引言油田采用90%以上的抽油机属于常规游梁式抽油机。由于常规游梁式抽油机效果差、能耗高，已不能适应油田发展的要求，因此对这些常规抽油机进行节能改造是目前迫切需要解决的问题。油田针对型号分别为CYJY12-5-73HF、CYJY10-3-53HB、CYJ8-3-37HF等抽油机进行了效率分析，提出合理的改进方案，以确保保持常规抽油机的优点的同时，又能体现出节能降耗的特点，最大限度地降低采油成本。1抽油机不平衡原因分析抽油机是油田的主要设备，抽油机在生产中的作用是将地下的油水混合物抽至地面。若抽油机不平衡，可直接导致能耗增加10%～20%，因此，抽油机调平衡是节能降耗、延长设备使用寿命的一项重要的技术措施。2020年起，江苏油田针对抽油机不平衡原因进行分析，找出了造成不平衡的主要原因，提出了整改建议方案，并对方案的可行性进行了研究。抽油机运转不平衡的主要原因在于上、下冲程中悬点载荷不同，造成电动机在上、下冲程中所做的功不相等。为了使抽油机在平衡条件下运转，应保证电动机在上、下冲程中都做正功：在下冲程中将能量储存；在上冲程中利用储存的能量来帮助电动机做功。机械式平衡度调整，即在下冲程中，以增加平衡块的位能来储存能量；在上冲程时平衡块降低位能，以帮助电动机做功。平衡方式主要包括以下3种：（1）游梁平衡：在游梁尾部加平衡重，适用于小型抽油机。（2）曲柄平衡（旋转平衡）：平衡重加在曲柄上，这种平衡方式便于调节，并可避免在游梁上造成过大的惯性力，适合于大型抽油机。（3）复合平衡：在游梁尾部和曲柄上均有平衡重，是上述两种平衡方式的组合，多用于中型抽油机。不平衡对设备造成的影响：（1）上冲程中电动机承受着极大的负荷，下冲程中抽油机反而带着电动机运转，从而造成功率的浪费，降低电动机的效率和寿命。（2）负荷极不均匀使抽油机发生激烈振动，影响抽油装置的寿命。（3）会破坏曲柄旋转速度的均匀性，而影响抽油杆和泵的正常工作。（4）不平衡对系统效率造成的影响。根据《油田生产系统节能监测规范》（GB/T 31453—2015）中4.1.1的规定，平衡度考核指标为80%≤L≤110%。不平衡原因主要包括：（1）欠平衡问题。平衡配重不足，平衡块调节不到位。（2）过平衡问题。平衡块调节不到位。针对抽油机不平衡的问题，油田与机械厂进行分析研究，机械厂经过设计计算、生产、试验，在油田采取了对应的平衡改造措施。2改造方案根据抽油机欠平衡的现状和原因，增加平衡块的后配重是解决抽油机欠平衡问题的最有效方法。①方法1：保持原来的曲柄平衡方式，增加曲柄长度，更换较大配重。②方法2：改曲柄平衡为复合平衡，根据抽油机平衡半径及配重的计算公式，在游梁尾部焊接工字梁，增加尾部配重的质量。2.1方法1采用方法1的整改难度较大，主要基于以下两个方面的原因：（1）若更换平衡块，目前的平衡块将被闲置，造成资源浪费。若增加平衡块数量，由于只能安装在原有平衡块的里侧，平衡块的利用率较低。（2）若更换曲柄，增加曲柄长度，工作量较大，成本较高；更换后曲柄将会超出抽油机基础的顶面，每口井抽油机底座埋深不一样，该方法局限性较大。2.2方法2采用方法2，制定两种整改方案：方案1：改造后该游梁平衡重为600 kg，结构平衡重仍然偏小，对于平衡度较差抽油机无法达到调节要求。若直接增加其长度，虽然重量可以达到要求，但是不便于运输，且结构太大容易碰撞减速箱。方案2：对游梁尾部配重结构进行优化：减小原有配重纵向尺寸；将原有配重结构改成梯形结构；在原有配重后面增加柱形结构；增加加强筋、起吊孔及吊环。改曲柄平衡为复合平衡具体方案如图1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.05.004.F001图1改曲柄平衡为复合平衡的方案实施图本次抽油机平衡度改造是利用减速器、横梁连杆之间的有效空间，对抽油机游梁尾部进行焊接，安装尾挂，使单一的曲柄平衡改变为曲柄平衡为主、尾平衡为辅的复合平衡结构。通过抽油机运转过程中力矩变化达到削减峰值扭矩的作用，从而使上下冲程中电机做功接近相等，提高平衡率，降低电机运行功率。该技术适用于常规游梁式抽油机的节能、升级改造，即前期做节能改造,后期随着排液量的增加(含水增加后加大泵径)或下泵深度的增加再做升级改造。前期节约了电费，后期节约换机费用和基础更新费用，相应地减少了因换机而耽误了的产量损失费，综合效益显著。改造后平衡重在结构上更加紧凑，加工工艺简便可行。增加的吊环及起吊孔解决了配重偏重给焊接带来的困难。通过改变平衡重的角度，来满足抽油机不同悬点载荷的需要。重量可以通过改变水泥砂石与废铁块的比例可获得不同的配重，如此便可满足不同抽油机配重的需要。3现场试验工业试验：运用方案2在F14-2井（10型抽油机）上试验，效果良好。