CN105350943A - 游梁式抽油机平衡度最小功率法自动调节装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种游梁式抽油机平衡度最小功率法自动调节装置及方法，包括处理器，所述处理器与倾角传感器连接，倾角传感器采集抽油机的倾角信号；所述处理器与电流电压传感器连接，电流电压传感器采集抽油机驱动电机的输入电压和输入电流；所述处理器与平衡块调节电机驱动电路连接，平衡块调节电机驱动电路驱动平衡块调节电机旋转，平衡块移动电机带动平衡块在抽油机上移动。本发明既可以保证抽油机处于平衡的状态，增长抽油杆抽油泵的使用周期，提升抽油机系统效率，且不会污染供电网络；又可使抽油机在运行过程中始终保持在耗电最少的状态，即将抽油机调平衡达到最大的节电效果。

Description

游梁式抽油机平衡度最小功率法自动调节装置及方法

技术领域

本发明涉及一种游梁式抽油机平衡度最小功率法自动调节装置及方法。

背景技术

据有关资料统计，国内大约有10万口抽油机井，按其举升方式分类主要有：电潜泵采油、螺杆泵采油、水力泵采油、抽油机采油。其中抽油机采油(约占总油井的86％)是目前的主要举升方式，而游梁式抽油机约占抽油机采油的70％，也就是说大约有60000口抽油机井采用的是游梁式抽油机。测试结果说明，这些游梁式抽油机井的耗电功率平均约为8.25kW，每年耗电约42.77亿kW.h。

研究资料显示，抽油机从不平衡状态调节到平衡状态可节约0.3kW—1.5kW，平均每口不平衡的油井调整到平衡状态节约量按0.9kW计算，每年每口不平衡状态的油井调节到平衡状态运行后可节约7760kW.h。目前在运行的游梁式抽油机井约有50％平衡度不合格，也就是大约有30000口油井处于不平衡状态，这些井调节到平衡状态运行后每年可节约2.3亿kW.h。因此，抽油机调平衡节电潜力较大，各油田都把抽油机调平衡作为一项节能措施加强监督和管理。

抽油机不平衡可能会带来以下危害：

1.缩短抽油机使用寿命

由于载荷极不均匀，在曲柄旋转一周中载荷忽大忽小，减速箱齿受到冲击，严重时抽油机发生剧烈震动，缩短抽油机的使用寿命。

2.抽油杆抽油泵的使用周期变短

设备的不平衡，会破坏曲柄旋转速度的均匀性，从而使驴头上下摆动也不均匀，影响抽油机和抽油泵的正常工作，抽油杆的断脱的几率增大。

3.增加易损件的消耗量

抽油机在不平衡状态下运行，传动皮带和吊绳受力波动幅度加大，甚至出现皮带打滑现象，造成传动皮带和吊绳疲劳损坏加快，使得传动皮带和吊绳的消耗量增加。

4.抽油机系统效率降低

受负荷不平衡的影响.载荷差异越大，电流波动幅度也就越大，电机效率降低，浪费电能，抽油机系统效率下降，同时电机的温度升高，甚至烧毁电机。

5.配置电机的额定功率增大

抽油机越不平衡，需要的起动转矩越大，也就需要配备额定功率更大的电机，否则有可能电机堵转而使得抽油机无法正常启动。为了满足电机的启动，配备的额定功率比实际运行功率大很多倍，约5倍左右。

6.烧坏电机的几率增大

当供电线路突然停电时，如果抽油机不平衡，平衡块就会带动电机加速旋转，此时电机处于发电状态，抽油机越不平衡，平衡块拖动电机的转速越高，电机的发电电压也就越高，常常超过额定电压380V，甚至超过1800V以上，如此高的发电电压很容易绝缘击穿电机的线圈，瞬间烧坏电机。

7.污染供电网络

抽油机在平衡状态下运行时，发电功率很小，几乎为零，但随着平衡度的变差，发电功率逐渐增大，抽油机一个冲程内的平均发电功率一般为0.3kW—1.5kW，有时的瞬时发电功率达到20kW以上，如果多台抽油机发电瞬时功率出现同步，必然对供电网络造成冲击，同时也增加谐波污染。

