抽油机井故障诊断及处理方法
杜雨
[摘 要]游梁式抽油机的平衡能有效降低日常运行的能耗，提升使用寿命。本文主要是从平衡机理出发，分析不同的平衡判别方法，并对三种方法之间进行对比探讨，寻求高效的判别方法，保证抽油机高效运行。
[关键词]抽油机 平衡 电流平衡
中图分类号：X815 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）15-0021-01
我国陆上油田游梁式抽油机井总数超过20万口，占机械采油井总数的92%，系统效率普遍在20%～30%之间，能耗普遍占整个油田能耗的三分之一，有的甚至更高。由此可见，做好游梁式抽油机的平衡工作，既可以降低系统能耗，又能够延长抽油机设备的使用寿命，间接提高油气井产量。游梁式抽油机平衡判别与调整是抽油机井生产管理的一项重要内容。游梁式抽油通过合理平衡能够降低能耗，减轻系统冲击，延长电动机、减速器及皮带等设备的使用寿命。
1、游梁式抽油机的平衡机理
游梁式抽油机的载荷属于周期性的交变载荷，电动机在整个冲程中所承受的载荷波动幅度很大，而悬点运动速度的变化又加剧了载荷的波动幅度，载荷波动影响了电动机、减速器及四连杆机构的使用寿命，也使抽油杆的工作条件恶化，杆柱断脱次数增加。为了降低抽油机载荷的波动幅度，提高整个系统的运行状况，必须对游梁式抽油机进行合理平衡。抽油机悬点载荷的变化直接影响抽油机的平衡状况，而影响悬点载荷的因素较多，例如井下抽油泵往复磨损，泵漏失增加；油管磨损和腐蚀产生漏失和偏磨；油井供液能力变化；采出液密度、黏度的变化等。以上因素均会引起抽油机载荷的变化，影响抽油机的平衡状况。因此，在油田生产管理中一般会对抽油机的平衡状况进行定期测试，并及时调整。正常运行的抽油机每月要进行1次平衡率测试，特殊井则要加密测试，以保证抽油机安全可靠运行。
2、抽油机平衡判别方法
判断抽油机是否处于理想平衡状况的依据就是抽油机的平衡判据，也称平衡准则。目前常用的平衡准则有以下3种。
2.1 准则一
抽油机电机上冲程与下冲程对外做功相等根据抽油机电机上、下冲程对外做功相等准则，求出下冲程时平衡装置所储存的能量或上冲程时抽油杆下行所释放的能量大小。上冲程过程中，电机所做的功加上平衡装置释放的能量等于上冲程举升抽油杆和油杆柱所做的功；下冲程过程中，平衡装置存储的能量应等于电机所做的功与抽油杆柱下落所做的功之和；根据平衡准则，电机上冲程做的功等于下冲程做的功，由现场实测示功图围成的面积进行计算，以电能法为代表。
2.2 准则二
悬点上冲程与下冲程中减速器曲柄轴峰值扭矩相等目前，该方法在国内各油田都有广泛应用。由于减速器曲柄轴扭矩与电机的输入电流和功率成正比，且变化规律基本相同，实际中减速器曲柄轴扭矩难以测量，故常用电参测试替代扭矩测试，代表方法有电流法、功率法和扭矩法。
电流法。即保证抽油机上冲程与下冲程过程中电机的峰值电流相等。在油田实际生产管理中，无法保证电流峰值完全相等，所以一般规定电流平衡率在85%～100%之间。功率法。与电流法的平衡原理相同，只是功率平衡率在80%～100%之间即认为抽油机处于平衡状态，功率平衡率一般不大于100%。扭矩法。在悬点上冲程与下冲程过程中曲柄轴峰值扭矩相等。根据实测的悬点示功图及抽油機结构尺寸计算曲柄轴扭矩曲线，当下冲程峰值扭矩与上冲程峰值扭矩的比值在80%～100%之间时，认为抽油机处于平衡状态。
2.3 准则三
周期内减速器曲柄轴的均方根扭矩最小由于曲柄轴扭矩现场实际测试比较困难，所以一般采用悬点示功图和抽油机结构尺寸计算曲柄轴扭矩曲线，并进行抽油机的平衡调整计算。该方法的前提是已知抽油机结构尺寸与平衡装置质量，而目前我国抽油机生产厂家众多，结构尺寸及相关参数各有差异，进而使该方法的应用和推广受到一定限制。
目前，尚无统一标准来评判这3种平衡准则的好坏，但研究发现，曲柄轴的均方根扭矩影响电机的功率消耗，曲柄轴的峰值扭矩和负扭矩影响减速器的使用寿命，因此需要综合考虑曲柄轴峰值扭矩、负扭矩和均方根扭矩来评价游梁式抽油机的平衡效果。一般按准则二调整平衡时曲柄轴峰值扭矩最小，但负扭矩值最大；按准则三调整平衡时曲柄轴峰值扭矩最大，但负扭矩值最小；准则一介于这两者之间。根据以上分析，从降低抽油机减速器曲柄轴扭矩峰值角度考虑，准则二合理；从降低抽油机能耗角度考虑，准则三更合理。考虑到抽油机设计计算时，减速器曲柄轴最大许用扭矩的安全系数为10，且准则二降低抽油机减速器曲柄轴扭矩程度不大，基于此，在不超过抽油机曲柄轴额定扭矩的前提下采用准则三更为合理。
3、抽油机平衡判别标准存在的问题
3.1 电流法平衡标准
目前该标准中的电流平衡法在各油田广泛使用，但在使用中存在以下不足：
虽然应用准则二能够降低抽油机减速器峰值扭矩，但使负扭矩增大，抽油机有发电现象，抽油机系统振动增加，且不能保证抽油机能耗最小；测试平衡时人为通过电流表检测电流平衡状况，误差大；由于电流值不存在正负，易出现虚假平衡现象，使抽油机运行状况变差，能耗浪费；平衡测试结束后，平衡块的调整量凭经验判断，往往不能保证一次性准确调整抽油机平衡至最佳位置。虽然电流法平衡标准存在一些不足，但其测试时间短，操作简单，利于生产管理，仍然得到广泛应用。
3.2 功率法平衡标准
抽油机的平衡状态是指抽油机减速器扭矩最小的状态，也就是减速器扭矩均方根最小的状态，或者上、下冲程中减速器扭矩峰值相等的状态。但在平衡判别中提出功率平衡度小于0.5时，可判定抽油机不平衡，需进行平衡调整。虽然该标准提出了抽油机平衡状态的定义，但对于平衡判别认为功率平衡度合理区间为0.5～1.0，缺乏理论依据，且规定的判别范围太大，不易准确判断抽油机平衡，不利于生产中规模化应用，所以该标准一直未得到广泛应用。
本文对现有抽油机平衡标准中存在的不足进行了讨论，提出将均方根扭矩最小平衡准则作为抽油机平衡判别方法，既能保证抽油机安全运行，又能保证能耗最小。考虑到扭矩测试难以实现，可以用电机功率推算扭矩进行平衡判定。在游梁式抽油机合理平衡方法的基础上，建议研发专用的平衡测试装置，这样不仅有利于油井的生产管理，也利于技术的规模化应用，对于油田高效、绿色发展具有现实意义。
参考文献
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