F14-2井（10型抽油机）现场试验具体情况如表1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.05.004.T001表1F14-2井（10型抽油机）现场试验项目最大载荷上行电流/A下行电流/A平衡度/%备注改造前87392769平衡块已到头改造后92363494平衡块还有调节余地4理论分析改造后的10型抽油机进行了厂内连续性试验和现场工业试验，平衡度明显改善，达到《石油天然气工业-抽油机技术规范》（API Spel1E—2008）及《游梁抽油机》（SY/T 5044—2003）标准规定要求。CYJ10-4.2-53HF的平衡度改造的设计计算：结构不平衡重在优化前: B前=-0.268 kN。根据受力分析图（见图2）可知，平衡条件为：B×A+Q游前×L游前+Q驴×L驴=(Q连+Q横+Q连)×C +Q游后×L游后 (1)式中：B——优化后的结构不平衡重，kN；Q游后——优化后的游梁后臂重量，kN；L游后——优化后的游梁后臂重心到游梁中座的距离，m。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.05.004.F002图2改曲柄平衡为复合平衡的受力分析情况将计算的B值代入，净扭矩Tn=TF(W-B)-Msinθ，平衡度η=T下max/T上max。计算曲柄在θ位置时的净扭矩，假定悬点负荷W为90 kN，经计算，得到部分θ位置时的净扭矩值。部分θ位置时的净扭矩值具体如表2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.05.004.T002表2部分θ位置时的净扭矩值θakWTFTN500.271 11.026 792.487 01.326 546.104 0100-0.155 00.984 288.576 01.497 137.509 0180-0.401 00.959 186.320 0-0.519 0-39.260 0270-0.063 00.993 589.418 0-1.348 0-26.030 0通过平衡改造提高了抽油机的平衡能力，较好地满足《油田生产系统节能监测规范》（GB/T31453—2015）中的平衡度考核指标。抽油机平衡运转，节约了耗电。同时，随着机采系统效率的提升，整机运转更加平衡，延长了设备的使用寿命。5改造后效果方案2整改效果：共整改不平衡抽油机215台，本次抽测43台，改造后，节电7.16 kW～5.21 kW，按单台平均节电1.95 kWh计算，年节电量计算可得：24 h×43台×1.95 kWh×360 d=724 464 kWh，按电费0.75元/kWh计算，节电费用可达54万元。综上所述，对于过平衡的问题，可将平衡块向内调节。对于欠平衡的问题，如果平衡块没有调节到位，进行平衡调节；已经调节到位的，采取方案2，增加设备的配重。43口井改造前后对比汇总情况如表3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.05.004.T003表343口井改造前后对比汇总项目序号名 称符号单位数据来源或计算公式数值改造前1平均输入功率N7.1kW测试计算7.162平衡度合格率B%测试计算0.003平均系统效率η7%测试计算25.074平均地面效率η7.d%测试计算48.475平均功率因数cosΦ—测试0.768 76平均产液量Q7m3/d测试13.637平均动液面H7.dm测试计算1 082.78吨液百米单耗WkWh/(t·100 m)P/(Q/24)/(H/100)/10 0001.984改造后1平均输入功率N7.1kW测试计算5.212平衡度合格率B%测试计算95.353平均系统效率η7%测试计算27.074平均地面效率η7.d%测试计算52.075平均功率因数cosΦ—测试0.809 96平均产液量Q7m3/d测试13.737平均动液面H7.dm测试计算1 073.18吨液百米单耗W1kWh/(t·100 m)P1/(Q1/24)/(H1/100)/10 0001.8329年节电量S104 kWh(W-W1)×10-6×(H1/100)×Q1×360×4344.4810年节能量E吨标准煤S×3.3146.78由表3可知，平衡度改造后，输入功率由改造前的7.16 kW降至改造后的5.21 kW，地面效率由改造前48.47%提高到改造后的52.07%，系统效率由改造前的25.07%提高到27.07%，吨液百米单耗有所降低，由改造前1.984 kWh/(t·100 m)降至改造后的1.832 kWh/(t·100 m)，延长了设备的使用寿命。6存在问题及建议（1）在抽油机出厂时配备足够的配重，配重块的尺寸、形状、重量严格按照图纸要求制造。确保每种型号的抽油机配重确实达标。（2）现场需要经常测试和调整平衡度。平衡度对抽油机效率的影响较大，油田的采油工况不断地发生变化，建议至少每月测试一次，并且根据测试结果及时进行平衡度调整。