石油行业标准《油田生产系统能耗测试和计算方法》SY/T5264-2012中规定了抽油机平衡度测试和计算的二种方法：

1.电流法：

分别测试抽油机上冲程、下冲程对应的最大电流I_上和I_下，然后用下冲最大电流I_下除以上冲最大电流I_上得出的值来评价抽油机平衡度的优劣。《机械采油系统经济运行规范》SY/T6374-2008规定了平衡度的合格值：80％＜平衡度＜110％。

电流法的优点：测试设备钳形电流表很便宜(约200元)，现场测试很简单，用钳形电流表套在绝缘电线外侧，然后从钳形电流表屏幕上即可读取抽油机上、下冲程对应的最大电流。整个测试过程不与裸露金属接触处，安全性很高，可以普及到小队采油工人都可以测试。

2.功率法：

分别测试抽油机上冲程、下冲程对应的功率P_上和P_下，用下冲功率P_下与上冲功率P_上的比值来评价抽油机平衡度的优劣。这种方法就叫做功率法。

功率法的优点：它可以避免电流法的“虚假平衡”现象，使得平衡度的测试平价更加准确，用此方法指导采油工人调平衡，节电效果更好。有研究资料说明，在电流法抽油机平衡度合格的情况下，用平均功率法测试评价，并对抽油机平衡度进行调整，可实现节电5％以上。

抽油机平衡度测试评价调整存在的主要问题如下：

1.抽油机人工调平衡费时费力

目前抽油机调平衡主要是人工调整，如图1。人工调平衡需要吊车和3人～4人的配合才能完成。首先把抽油机停止运行，曲柄轴尽可能停在水平位置，然后用吊车辅助吊起平衡块1(每个平衡块重约2吨)，用扳手松开平衡块的紧固螺丝2，再用撬杠移动平衡块1(既移动平衡块的重心)，平衡块的移动方向取决于平衡度的值，如果平衡度的值是过平衡，把平衡块1向靠近曲柄轴4的方向移动，如果是欠平衡把平衡块向远离曲柄轴4的方向移动。平衡块移动完毕，上紧紧固螺丝2。每调试一口油井约需要2小时以上，操作时间很长，工人劳动强度很大。且降低油井开井时率，进而减少原油产量。

2.人工调整抽油机的平衡度很难调整到标准要求的最佳值

由于平衡块很重，调整移动困难，在移动过程中很难精确掌握移动的距离，稍有不慎就有可能使移动距离过量或者移动距离不够，很难调整到标准规定的最佳值0.8。

3.抽油机平衡度随工况的变化而动态变化

影响抽油机平衡度变化的主要因素是，动液面高度、漏失、回压、套压等，这些参数在数小时内大多数变化不大，但超过数天后，受注水压力、注水量的影响，动液面高度就会增大或者减小；受环境温度和计量间外输泵的影响，回压也会增大或者减小；受井下原油气体析出的变化，套压也随之增大或者减小；随着使用时间的推移，抽油泵漏失，也时常发生。当动液面增大，回压上升，套压下降时，抽油机的平衡度可能从平衡状态过渡到欠平衡状态，反之，抽油机的平衡度可能从平衡状态过渡到过平衡状态。当抽油泵出现漏失时，抽油机的平衡度可能从平衡状态过渡到过平衡状态。因此，抽油机平衡度不是一个常数，是一个动态变化的值。

4.电流法测试评价抽油机平衡度存在“虚假”平衡

电流法的缺点：当抽油机处于严重的过平衡或者欠平衡时，电流法测试计算出平衡度的值可能是合格的(80％—110％)。主要原因是：钳形电流表测出的电流，只能是反应电流的大小，不能判断电流与电压的相位，当抽油机处于严重的过平衡或者欠平衡时，钳形电流表测试出的上冲最大电流或者下冲最大电流有可能是发电电流，此时用上下冲程最大电流作比值，结果处于平衡状态(80％—110％)，而实际上处于严重的过平衡或者欠平衡。也就是出现“虚假平衡”现象。

