CN103399227A - 一种游梁式抽油机远程平衡测试方法 - Google Patents

Abstract

一种平衡测试方法包括启动抽油机平衡测试程序，先借助于电流法进行初步的、不太精确的判断，得出抽油机的初始平衡率，这样一旦抽油机严重不平衡时可以马上判断出，不需要进行下一步的判断过程，而虽然通过电流法判断出抽油机的平衡状态但也要进行下一步的电能法判断过程，这样可以更加精确地判断出抽油机的真实平衡状态，避免了采用一种判断方法带来的误差偏差，同时更重要的是，该方法可以在现有电流法检测方法的基础上进行改造即可实现，是对目前平衡率判断方法的重要补充，对我国目前技术装备的改造十分有意义。

Description

一种游梁式抽油机远程平衡测试方法

技术领域

本发明涉及一种游梁式抽油机远程平衡测试方法，属于石油机械测控技术领域。

背景技术

游梁式抽油机仍是油田生产的主要设备，是油田生产能耗及设备成本的主要因素。抽油机工作过程中，平衡率直接影响其工作效能。但是实际生产中，井下的载荷不断的变化，使得抽油机平衡不断被破坏，而再平衡的实现需要工作人员不断调整抽油机的平衡机构。影响抽油机平衡的原因主要是抽油机悬点载荷规律的变化和平衡重的调节状态。影响悬点载荷的因素是变化和多样的，如井下抽油泵由于不断地磨损其密封性逐渐变差；油管由于磨损和腐蚀产生漏失和偏磨；动液面高低的变化；采出液物性的变化等，都会引起抽油机载荷的变化，抽油机载荷的变化会逐渐的使抽油机由平衡状态向不平衡状态变化，在不平衡状态下工作的抽油机，不仅对减速箱、电机、皮带等传动系统造成巨大损坏，而且影响抽油机的地面效率。因此，对抽油机的平衡状态进行定期的测试，及时调整抽油机的平衡是非常必要的。

目前抽油机平衡测试的主要方法是电流法，就是抽油机上行最大电流与下行最大电流之比，但是电流法也存在相对的缺陷，因此，要得到抽油机真实的平衡情况，还需要综合考虑更多其他的方法及装置。另外，目前抽油机的平衡测试均为定期或不定期进行，不能实现在线实时测试，对准确掌握抽油机的工作状态，及时调节平衡以降低能耗带来不便。

发明内容

基于上述背景，本发明提出一种游梁式抽油机远程平衡测试方法。利用抽油机上下冲程能耗比值来计算平衡率，综合考虑了抽油机平衡的影响因素，能够更加精确和真实地反应抽油机的平衡状态。

如上所述，目前电流法是抽油机平衡测试的主要方法。其主要方法可以概括为：使用测量工具测量抽油机上行最大电流I_上与下行最大电流I_下之比，即

E＝I_j/I_下

如果平衡率(上行最大电流I_上与下行最大电流I_下之比的百分数)在80％-120％之间，则认为抽油机平衡，如果不在上述范围内则可断定不平衡。由于测试方法简便、使用工具少、反应快捷简便，便于理解与操作，因此在井场被广大技术操作人员普遍采用。但是电流平衡并不能保证抽油机平衡，因为电机与变压器不同，它空载时的电流就达额定电流30～40％，在负载开始增加时，电流变化并不大，而是功率因数在变化，所以对于低效抽油机即使是不平衡也不能从电流上看出来。

而利用抽油机上下冲程能耗比值来计算平衡率的方法可以更好的解决上述问题，其原理是认为抽油机的平衡运行状态就是指电动机在上下冲程中都做正功且相等。这就是说，抽油机是否平衡，可以通过电动机在上下冲程中的输出电能是否相等来进行判断。而电动机的输出电能与输入电能成正比，因此可以通过测试电动机在上、下冲程的输入电能是否相等来加以判断，游梁式抽油机采用的是三相异步电动机，三相对称正弦电路的传统公式：

$p=\sqrt{3}\mathrm{IV}\cos \mathrm{\θ}$

上式中，P-输入功率；

I-输入电流，A；

V-输入电压，V；

Cosθ-电动机功率因数，则电动机输入电能

$W=\underset{0}{\overset{t}{\∫}}\mathrm{Pdt}$

其中，t-抽油机一个冲程或几个冲程所需时间，s。

则抽油机上、下冲程载荷平衡时：

上述表示为电动机在上冲程中的功率曲线所包围的面积与电动机在下冲程的功率曲线所包围的面积相等，也就是说上冲程所耗电能与下冲程所耗电能相等。以理论推导公式为依据，存储上、下冲程的功率曲线并计算出各自所包围的曲边形面积，也就是上下冲程所消耗的电能，然后算出其比值即为平衡率大小，该方法综合考虑了影响抽油机平衡的包括瞬时电流、电压和功率因素在内的影响，可为抽油机的平衡测试提供较为准确可靠的分析依据，以便及时地调整抽油机的不平衡状态。

