抽油机调平衡计算模型(2)

游梁式抽油机井效率分析与平衡优化软件的功能规划和计算模型一、软件实现的功能（1）示功图、电流、功率等数据的采集，电参数等曲线的实时显示；（2）抽油机井系统效率计算分析；（3）抽油机平衡状态诊断与平衡调节；二、软件结构1、抽油机井示功图分析从示功图取点求得产液量、上下冲程时间、平均载荷，最大、最小载荷，冲程，冲次、功图面积、工况分析。

（分析示功图，得到计算系统效率及调平衡所需要的重要数据）由示功图推算上下冲程时间的方法： 抽油机一个冲程周期的计算公式：60T n =；n 为冲次上冲程和下冲程的具体时间，根据示功图上位移点进行推导，判断准则是： 上冲程判断准则：如果（If ）某一点的位移为最小，那么（Then ）该点为上冲程起点。

（若位移为最小的点有多点，以首次出现的最小点为准）；如果（If ）某一点位移为最大，那么（Then ）该点为上冲程结束点。

（若位移为最大的点有多个，以首次出现的位移最大点为准）。

计算从首次出现最小点到首次出现位移最大点的点数和，此值与示功图总点数的比值，再与一个冲程周期相乘，即为上冲程时间。

设总数是N ，推算得到的上冲程点数为n 上，下冲程点数为n 下，上冲程时间为：n t T N =⨯上上， t T t =-下上平均载荷的计算是利用仪器采集的各点的载荷的平均值， 其他的参数利用已有软件即可得到。

2、电参数曲线分析电流、电压、有功功率、功率因数曲线显示，上冲程最大电流、下冲程最大电流，上冲程最大功率、下冲程最大功率，最大功率对应曲柄转角的数值显示；三、系统效率及功率的计算分析1、有效功率计算将井内液体输送到地面所需要的功率为机械采油井的有效功率 ① 已知数据：实际产液量Q ，m 3/d （调用示功图分析里的数据）； 含水率wf ，%（已知数据）；油的密度0ρ，t/ m 3（已知数据）；水的密度w ρ，t/m 3（已知数据）。

井液密度ρ，t/m 3（若不能测得，利用()ow w w f f ρρρ-+=1计算）；重力加速度g （=9.81），m/s 2；动液面深度H ，m （采用软件中的数据）； 油压p t ；套压pc，Mpa （传感器测量得到的数据）；抽油机系统的有效功率86400Q g P ρ⨯⨯=⨯有效（()1000t c p p H g ρ-⨯+⨯）2、抽油机井系统的输入功率拖动抽油机的电机输入功率为抽油机输入功率。

cos /1000P ϕ=电机式中，P 电机—电源输入功率，Kw;U —定子线电压（可用采集电压），V ； I —定子线电流（可用采集电流），A ； ϕ—定子功率因数角，rad ； 3、光杆功率利用示功图面积进行折算。

（调用示功图分析里的数据）P =光杆地面示功图面积/T；60T n =n 为冲次4、泵功率由泵功图面积折算。

（调用示功图分析里的数据）P =泵泵功图面积/T；60T n =n 为冲次5、地面损失功率 ①数据 电机空载功率P 电机空载，kw ；光杆一个周期的平均载荷F ，KN ；冲程s ，/m 次；地面传动系数k ，（1或-1）；n —冲次，min -1。

②模型2P P Fsnk =+地面损电机空载式中，P 电机空载为电机铭牌空载功率，kw ；F 为光杆一个周期的平均载荷，KN （调用示功图分析里的数据）；s 为冲程，/m 次；n ，冲次； k 为地面传动系数（为1或-1），U 为电机输入电压，V 。

6、抽油机地面效率 ①数据电机输入电流I ，A ；电机输入电压U ，V ；功率因数cos ϕ；（调用电参数曲线图里的数据） 光杆功率P 光杆，kw ；利用示功图面积进行折算。