5.功率法仅仅适用于专业测试人员

功率法测试抽油机的平衡度对于专业测试人员来说较容易，但专业测试机构受测试人员的限制，一般只是抽测一部分做分析评价。要提高抽油机平衡度的合格率，实现节能必须依靠采油工人对抽油机平衡度进行常测常调。采油工人用功率法测试抽油机平衡度存在三个问题：

一是存在安全隐患：功率法测试抽油机的平衡度，需要专用功率测试仪，同时要采集电压和电流，电流用仪器佩戴的电流互感器套在绝缘线上，很容易也很安全可以采集到；电压参数的采集，需要仪器佩戴的电压夹子夹在电机三相电源输入端的金属裸露接线柱上，属于带电作业，存在着安全隐患。

二是设备价格高：抽油机的功率测试仪价格，国产约2万元，进口约6万元，该价格是钳形电流表价格的100倍以上。如果大面积的配备功率测试仪，会增大检测成本。

三是测试数据的重复性变差：电压电流是靠仪器自动采集记录，但是上下死点是靠测试人员观察抽油机驴头的位置判断并发出指令，根据发出的指令分别测试上冲程和下冲程的功率。靠观察判断上下死点位置，很难做到每次的位置都在同一点上，因此，可能会出现第一次和第二次测试的的功率不同，既测试的重复性差。如果不同的测试人员测试的结果，重复性可能变的更差。

鉴于功率法存在的问题，该方法只适应于专业测试人员，不适应采油工人。

6.二种功率法测试评价抽油机平衡度结果不吻合

目前功率法测试评价抽油机平衡度有二种方法：

一是峰值功率法：石油行业标准《油田生产系统能耗测试和计算方法》SY/T5264—2012给出了峰值功率法的定义：“抽油机运行时下冲最大功率与上冲最大功率的比值”。《机械采油系统经济运行规范》SY/T6374-2008规定了平衡度的合格值范围：80％＜平衡度＜110％

二是平均功率法：《抽油机平衡度功率法测试评价方法》Q/SH10201911—2008给出了定义：抽油机下冲平均功率与上冲平均功率之比。标准要求合格范围：80％＜平衡度＜120％。

这二种功率法(平均功率法、最大功率法)由于定义和合格范围都要求的不一样，因此，在同一台抽油机上的测试结果会有所差别，既二种功率法测试的数据不吻合。

7.平均功率法有三种不同的平衡度测试评价结果

电子式电能表对发电功率有三种不同的计量工作原理，分别是:

A.电表对发电功率不作任何处理：

只计量输入功率，而对发电功率不做任何处理。与其他计量原理的电表相比累计电量值居中。

B.对发电功率与输入功率绝对值相加：

不仅计量电机的输入功率，而且把发电功率与输入功率以绝对值的形式相加后累计电量。与其他计量原理的电表相比累计电量值最大。

C.对发电功率与输入功率以绝对值的形式相减：

把电机的输入功率和发电功率以绝对值的形式相减后累计电量,与其他计量原理的电表相比累计电量值最小。

标准《抽油机平衡度功率法测试评价方法》Q/SH10201911—2008对测试仪器没有明确做出要求，采用上述不同计量原理的仪器，在同一台抽油机上测试的平均功率会有三种不同的结果，既平衡度也会有三种不同的结果。用输入功率和发电功率以绝对值的形式相减的功率仪测试的平衡度数值最小；用发电功率不做任何处理的功率仪测试的平衡度数值居中；用发电功率与输入功率以绝对值相加的功率仪测试的平衡度数值最大。发电功率越大，这三种结果的差值也就越大，最大差值甚至超过40％以上。

除了不同计量原理的功率仪产生平衡度差值之外，还有另一个主要原因是：抽油机运行过程上下冲程的发电功率并不相等。欠平衡时，下冲程发电功率较大，上冲程发电功率较小(甚至没有发电功率)；过平衡时，上冲程发电功率较大，下冲程发电功率较小(甚至没有发电功率)。