然而在实践当中，使用功率曲线平衡测量方法所需要考虑的因素较多，测量方法较电流法复杂且受环境影响较多，虽然能够准确测量抽油机的平衡状态但不适合长期使用，本发明提供一种新型的游梁式抽油机远程平衡测试方法，该方法将综合以上两种测量抽油机平衡率方法的各自优势特点，有效整合了运算规则使得抽油机的监测更加科学合理有效。

本发明是对电流法和电能法进行有机的整合，先借助于电流法进行初步的、不太精确的判断，得出抽油机的初始平衡率，这样一旦抽油机严重不平衡时可以马上判断出，不需要进行下一步的判断过程，而虽然通过电流法判断出抽油机的平衡状态但也要进行下一步的电能法判断过程，这样可以更加精确地判断出抽油机的真实平衡状态，避免了采用一中判断方法带来的误差偏差，同时更重要的是，该方法可以在现有电流法检测方法的基础上进行改造即可实现，是对目前平衡率判断方法的重要补充，对我国目前技术装备的改造十分有意义。

本发明的技术方案为一种游梁式抽油机远程平衡测试方法，该抽油机主要包括固定位于基座上的电动机、减速装置，通过减速箱把动力传给减速箱两侧输出轴上的曲柄连杆机构、装在减速箱输出轴的两端的曲柄，曲柄上的曲柄平衡块用T型螺钉与曲柄连接在一起；装在支架轴承上并绕支点轴承做摇摆运动的游梁，其上的游梁平衡块调整抽油机平衡，还包括装在游梁最前端，通过悬绳器将抽油杆、活塞悬挂在抽油机上的驴头；其特征在于，

该平衡测试方法包括启动抽油机平衡测试程序，先也就是采用电流法判定出抽油机平衡率大小，具体为触发安装于抽油机电动机侧上的电流电压互感器用来检测出电流值，同时由于位置传感器与抽油机曲柄轴连接，曲柄轴的运行信息通过位置传感器输入控制单元，以自动识别抽油机的上下冲程，此时位置传感器判定抽油机的上下冲程时刻，是上冲程还是下冲程，将信号传递到处理单元进行判断，在单位冲程内测量电动机分别在上下冲程内的电流峰值大小，经过A/D信号处理后的电流峰值传递到处理单元进行比值运算，从而得出的R_{复合平衡率}范围，然后判定该R_{初始平衡率}是否满足第一阈值范围要求，如果判断结果为否，即该计算出的R_{初始平衡率}值不在上述第一阈值范围内，则可以判定出该抽油机不平衡，需要进行报警显示和调整抽油机的平衡；如果上述判断结果为是，即该计算出的R_{初始平衡率}值位于上述第一阈值范围内，需要进行进一步的判断过程，具体为继续触发电流电压互感器用来检测出电动机的电流电压值，通过位置传感器检测区分抽油机上下冲程，通过电压电流互感器测量上下冲程瞬时电压电流后送入电能计量芯片计算上下冲程的瞬时功率，将信号数据传递到处理单元上，从而计算绘制出上下冲程功率曲线，而上下冲程功率曲线分别所包含的面积，即为上下冲程所耗能量，二者之比为抽油机的R_{复合平衡率}；然后继续对该R_{复合平衡率}进行判断，判断其是否满足第二阈值范围要求，如果判断结果为否，即该R_{复合平 衡率}不满足第二阈值范围要求，则可以判断出抽油机不平衡，如果判断结果为是，即该R_{复合平衡率}满足第二阈值范围要求，则可以判断出抽油机是平衡的，可选择性地结束整个判断过程或进入下一个判断循环中。

附图说明

接下来，通过优选的实施例并参照以下附图对本发明的技术方案加以详细说明。

图1显示出本发明的游梁式抽油机的结构示意图；

图2显示出根据本发明的新型的游梁式抽油机远程平衡测试系统示意图；

图3显示出根据本发明的新型的游梁式抽油机远程平衡测试方法流程图；

附图标记：

1-电动机，2-曲柄，3-曲柄平衡块，4-游梁平衡块，5-游梁，6-支架，7-驴头，100-数据采集与传输模块，200-数据处理模块，300-抽油机平衡判断模块，400-数据显示与报警模块，500-执行操作模块。

