抽油机井自动平衡改造方法及效果评价

所属分类：电子论文阅读次时间：2021-07-16 10:41

本文摘要：摘要：游梁式抽油机平衡调整长期处于固定平衡且人工调整状态，受井况变化及人工巡检频次影响，长期处于不平衡状态，不仅人工调整费时费力，而且影响抽油机运行效率，长期存在因平衡导致的高能耗问题。太阳能储能自动调平衡式改造方式，在常规游梁式抽油机尾

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　　摘要：游梁式抽油机平衡调整长期处于固定平衡且人工调整状态，受井况变化及人工巡检频次影响，长期处于不平衡状态，不仅人工调整费时费力，而且影响抽油机运行效率，长期存在因平衡导致的高能耗问题。太阳能储能自动调平衡式改造方式，在常规游梁式抽油机尾部挂接一个尾游梁，设计依靠太阳能储能驱动的游标式平衡重，通过平衡配重游标向前或向后移动可以实现抽油机平衡度的自动调整。现场应用表明，改造后平衡方式适应产能范围广、平衡度调节范围大、安全平稳可靠，与抽油机抽汲同步运行平衡效果好，峰值扭矩能下降40.7%，有功功率降低1.087kW，系统效率提高7.9%，有功节电率可达到43.1%，日节电26.1kWh，年节电9391kWh。

　　关键词：抽油机;自动平衡;太阳能;峰值扭矩

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　　游梁式抽油机运行过程中悬点负荷变化是不均匀的，而且悬点运动的加速度和速度变化又加剧这种不均匀性，传统平衡调整方式是调整平衡块在曲柄上的位置，消除无用功，使电动机、减速箱的负荷变化均匀[1]。但目前游梁、曲柄平衡包括下偏杠铃平衡均属于静态平衡，平衡块杠铃位置固定不动，导致其力臂变化有限，平衡节能效果不足[2-3]。通过自动平衡设计，实现抽油机运行过程中平衡重力臂自动调节，动态平衡，使节能效果显著增强。

　　1技术原理

　　太阳能储能自动平衡抽油机，采用在尾游梁上安装游标式配重块，配重游标依靠太阳能运行，太阳能电池板给蓄电池充电，蓄电池带动直流电动机驱动配重游标自动前后移动调节配重力臂，从而在不停机的情况下自动调整抽油机平衡度，使抽油机平衡度始终保持在较高水平[4-5]。

　　2结构设计

　　太阳能储能自动平衡尾游梁装置由尾游梁和地面控制系统组成。其中尾游梁可采取悬挂的方式固定在抽油机游梁尾部，负责实现自动平衡功能的太阳能游标均安装在尾游梁上。

　　1)尾游梁。尾游梁由尾游梁主体和游标组成，游标套接在尾游梁主体的梁体上[9-10]。尾游梁尾部设置配重块，用于调节超出游标运行范围以外所需的平衡块重量及力矩。游标式尾游梁采取挂接方式安装在游梁尾部，不用敷设任何电线电缆和传感器。

　　2)太阳能游标。游标控制箱及蓄电池组采用两侧模块化安装。太阳能游标两侧设置太阳能电池板。蓄电池采用2块12V、50Ah串联组成，电压为24V直流电源。电动机为24V、120W低速大扭矩无刷直流电动机。游标两端分别安装限位开关，游标触发限位开关后停止动作，实现可靠的限位保护功能。

　　3)控制系统。地面控制系统采取无线通信方式发出的控制信号，控制游标配重的移动。

　　3尾游梁受力分析

　　为保证改造尾游梁受力均匀以及改造部位强度，对尾游梁进行强度校核计算。在额定扭矩及电动机自身重力作用下，在尾游梁自身重力以及游标平衡重作用下，最大应力发生在尾游梁根部(与游梁连接处)，最大应力为113.7MPa，按照屈服强度830计算，安全系数7.29(830/113.7)，变形量极小，满足强度要求，改造后也不会改变常规游梁使用强度。

　　4应用情况及效果

　　现场可采取两种方式进行改进平衡效果达到节能目的：一是采取游标行程与抽油机井冲程同步的方式进行平衡;二是采取游标定位置的平衡方式，即游标依据抽油机井的平衡状态采取固定任意位置的方式进行节能平衡。为验证抽油机井自动平衡改造的平衡效果，试验时分别测试游标固定位置平衡以及与冲程同步行程方式两种状态下的能耗和载荷情况。游标平衡重固定时测量，游标位于尾游梁低端、中部及低端，分别比改造前节电33.37%、34.13%和33.95%，系统效率分别可提高6.9、7.4、7.3个百分点，1#井游标固定不同位置平衡效果对比。

　　对应抽油机每个冲程运行，通过太阳能储能单元控制游标配重运行。游标运行的不同行程下，最大有功节电率可达到43.1%，1#井游标动态平衡状态下平衡效果见表2。通过电流监测可见，峰值电流由最高11.2A下降到6.9A，折算扭矩峰值比常规曲柄平衡下降40.7%，极大改善平衡效果，2#井太阳能储能型自动平衡改造效果曲线。按游标行程0.5m运行计算，平均有功降低1.087kW，日节电26.1kWh，年节电9391kWh。

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　　5结论

　　1)抽油机太阳能储能自动平衡尾游梁改造，依靠太阳能控制配重游标，可实现抽油机在每个冲程内的动态平衡调整，能够极大改善无法满足平衡条件的老旧抽油机的运行需求。改造成本低，运行可靠，可作为今后油田开展碳中和节能的有效方式之一。

　　2)抽油机太阳能储能自动平衡尾游梁改造的游标有效行程长，调节平衡度范围大。现场应用表明，能有效改善抽油机井的平衡运行状况，有效降低峰值扭矩，折算扭矩峰值比常规曲柄平衡能下降40.7%。

　　3)在改善抽油机平衡效果的同时，该技术起到了较好的节能降耗效果。游标运行的不同行程下，最大有功节电率可达到43.1%。测试表明，平均有功功率降低1.087kW，系统效率提高7.9%，日节电26.1kWh，单井年节电9391kWh。

　　参考文献：

　　[1]王伟，檀朝东，王辛涵，等.抽油机井平衡设计及调整技术综述[J].中国石油与化工，2011(2)：59-61.

　　[2]张红梅，袁文熙，姜小兵.浅析常规游梁式抽油机节能途径[J].中国石油和化工标准与质量，2011(8)：19-24.

　　[3]薛礼.抽油机自动平衡改造技术在北部过渡带应用效果分析[J].华东科技，2013(6)：287.

　　[4]曾亚勤，王林平，刘一山，等.QSY型抽油机智能平衡调整装置的设计[J].石油天然气学报，2012，34(7)：153-156.

　　[5]张波.种储能自平衡机构在抽油机上的应用[J].石油石化节能，2017(8)：19-21.

　　[6]赵明明.油机井太阳能自平衡改造方法研究及试验[J].石油石化节能，2016(5)：4-5.