8.峰值功率法与平均功率法的科学准确性尚需研究确定

石油行业标准《油田生产系统能耗测试和计算方法》SY/T5264—2012规定应用峰值功率法测试评价抽油机的平衡度，油田企业标准《抽油机平衡度功率法测试评价方法》Q/SH10201911——2008规定应用平均功率法测试评价抽油机的平衡度。目前，还没有研究资料证明那种方法价更加科学合理，节电效果更好，尚需进一步深入研究后确定。

9.平衡度合格区间内并不是每台抽油机耗电最少的最佳点

《机械采油系统经济运行规范》SY/T6374-2008规定了平衡度的合格值范围(80％＜平衡度＜110％)，抽油机的平衡度在合格区间内运行相对区间外运行耗电要小，既节电状态运行。

研究资料说明：抽油机平衡度与耗电的关系有离散性，但都有耗电最少对应的最佳点，这个最佳点随着动液面(从井口开始)的加深，平衡度对应的最佳点从100％逐渐下降，一般不低于80％。这些结论说明，虽然抽油机平衡度在合格区间内运行，但不是每台抽油机都处在耗电最少的运行状态，也就是说不能使每台抽油机都到达最大的节电效果。

目前抽油机平衡的测试平价方法和有关的标准，都不能使抽油机在耗电最少的最佳点运行。

中国专利CN104453791A公开了一种游梁式抽油机的平衡调节装置及方法，其采用抽油机下冲电流(或者功率)除以抽油机上冲电流(或者功率)来判断评价抽油机的平衡情况，只要平衡度的值在80％—110％(标准规定合格范围)的范围内，就认为是合格的，平衡块就不作调整。但研究资料表明抽油机平衡度都对应一个耗电最小的对应点，每台抽油机因工况不同，耗电最少时对应的平衡度数值也不一样，有的对应的平衡度是80％、有的对应的平衡度是90％、有的对应的平衡度是100％，如图2。在曲线的最低点(也就是耗电最少)因不同的抽油机对应平衡度的值而不同。由于每台抽油机都有一个耗电最少的平衡度对应点，且这个对应点随抽油机的不同而不同。也就是说平衡度在80％—110％的范围内，虽然符合标准要求，但并不一定是耗电最小的对应点，也就是说不能到达最大的节电效果。该专利是控制抽油机平衡度在一定的范围(80％—110％)内运行，并不是在耗电最少的对应点上运行。

中国专利CN103939058A公开了一种风光储联合的游梁式抽油机智能平衡装置，该专利的重点是利用风能和太阳能作为调节平衡电机所需电源，减小或者取消电网供给电能。也就是调节装置本身不需要从电网提供电能。解决的主要问题是，主电机所节电量被平衡块调节电机的耗电量抵消掉，整体不节电。该专利的本质是风能和太阳的利用，与平衡联系在一起，实属牵强。平衡块调节电机如果24小时都在运行调节，确实消耗一部分电量，甚至把主电机节约的电量抵消掉。但该专利更没有也不能找掉抽油机耗电最小的对应点，也就不能达到最大的节电效果。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种游梁式抽油机平衡度最小功率法自动调节装置及方法，自动找到抽油机耗电最少的平衡块对应点，该装置可使抽油机在运行过程中始终保持在耗电最少的状态，即抽油机调平衡达到最大的节电效果。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

游梁式抽油机平衡度最小功率法自动调节装置，

包括处理器，所述处理器与倾角传感器连接，倾角传感器采集抽油机的倾角信号；

所述处理器与电流电压传感器连接，电流电压传感器采集抽油机驱动电机的输入电压和输入电流；

所述处理器与平衡块调节电机驱动电路连接，平衡块调节电机驱动电路驱动平衡块调节电机旋转，平衡块移动电机带动平衡块在抽油机上移动。

所述处理器通过串口与第一A/D转换电路连接，第一A/D转换电路与倾角传感器连接。

所述处理器通过串口与第二A/D转换电路连接，第二A/D转换电路与电流电压传感器连接。

所述处理器通过串口与D/A转换电路连接，D/A转换电路与平衡块调节电机驱动电路连接。

进一步的，所述平衡块调节电机与计数器连接，计数器记录并存储平衡块调节电机旋转的转数，所述计数器与处理器连接；平衡块调节电机旋转的转数对应于平衡块的实际位置，用电机的转数取代位置的直接测量，电路传感器简单，精度更高、更准确。