具体实施方式

图1表示常用的游梁式抽油机的结构示意图，图中显示出主要的组成部件，游梁式抽油机主要包括固定位于基座上的电动机1，其也可以为内燃机(柴油机、天然气发动机)，其中以电动机占绝大多数，电动机又以三相异步封闭式电动机为主；还包括减速装置(图中未指出)，减速装置的作用是将电动机的高速旋转运动变为减速箱输出轴的低速旋转运动，其主要包括减速箱齿轮传动减速和皮带传动减速，主要是把输入轴的低扭矩放大到抽油机提升液柱和抽油杆柱所要求的扭矩，通过减速箱把动力传给减速箱两侧输出轴上的曲柄连杆机构；和装在减速箱输出轴的两端的曲柄2，在减速箱输出轴即曲柄轴上开有两个键槽，互成90°，它是当被动轮的轮齿磨损到一定程度时，可把曲柄换到相差90°的另一个键槽上，这样可以使齿轮均匀磨损，达到充分利用设备的目的。曲柄2上的曲柄平衡块3，用T型螺钉与曲柄连接在一起；装在支架轴承上并绕支点轴承做摇摆运动的游梁5，其上的游梁平衡块4可以调整抽油机平衡，支架6支撑并固定游梁5提供运作的保证，还包括装在游梁最前端，通过悬绳器将抽油杆、活塞等杆柱悬挂在抽油机上的驴头7，以游梁5支点为圆心，以轴承到驴头7前端长为半径画圆弧，这样可以保证抽油机在工作时，驴头7前端中心点投影与井眼中心基本重合。同时，还包括一些辅助装置，主要是底座、支架及固定螺丝等零部件，它的主要作用是连接和固定抽油机各部件，是抽油机不可缺少的部分。

图2显示出根据本发明的新型的游梁式抽油机远程平衡测试系统示意图，本发明的新型的游梁式抽油机远程平衡测试系统主要包括以下几个功能模块，分别是数据采集与传输模块100，数据处理模块200，抽油机平衡判断模块300，数据显示与报警模块400及执行操作模块500。数据采集与传输模块100包括电压电流互感器、位置传感器、位移传感器、无线传输装置等部件，其主要是用来实时监测并获取平衡测试系统所需的各种测量数据，如瞬时电流、电压信号、上下冲程指示信号等，数据采集与传输模块100与数据处理模块200通过任何可能的方式连接并传输相关信号数据，数据处理模块200主要用于将来自传输模块100传输来的测量数据进行分类、整理和转换，数据处理模块200的输出端与抽油机平衡判断模块300相连，抽油机平衡判断模块300将经过数据处理后的信号数据进行进一步的比较、计算和判断，从而对抽油机的平衡率进行综合判定，得出抽油机平衡率的综合判定结论，其可包括电能计量芯片、储存器以及微处理器等部件；抽油机平衡判断模块300的输出端与数据显示与报警模块400相连接，其将抽油机平衡率的实时监测数据和判断结论直观视觉地显示出和/或发出报警信号，数据显示与报警模块400可包括LCD显示器、键盘及报警器等部件；执行操作模块500既可以与数据显示与报警模块400相连接，也可以与抽油机平衡判断模块300相连接，其目的都是用来基于所判断出的抽油机平衡率情况来调节抽油机的平衡率，具体可包括调节平衡块的位置和大小等方式。特别需要指出的是，上述零部件的型号选择，以及相关安装位置和安装方式为本领域内常用的公知技术，不再一一赘述。

图3显示出根据本发明的新型的游梁式抽油机远程平衡测试方法的流程图，流程图中显示各个方法步骤均通过上述平衡测试系统功能模块来实现，下面将本发明的主要流程介绍如下。

首先启动抽油机平衡测试程序，先测量初始判断出的平衡率R_{初始平衡率}，也就是采用电流法判定出抽油机平衡率大小，具体可以为触发安装于抽油机电动机侧上的电流电压互感器用来检测出电流值，同时由于位置传感器与抽油机曲柄轴连接，曲柄轴的运行信息通过位置传感器输入控制单元，以自动识别抽油机的上下冲程，此时位置传感器判定抽油机的上下冲程时刻，是上冲程还是下冲程，将信号传递到处理单元进行判断，在单位冲程内测量电动机分别在上下冲程内的电流峰值大小I_上和I_下，可以选择性地，经过A/D信号处理后的电流峰值传递到处理单元进行比值运算，从而得出的R_{初始平衡率}范围，然后判定该R_{初始平衡率}是否满足第一阈值范围要求，例如是否满足大于等于0.8且小于等于1.2的通常范围内，如果判断结果为否，即该计算出的R_{初始平衡率}值不在上述第一阈值范围内，则可以判定出该抽油机不平衡，需要进行报警显示和调整抽油机的平衡；如果上述判断结果为是，即该计算出的R_{初始平衡率}值位于上述第一阈值范围内，则目前还不能判定出该抽油机是平衡的，而需要进行进一步的判断过程，具体采用的是测试电动机在上、下冲程的输入电能是否相等的电能法，具体为继续触发电流电压互感器用来检测出电动机的电流电压值，通过位置传感器检测区分抽油机上下冲程，通过电压电流互感器测量上下冲程瞬时电压电流后送入电能计量芯片计算上下冲程的瞬时功率，将信号数据传递到处理单元上，从而计算绘制出上下冲程功率曲线，而上下冲程功率曲线分别所包含的面积S_上和S_下，即为上下冲程所耗能量，二者之比即为抽油机的复合平衡率即R_{复合平衡率}；然后继续对该R_{复合平衡率}进行判断，判断其是否满足第二阈值范围要求，例如该第二阈值范围可以为0.7至1.3的范围或经验数值，如果判断结果为否，即该R_{复合平衡率}不满足第二阈值范围要求，则可以判断出抽油机不平衡，如果判断结果为是，即该R_{复 合平衡率}满足第二阈值范围要求，则可以判断出抽油机是平衡的，可选择性地结束整个判断过程或进入下一个判断循环中。