（调用示功图分析里的数据）冲程s ，m ；冲次n ，min -1。

② 模型P P η=入地面光杆（P ）7、抽油机系统井下效率抽油机系统有效功率与光杆功率之比，/P P η=井下有效光杆。

8、抽油机井的系统效率 ①数据利用（1）和（2）式中的数据 ②模型P P η=有效入9、区块采油井的平均系统效率 ①数据机械采油井系统单井输入功率iP 入，kw ；机械采油井单井系统效率i η；区块机械采油井测试井数，n 。

②模型11niii a n ii PPηη==⋅=∑∑入入抽油机效率分析参考界面：有效功率、输入功率、光杆功率、泵功率、井下效率、地面损失功率、地面效率、系统效率、区块平均系统效率。

四、抽油机平衡分析优化1. 运转前平衡块的调节（1）曲柄平衡抽油机运转前平衡块的确定：(/2)42g l b bqW W G S G r r n G ++⨯-⨯⨯=⨯⨯P 杆—抽油杆在井液中的重量，kg ；W L —作用在抽油泵柱塞全截面的液柱量，kg ；（没有详细的计算方法） S- 抽油机冲程，m 。

G –抽油机的结构不平衡重，kg ；（抽油机参数里面有） r b –曲柄重心半径；G b –单个曲柄重； G Q -单块曲柄平衡块的重量，kg N –需安装平衡块数量，r- 平衡块重心至曲柄回转中心之距离 m抽油机平衡度：抽油机下行最大电流与上行最大电流之比， （2）新安装游梁平衡抽油机的游梁平衡块重量的计算对于游梁平衡的抽油机，其游梁平衡块的重量Gy 按下式计算：(/2)4g l b by yW W G S G r G H ++⨯-⨯⨯=式中： Wg — 抽油机井杆柱的重量，kg; Wl — 活塞上承受液柱的重量，kg; G — 抽油机的结构不平衡重，kg; S — 光杆冲程，m; Gb — 单块曲柄的重量，kg;r b — 曲柄重心到减速器输出轴的距离，m;Hy —游梁平衡块上下移动的高程差，m ，可按下式计算：sin()sin()22y y S S H L A A αα⎡⎤=⨯----⎢⎥⎣⎦式中： Ly — 抽油机平衡臂长度，m; A — 抽油机前臂长度，m; S — 光杆冲程，m;α— 游梁平衡角（下偏角），rad;（3）.新安装复合平衡抽油机的平衡量的计算对于复合平衡的抽油机，其平衡方程如式所示：24(/2)q y y b b g l r n G G H G r W W G S⨯⨯⨯+⨯+⨯⨯=++⨯可以按上式确定最大的曲柄平衡位置或最大的游梁平衡块重量。

实际的曲柄平衡块位置和游梁平衡块重量，在上述最大值之间选取。

2.运转后平衡块调节采用不同的方法，计算平衡率，实现平衡状态诊断，调节平衡。

（1）平衡调节方法电流法、电能法、功率曲线法、均方根扭矩法、峰值扭矩法。

（2）平衡状态诊断 平衡率的计算平衡率在80%~110%，抽油机平衡状态好。

（3）平衡调节根据动态数据，计算需要调节的量，调整平衡块位置（正数据代表往外调，使平衡块远离曲柄轴；负数据代表往里调，使平衡块接近曲柄轴）。

（1）电流法利用模拟式钳形电流表测量电机上、下冲程中的电流峰值，下冲程峰值电流比上上冲程峰值电流，其比值即为平衡率。

①平衡率的计算100%=⨯下冲程峰值电流抽油机平衡率上冲程峰值电流电流平衡率在80%~110%，抽油机平衡状况好。

（上、下冲程的峰值电流调用电参数曲线里的数据）若上冲程最大电流大于下冲程最大电流，抽油机平衡不够，需要加平衡重或加大平衡半径，反之表示平衡重过大，要减小平衡重或平衡半径。

