程中做相等的正功。抽油机处于下冲程状态下，抽油杆会下落，并把电动机输出能量和抽油杆释放能量，一起存储于平衡系统中。而抽油机处于下冲程状态时，原来储存的能量和电能全部用于抽油机悬点做功。
3.2 抽油机平衡度影响因素
3.2.1 动液面对平衡状况的影响
理论上在理想情况下，当其它地面和地下参数都没有发生改变时，动液面下降，沉没度h会降低，液柱载荷会增加，抽油杆在液体中的重量载荷不变。上冲程的静载荷会增加，下冲程的静载荷不变，因此，电流平衡度会上升。
3.2.2 工作参数改变对平衡状况的影响
对一口平衡状况良好的抽油井，当改变其地面工作参数后，尤其是调大冲程或冲次，其平衡状况会发生改变。现场实例：2016年1月对96155井进行调参，冲次由9次/min下调至6次/min，调前抽油机平稳运行，调后上行电流增大。说明工作参数改变，抽油机平衡状况也发生了改变。
3.2.3 流体含水率对平衡状况的影响
当油水混合物的体积不发生改变，含水率有所增加时，其混合物密度也会变大，这种状态下，抽油杆柱在液体中的重量有所减少，而液柱载荷会变大，因此当上冲程静载荷变化不是定值时，下冲程静载荷减少。（见图3）。由下图3可知，抽油机产液量不变时，其含水率变大，而产油量减少，通过测试电流显示，下行程电流和平衡度都下降。
4 抽油机平衡测试新技术
4.1 制作自动探头测定上下死点
要想使平衡测试仪实现自动测量，首先要解决上下死点自动判定这一问题，这也是本课题的一个难点。通过多次讨论和验证，最终确定用拉线通过齿轮组带动多圈电位器，将驴头位移信号转化为电压信号，并将此电压信号经LM331送入CPU进行判定处理。
4.2 制作平衡测试仪主机
油田企业可以采取MCS-51的单片机存贮上下冲程的功率曲线，并通过功率曲线计算出电动机上下冲程所消耗的电能和上下冲程的比值，并通过比值判断出抽油机的平衡度。如：某采油企业在采油的过程中平均泵深为820米，泵径以38毫米和44毫米为主，含水量为0.85，抽油机的平衡度为80%，在工作的过程中损耗了大量的电能，而通过以上的改进方法，在抽油机平衡度调整之后，油田虽有抽油机的平衡度平均达到了95%，电能的损耗也低于了之前损耗的13%，由此可见，通过较峰值测试法调整抽油机的平衡度是非常可行的。
结语
通过以上分析，抽油机平衡状况影响因素是多方面的，对稠油区块来说，产液量、含水率变化和油稠起摩擦阻力增大是影响抽油机平衡状况发生变化的主要因素。因针对不同的影响因素，采取相应的对策，保证电流测试能反映油井的真实平衡状况，达到节能、安全运行的目的。
参考文献
[1] 韩国栋.游梁式抽油机平衡技术的研究[J].化学工程与装备，2016，（05）：71-74.
[2] 吴晓雯.变频器对抽油机平衡度测试的影响分析[J].石油石化节能，2016，6（07）：4-5+1.
[3] 艾秋顺，马燕，丁国华，杨振华，郭亮，杨利燕.抽油机平衡度测试点的研究[J].石油石化节能，2017，7（04）：8-10+7+78.
[4] 冯国民.抽油机在线调平衡装置现场应用分析[J].石油石化节能，2017，7（07）：36-37+9-10.
[5] 寇秀玲.游梁式抽油机平衡状况影响因素分析[J].新疆石油科技，2017，27（02）：37-39.