同时可以指出的是，为了实现远程操作控制，上述信号传递过程可以利用无线传输工具来实现，将各种数据整合到无线传输单元中然后一并发送给处理单位进行判断操作，例如可以通过键盘进行具体的参数设定，通过LCD显示测量曲线及结果，测试数据存储并可以定期或轮询方式远传等等。这样平衡测试数据通过无线数据远传模块将测量结果远传至接收中心，实现在线式抽油机平衡监测。

本发明不限于上面的应用，各种可能的修改在从属权利要求的范围中，对于上述的具体实施方式的其它修改也可以被制造。因此，需要明白的是本发明不限于公开的具体实施方式和其修改及其它实施方式意图包括在所附的权利要求中。虽然在此使用了具体术语，但是它们仅仅用在一般和叙述情况下而非限制的目的。

Claims (2)

1.一种游梁式抽油机远程平衡测试方法，该游梁式抽油机主要包括固定位于基座上的电动机、减速装置，通过减速箱把动力传给减速箱两侧输出轴上的曲柄连杆机构、装在减速箱输出轴的两端的曲柄，曲柄上的曲柄平衡块用T型螺钉与曲柄连接在一起；装在支架轴承上并绕支点轴承做摇摆运动的游梁，其上的游梁平衡块调整抽油机平衡，还包括装在游梁最前端，通过悬绳器将抽油杆、活塞悬挂在抽油机上的驴头，其特征在于，

该平衡测试方法包括启动抽油机平衡测试程序，先也就是采用电流法判定出抽油机平衡率大小，具体为触发安装于抽油机电动机侧上的电流电压互感器用来检测出电流值，同时由于位置传感器与抽油机曲柄轴连接，曲柄轴的运行信息通过位置传感器输入控制单元，以自动识别抽油机的上下冲程，此时位置传感器判定抽油机的上下冲程时刻，是上冲程还是下冲程，将信号传递到处理单元进行判断，在单位冲程内测量电动机分别在上下冲程内的电流峰值大小，经过A/D信号处理后的电流峰值传递到处理单元进行比值运算，从而得出的R_{初始平衡率}率范围，然后判定该R_{初始平衡率}是否满足第一阈值范围要求，如果判断结果为否，即该计算出的R_{初始平衡率}不在上述第一阈值范围内，则可以判定出该抽油机不平衡，需要进行报警显示和调整抽油机的平衡；如果上述判断结果为是，即该计算出的R_{初始平衡率}值位于上述第一阈值范围内，需要进行进一步的判断过程，具体为继续触发电流电压互感器用来检测出电动机的电流电压值，通过位置传感器检测区分抽油机上下冲程，通过电压电流互感器测量上下冲程瞬时电压电流后送入电能计量芯片计算上下冲程的瞬时功率，将信号数据传递到处理单元上，从而计算绘制出上下冲程功率曲线，而上下冲程功率曲线分别所包含的面积，即为上下冲程所耗能量，二者之比为抽油机的R_{复合平衡率}；然后继续对该R_{复合平衡率}进行判断，判断其是否满足第二阈值范围要求，如果判断结果为否，即该R_{复合平 衡率}不满足第二阈值范围要求，则可以判断出抽油机不平衡，如果判断结果为是，即该R_{复合平衡率}足第二阈值范围要求，则可以判断出抽油机是平衡的，可选择性地结束整个判断过程或进入下一个判断循环中。

2.如权利要求1所述的一种游梁式抽油机远程平衡测试方法，其特征在于，信号传递过程町利用无线传输工具来实现，将各种数据整合到无线传输单元中然后一并发送给处理单位进行判断操作，可实现远程操作控制。

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