游梁式抽油機平衡度最小功率法自動調節裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種游梁式抽油機平衡度最小功率法自動調節裝置及方法。
【背景技術】
[0002]據有關資料統計，國內大約有10萬口抽油機井，按其舉升方式分類主要有:電潛栗采油、螺桿栗采油、水力栗采油、抽油機采油。其中抽油機采油(約占總油井的86%)是目前的主要舉升方式，而游梁式抽油機約占抽油機采油的70%，也就是說大約有60000 口抽油機井采用的是游梁式抽油機。測試結果說明，這些游梁式抽油機井的耗電功率平均約為8.25kW，每年耗電約42.77億kff.h。
[0003]研究資料顯示，抽油機從不平衡狀態調節到平衡狀態可節約0.3kff-1.5kW，平均每口不平衡的油井調整到平衡狀態節約量按0.9kW計算，每年每口不平衡狀態的油井調節到平衡狀態運行后可節約7760kW.ho目前在運行的游梁式抽油機井約有50%平衡度不合格，也就是大約有30000 口油井處于不平衡狀態，這些井調節到平衡狀態運行后每年可節約2.3億kW.ho因此，抽油機調平衡節電潛力較大，各油田都把抽油機調平衡作為一項節能措施加強監督和管理。
[0004]抽油機不平衡可能會帶來以下危害:
[0005]1.縮短抽油機使用壽命
[0006]由于載荷極不均勻，在曲柄旋轉一周中載荷忽大忽小，減速箱齒受到沖擊，嚴重時抽油機發生劇烈震動，縮短抽油機的使用壽命。
[0007]2.抽油桿抽油栗的使用周期變短
[0008]設備的不平衡，會破壞曲柄旋轉速度的均勻性，從而使驢頭上下擺動也不均勻，影響抽油機和抽油栗的正常工作，抽油桿的斷脫的幾率增大。
[0009]3.增加易損件的消耗量
[0010]抽油機在不平衡狀態下運行，傳動皮帶和吊繩受力波動幅度加大，甚至出現皮帶打滑現象，造成傳動皮帶和吊繩疲勞損壞加快，使得傳動皮帶和吊繩的消耗量增加。
[0011]4.抽油機系統效率降低
[0012]受負荷不平衡的影響.載荷差異越大，電流波動幅度也就越大，電機效率降低，浪費電能，抽油機系統效率下降，同時電機的溫度升高，甚至燒毀電機。
[0013]5.配置電機的額定功率增大
[0014]抽油機越不平衡，需要的起動轉矩越大，也就需要配備額定功率更大的電機，否則有可能電機堵轉而使得抽油機無法正常啟動。為了滿足電機的啟動，配備的額定功率比實際運行功率大很多倍，約5倍左右。
[0015]6.燒壞電機的幾率增大
[0016]當供電線路突然停電時，如果抽油機不平衡，平衡塊就會帶動電機加速旋轉，此時電機處于發電狀態，抽油機越不平衡，平衡塊拖動電機的轉速越高，電機的發電電壓也就越高，常常超過額定電壓380V，甚至超過1800V以上，如此高的發電電壓很容易絕緣擊穿電機的線圈，瞬間燒壞電機。
[0017]7.污染供電網絡
[0018]抽油機在平衡狀態下運行時，發電功率很小，幾乎為零，但隨著平衡度的變差，發電功率逐漸增大，抽油機一個沖程內的平均發電功率一般為0.3kff—1.5kW，有時的瞬時發電功率達到20kW以上，如果多臺抽油機發電瞬時功率出現同步，必然對供電網絡造成沖擊，同時也增加諧波污染。
[0019]石油行業標準《油田生產系統能耗測試和計算方法》SY/T5264-2012中規定了抽油機平衡度測試和計算的二種方法:
[0020]1.電流法:
[0021]分別測試抽油機上沖程、下沖程對應的最大電流1±和Ιτ，然后用下沖最大電流Iτ除以上沖最大電流得出的值來評價抽油機平衡度的優劣。《機械采油系統經濟運行規范》SY/T6374-2008規定了平衡度的合格值:80%<平衡度< 110%。
[0022]電流法的優點:測試設備鉗形電流表很便宜(約200元)，現場測試很簡單，用鉗形電流表套在絕緣電線外側，然后從鉗形電流表屏幕上即可讀取抽油機上、下沖程對應的最大電流。整個測試過程不與裸露金屬接觸處，安全性很高，可以普及到小隊采油工人都可以測試。
[0023]2.功率法:
[0024]分別測試抽油機上沖程、下沖程對應的功率？±和Ρτ，用下沖功率Ρτ與上沖功率Ρ±的比值來評價抽油機平衡度的優劣。這種方法就叫做功率法。