优选的，所述处理器通过串口与键盘连接，所述处理器通过串口与显示驱动器连接，显示驱动器与显示器连接；可以实现平衡度自动调节周期、调节时间、平衡块每次移动距离的设定。

所述处理器与电源模块连接，电源模块还与平衡块调节电机驱动电路连接。

所述处理器还具有通信模块，实现数据远传，能够与数字化油田建设实现很好的兼容。

游梁式抽油机平衡度最小功率法自动调节方法，包括以下步骤：

步骤1：检测抽油机驱动电机在一个整冲程内瞬态的输入电压和输入电流；

步骤2：计算出抽油机驱动电机在一个整冲程内的瞬态功率，将多个瞬态功率进行加权平均，计算出抽油机驱动电机一个整冲程内的平均功率；利用同样的方法测试计算出抽油机驱动电机多个整冲程的平均功率，取多个平均功率的平均值作为抽油机驱动电机的平均输入功率；

步骤3：根据抽油机驱动电机的平均输入功率，通过减小或增大平衡块的旋转半径实现抽油机平衡度的调整，找出抽油机驱动电机的最小功率与平衡块的位置对应点；

步骤4：将平衡块移动到抽油机驱动电机的最小功率所对应的平衡块的位置对应点，并保持抽油机在该平衡状态下运行。

所述步骤1的具体步骤为：

处理器控制倾角传感器对抽油机的光杆运行的上下位置进行检测，当检测到抽油机的光杆运行至下死(最低)点时，处理器控制电流电压传感器开始采集抽油机驱动电机的输入电压和输入电流，且电流电压传感器持续采集至倾角传感器再次检测到抽油机的光杆运行到下死点时，处理器计算出抽油机一个整冲程内抽油机驱动电机的瞬态功率并保存记录。

所述步骤3的具体步骤为：

步骤3-1：处理器测试计算出抽油机驱动电机的第一个平均输入功率，将第一个平均输入功率所对应的平衡块的位置作为基准点；

步骤3-2：处理器控制平衡块调节电机驱动电路驱动平衡块调节电机旋转，平衡块调节电机带动平衡块移动，平衡块移动设定距离后，平衡块调节电机停止旋转，计数器记录平衡块调节电机的转数，得到平衡块调节电机的转数与平衡块移动距离相对应的关系，处理器开始测试计算抽油机驱动电机的第二个平均输入功率；处理器自动比较第一个平均输入功率和第二个平均输入功率的大小，根据比较得到的结果进行后续相应的调整测试，调整测试时根据平衡块调节电机的转数调节平衡块的移动距离；

步骤3-3：处理器根据测试得到的抽油机驱动电机的平均功率和平衡块的位置绘制出抛物线；

步骤3-4：步骤3-3中抛物线的最低点对应的平衡块的位置即为抽油机驱动电机最小功率与平衡块的位置对应点。

所述步骤3-2中当第一个平均输入功率小于第二个平均输入功率时，处理器控制平衡块调节电机反方向旋转，平衡块调节电机带动平衡块反方向移动，每移动一段设定的距离，处理器测试计算一次抽油机驱动电机的平均功率；处理器自动将最近一次的平均功率与上一次的平均功率进行比较，若最近一次的平均功率小于上一次的平均功率，则继续按设定的距离移动平衡块，测试抽油机驱动电机的平均功率并和上一次的平均功率比较；若最近一次的平均功率大于上一次的平均功率时，再继续将平衡块沿同一方向移动测试两次；若平衡块移动到极限位置，平衡功率仍继续变小，此时需人工停机，增加或更换重量大的平衡块后重新初始化测试和逐次对比测试。

