杨建

[摘 要]目前采油生产现场使用的游梁式抽油机电流法平衡测试方法不够精确，有时可能存在虚假平衡。游梁式抽油机调平衡操作劳动强度大、危险性高，易造成人身伤害，操作时间长，工作效率低。本文通过建立数学模型，设计优化计算机运行程序，把示功图测得的抽油机载荷输入到模块里去，计算机运行计算出一定载荷下抽油机平衡块的重量，现有平衡块基本固定，加工形状相同、长短不一的铸造块，根据计算出的平衡块重量，进行加减操作，达到调平衡的目的。

[关键词]游梁式抽油机；调平衡；数学模型；计算机运行程序；分体式平衡块

中图分类号：TE933.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）19-0028-01

1.问题分析

江苏油田绝大多数抽油机是曲柄平衡方式的游梁式抽油机，这种抽油机在整个工作循环中，载荷是不均匀的。同时在油田采油生产中，由于地层条件、井筒工作状况以及油井工作制度等动态因素变化会破坏抽油机原来的平衡状态。抽油机在不平衡下运行，会缩短电动机的使用寿命，浪费电功率，还会使抽油机发生振动，严重时会造成抽油机倾翻的恶性事故，缩短抽油机的使用寿命。为保证抽油机上、下行程负荷均勻，电动机运行电流平稳，延长设备的使用寿命，抽油机平衡块在曲柄上的位置需要经常调整，这个调整的过程，在工程上称为调平衡。

目前，现场抽油机调平衡的方法是通过测量抽油机上下冲程峰值电流，计算平衡率，判断平衡块移动方向，计算移动距离，通过调整平衡块的位置，来达到电机负荷平衡的目的，确保抽油机设备的平稳运行。即平衡率B=I下/I上*100%=85%～110%，抽油机是平衡的，不用调整，当B<85%时，平衡偏轻，平衡块向远离输出轴的方向调整（外移），当B>110时，平衡偏重，平衡块向输出轴的方向调整（内移）。估算平衡块调整距离：H=|1-B|×100（cm）。

目前现场移动平衡块的方法较为原始，需要3个到4个人操作，先停机将曲柄停到合适的位置后，刹住刹车，卸松固定螺丝，卸下锁块，用撬杠撬着平衡块底部向前移动。如目前兴化采油片区的油井有136口，在油井工作制度变化，以及油井含水结蜡等变化的时候，都需要调节平衡，来改善油井的工作环境，以达到维持正常生产的需要。在调节平衡块的操作中，一般使用机动车辆一台，以及4-5名操作人员，用2个小时以上的时间才能解决问题。

综上所述，无论是调平衡的测量、判断和计算，还是现场移动平衡块，现有的方法有以下缺点：

（1）实际上，电流平衡不能保证抽油机一定平衡，电流不平衡的抽油机也有可能是平衡的。电流法抽油机平衡测试方法在理论和实际操作上有着很大的缺陷，准确度较差，存在虚假平衡问题。利用这种方法对抽油机平衡度进行改善，效果较差，并且出现抽油机能耗增大的情况。

（2）调整距离采用的电流，依靠采油工用钳形电流表取上下冲程中电流峰值，由于电流表自身的影响和人工目测很难读准的数值，从而产生不平衡的井报为平衡的问题和平衡度失真的问题。

（3）部分抽油机平衡轻，四个平衡块已经调到外头，无法达到平衡。

（4）由于平衡块有数吨重，因此撬动起来非常缓慢、劳动强度大、操作危险性大，容易造成人身伤害，损坏抽油机的连杆， 并且操作时间长，经济效益低。

2.设定目标

为了解决以上问题，特研制一种方便快捷、安全可靠的游梁式抽油机平衡块调节的新装置，一是保证抽油机安全运行，二是节能。通过平衡位置计算的信息化，结合平衡块结构的改进，使调平衡工作效率提高，安全系数增强，工作劳动强度降低，最终达到原油产量增加和安全生产的双赢。

具体改进目标：

（1）研制抽油机平衡调节装置，解决采油生产现场节能的现实需要，使抽油机调平衡操作能高效、安全、顺利的完成。

（2）调平衡操作由4人120分钟达到活动后1人60分钟的目标。

3.具体措施

建立一套数学模型，设计优化计算机运行程序，把通过示功图测得的抽油机的载荷输入到模块里去，通过计算机运行计算出一定载荷下的抽油机平衡块的重量，在现有的平衡块基本固定的基础上，加工一些与生产现场平衡块相同的长短不一的铸造铁块，根据计算出的平衡块重量，进行加减平衡块重量，达到调平衡的目的。

3.1 平衡块重量计算

3.1.1建立数学模型

3.1.2连杆受力计算模块

游梁平衡：

解得：

其中：为悬点载荷，N；为前段游梁重量；为后段游梁重量；为驴头重量；为连杆受力；为端点加速度。

3.1.3曲柄受力计算模块。

曲柄平衡：

解得：

其中：

其中：为曲柄重量；为平衡块重量；为平衡块重心到减速器输出轴中心的距离；为曲柄半径。

3.2 设计优化计算机程序运算模块

3.2.1计算游梁和水平方向的夹角

3.2.2连杆受力计算

3.2.3曲柄受力计算

3.2.4受力计算主程序

3.2.5减速箱输出功率计算或读取

3.2.6计算结果保存

4.实施效果

4.1 计算机模拟计算

4.2 实施效果分析

把沉重的平衡块去划分成几个部分，把以往几个人一天给3-4口抽油井调平衡比较幸苦的工作变成少部分人甚至一个人就能轻松解决抽油机调平衡问题。

调平衡装置的研制，节约了抽油机井的电费，保证了抽油机的平稳运转，能让抽油机井长时有效的生产，减少因调平衡带来的开井时率，在调节抽油机平衡的工作中，节约了车辆使用，原来 4-5个人2个小时的工作，现在只需1个人1个小时。

4.3 经济效益分析

加工成本：该套装置加花费工一套需要8000元左右；

经济效益：

（1）平衡调整准确，从而起到了节能的目的。电费节约10度电/井/天×1元/度电×365天×1000井=3650000元

（2）该装置的使用，带来的经济效益最直接反映在原油产量上，缩短了操作时间，提高了采油时率，使油井产量损失降到最低。抽油机调平衡操作人员由4-5人人配合减为单人操作，工时由原2小时降低至1小时，工作效率提高了8-10倍，直接提高了抽油机生产时率，增加了原油产量。

（3）操作可靠、方便、安全。

（4）节约了车辆使用。

（5）对于部分抽油机平衡轻，四个平衡块已经调到外头，无法达到平衡，只有更换抽油机的情况，这种方法避免了这种情况的发生，节约了更换抽油机的大量费用。