[0025]功率法的優點:它可以避免電流法的“虛假平衡”現象，使得平衡度的測試平價更加準確，用此方法指導采油工人調平衡，節電效果更好。有研究資料說明，在電流法抽油機平衡度合格的情況下，用平均功率法測試評價，并對抽油機平衡度進行調整，可實現節電5%以上。
[0026]抽油機平衡度測試評價調整存在的主要問題如下:
[0027]1.抽油機人工調平衡費時費力
[0028]目前抽油機調平衡主要是人工調整，如圖1。人工調平衡需要吊車和3人?4人的配合才能完成。首先把抽油機停止運行，曲柄軸盡可能停在水平位置，然后用吊車輔助吊起平衡塊1 (每個平衡塊重約2噸)，用扳手松開平衡塊的緊固螺絲2，再用撬杠移動平衡塊1 (既移動平衡塊的重心)，平衡塊的移動方向取決于平衡度的值，如果平衡度的值是過平衡，把平衡塊1向靠近曲柄軸4的方向移動，如果是欠平衡把平衡塊向遠離曲柄軸4的方向移動。平衡塊移動完畢，上緊緊固螺絲2。每調試一口油井約需要2小時以上，操作時間很長，工人勞動強度很大。且降低油井開井時率，進而減少原油產量。
[0029]2.人工調整抽油機的平衡度很難調整到標準要求的最佳值
[0030]由于平衡塊很重，調整移動困難，在移動過程中很難精確掌握移動的距離，稍有不慎就有可能使移動距離過量或者移動距離不夠，很難調整到標準規定的最佳值0.8。
[0031]3.抽油機平衡度隨工況的變化而動態變化
[0032]影響抽油機平衡度變化的主要因素是，動液面高度、漏失、回壓、套壓等，這些參數在數小時內大多數變化不大，但超過數天后，受注水壓力、注水量的影響，動液面高度就會增大或者減小；受環境溫度和計量間外輸栗的影響，回壓也會增大或者減小；受井下原油氣體析出的變化，套壓也隨之增大或者減小；隨著使用時間的推移，抽油栗漏失，也時常發生。當動液面增大，回壓上升，套壓下降時，抽油機的平衡度可能從平衡狀態過渡到欠平衡狀態，反之，抽油機的平衡度可能從平衡狀態過渡到過平衡狀態。當抽油栗出現漏失時，抽油機的平衡度可能從平衡狀態過渡到過平衡狀態。因此，抽油機平衡度不是一個常數，是一個動態變化的值。
[0033]4.電流法測試評價抽油機平衡度存在“虛假”平衡
[0034]電流法的缺點:當抽油機處于嚴重的過平衡或者欠平衡時，電流法測試計算出平衡度的值可能是合格的(80% —110%)。主要原因是:鉗形電流表測出的電流，只能是反應電流的大小，不能判斷電流與電壓的相位，當抽油機處于嚴重的過平衡或者欠平衡時，鉗形電流表測試出的上沖最大電流或者下沖最大電流有可能是發電電流，此時用上下沖程最大電流作比值，結果處于平衡狀態(80% —110% )，而實際上處于嚴重的過平衡或者欠平衡。也就是出現“虛假平衡”現象。
[0035]5.功率法僅僅適用于專業測試人員
[0036]功率法測試抽油機的平衡度對于專業測試人員來說較容易，但專業測試機構受測試人員的限制，一般只是抽測一部分做分析評價。要提高抽油機平衡度的合格率，實現節能必須依靠采油工人對抽油機平衡度進行常測常調。采油工人用功率法測試抽油機平衡度存在三個問題:
[0037]—是存在安全隱患:功率法測試抽油機的平衡度，需要專用功率測試儀，同時要采集電壓和電流，電流用儀器佩戴的電流互感器套在絕緣線上，很容易也很安全可以采集到；電壓參數的采集，需要儀器佩戴的電壓夾子夾在電機三相電源輸入端的金屬裸露接線柱上，屬于帶電作業，存在著安全隱患。
[0038]二是設備價格高:抽油機的功率測試儀價格，國產約2萬元，進口約6萬元，該價格是鉗形電流表價格的100倍以上。如果大面積的配備功率測試儀，會增大檢測成本。
[0039]三是測試數據的重復性變差:電壓電流是靠儀器自動采集記錄，但是上下死點是靠測試人員觀察抽油機驢頭的位置判斷并發出指令，根據發出的指令分別測試上沖程和下沖程的功率。靠觀察判斷上下死點位置，很難做到每次的位置都在同一點上，因此，可能會出現第一次和第二次測試的的功率不同，既測試的重復性差。如果不同的測試人員測試的結果，重復性可能變的更差。
[0040]鑒于功率法存在的問題，該方法只適應于專業測試人員，不適應采油工人。
[0041]6.二種功率法測試