最大扭矩值T=3S+2.36S(F max —F min ) （经验公式） ③曲柄平衡重在目前位置应该移动的距离：cbT I I L W I I -=⨯+大下上下上（ ） 上 下上下式中，I 上—驴头悬点上冲程最大电流，A ； I 下—驴头悬点下冲程最大电流，A ；U —上、下冲程最大电流对应的电机输入电压，V ；cbW —曲柄平衡块的总重量，t ；△R —曲柄平衡块在目前位置应该移动的距离，cm ；T 大—最大扭矩；N •m ；S —实测驴头冲程长度，m ；max F —悬点最大载荷，KN ，（maxF ，minF 示功图中得到）minF —悬点最小载荷，KN ，（2）电能法抽油机是否平衡通过电机上、下冲程中的输出电能是否相等即下冲程中功率曲线所包围的面积与上冲程中功率曲线所包围的面积比值加以判断。

①平衡率的计算cos cos t t t dt dtϕϕ=⎰⎰下上上下上抽油机平衡率×100%上、下冲程的时间调用示功图分析的数据。

平衡状态诊断：当平衡率小于80%，大于110%，抽油机处于不平衡状态。

不平衡时平衡半径的计算方法：max1max 2cb cbP P PR W W ωω-∆∆==式中：ω—曲柄角速度，rad/s ，cbW —平衡块总重量，N ；R ∆—平衡块移动量，m ；max1P —上冲程最大功率，kW ； max 2P —下冲程最大功率，kW ；（3）功率曲线法利用抽油机上、下冲程中电机输出的最大有功功率是否相等，来判断平衡状况。

①平衡度的计算100%⨯下冲程电机最大功率抽油机平衡度=上冲程电机最大功率平衡状态诊断：当平衡率小于80%，大于110%，抽油机处于不平衡状态。

③ 不平衡调节方法 方法一：不平衡时，可用下面的公式进行平衡半径调整。

平衡半径调整量：max1max 2max1max 29740()(sin sin )s cb P P R W n ηθθ-∆=-式中，R ∆—平衡块的位移量，m ；当R ∆为正的时候，平衡块远离曲柄轴中心；当R ∆为负的时候，平衡块移向曲柄轴中心；s η—皮带减速器的传动效率；（实验数据测试，皮带减速箱的平均效率为75.2%）max1P —上冲程最大功率，kW ； max 2P —下冲程最大功率，kW ；cbW —曲柄平衡块重，N ；n —光杆冲次，min -1；max1θ—上冲程最大功率时的曲柄转角，°；max 2θ—下冲程最大功率时的曲柄转角，°。

（上、下冲程电机最大有功功率及对应的曲柄转角调用电参数曲线里的数据） 如果需要调整平衡块时，按照下式计算平衡块的调整量：′′∆R'-加上(或去掉)一部分平衡块的平衡半径调整量，m R-原来的平衡半径，mW b ’-加上(或去掉)后的平衡块的总重，N 。

方法二：平均功率的计算:/212N ei P P N =∑上/212NeiN P PN+=∑下 (N:数据的组数)平衡半径调整的计算：8q SR n G N ∆=⨯⨯⨯SN — 光杆冲次，1/min;qG — 单块曲柄平衡块的重量，kN;n—准备移动的曲柄平衡块的数目，0.8~0.9。

（4）均方根扭矩法利用抽油机整个冲程中减速箱曲柄轴扭矩均方根值最小的原则来判断平衡状态。

① 平衡率的计算由于电机的负载扭矩不易测量，电机功率易于测量。

常规电机的转差不大，转速变化很小，可认为电机转速及曲线轴角速度是一个常数，曲柄转矩与电机输入功率成正比。

cos /100%cos /t t t dt t dt t ϕϕ=⨯⎰⎰上上下下上上下冲程电机平均功率抽油机平衡度=上冲程电机平均功率(上、下冲程的时间调用示功图分析的数据)。