所述步骤3-2中当第一个平均输入功率大于第二个平均输入功率时，处理器控制平衡块调节电机继续沿同一方向旋转，平衡块调节电机带动平衡块继续沿同一方向移动，每移动一段设定的距离，处理器测试计算一次抽油机驱动电机的平均功率；处理器自动将最近一次的平均功率与上一次的平均功率进行比较，若最近一次的平均功率小于上一次的平均功率，则继续按设定的距离移动平衡块，测试抽油机驱动电机的平均功率并和上一次的平均功率比较；若最近一次的平均功率大于上一次的平均功率时，再继续将平衡块沿同一方向移动测试两次；若平衡块移动到极限位置，平衡功率仍继续变小，此时需人工停机，拆除或更换重量小的平衡块后重新初始化测试和逐次对比测试。

优选的，所述步骤3中在抛物线的最低端进行中间插值点的平均功率测试计算，即在得到的两个最小平均功率对应的平衡块位置点的中间点，将平衡块移动至该中间点，测试该中间点抽油机驱动电机的平均功率，根据得到的结果对抛物线进行修正。

本发明的有益效果为：

本发明的游梁式抽油机平衡度最小功率法自动调节装置及方法可以找出抽油机驱动电机最小功率所对应的平衡块的位置，将平衡块移动到该位置后，既可以保证抽油机处于平衡的状态，增长抽油杆抽油泵的使用周期，提升抽油机系统效率，且减少发电功率对供电网络的影响；又可使抽油机在运行过程中始终保持在耗电最少的状态，即将抽油机调平衡达到最大的节电效果。同时本发明可以降低采油工人的劳动强度，提高劳动效率；减少因调平衡的停井时间，提高抽油机井的运行时率而增加油井的产量。

附图说明

图1为本发明背景技术中平衡块人工调节示意图；

图2为抽油机平衡度与电机输入功率对应关系图；

图3为本发明游梁式抽油机平衡度最小功率法自动调节装置原理示意图；

图4为抽油机平均功率与平衡块位置关系示意图；

图中，1为平衡块，2为平衡块固定螺丝，3为曲柄，4为曲柄轴。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图3所示，游梁式抽油机平衡度最小功率法自动调节装置工作原理为：

抽油机在运行的每一时刻，功率都在随负载的变化而变化着，上冲程功率大，下冲程功率小。传统的平均功率测试方法是，测试2分钟的瞬时值取其加权平均值作为平均功率。这种方法的问题是，由于每次开始和结束的时间与抽油机上冲程或者下冲程的对应点不同，会造成前后二次的测试误差很大。为了在同一台抽油机上每次测试的平均功率都一致，本调节装置采用整冲程测试平均功率。首先CPU(STM32核心芯片)对倾角传感器发出指令，对抽油机的光杆运行的上下位置实时检测，当检测到抽油机的光杆运行到下死(最低)点时，倾角传感器给出信号，通过串口输入到CPU计算控制中心，CPU计算控制中心接收到此信号后，对电流电压传感器发出快速采集命令，也就是对抽油机驱动电机D1的输入电压和输入电流进行快速采集，根据采集电压电流的结果快速计算出驱动电机D1每一时刻的功率，并自动保存记录，这种瞬态功率的测试持续到倾角传感器再次检测到抽油机光杆运行到下死点时，也就是说完成抽油机一个整冲程(光杆上下一次)功率的瞬态测试。CPU计算控制中心根据抽油机一个整冲程记录的多个功率的瞬态值实施加权平均，计算出抽油机驱动电机D1一个整冲程的平均功率。用同样的方法测试计算出抽油机第二个整冲程平均功率，然后把这二个整冲程的平均功率再实施平均，这二个整冲程的平均值作为抽油机驱动电机D1的平均输入功率。

寻找最小功率与平衡块位置对应点的基本原则，减小或者增大平衡块旋转半径实现抽油机平衡度的调整。平衡块向着曲柄轴方向移动，既减小平衡块的旋转半径，相当于降低平衡块重量；平衡块远离曲柄轴方向移动，既增大平衡块的旋转半径，相当于增加平衡块的重量。如果自动减小或者增大平衡块旋转半径到极限状态仍不能发现最小功率对应点，就需要人工减小或者增大平衡块的重量。

具体实施方法，按照设定的周期和时间，CPU控制系统自动唤醒，在抽油机目前的运行状况下，该装置测试计算出抽油机驱动电机D1第一个平均输入功率，这个平均功率对应的平衡块位置可能出现在图3中曲线上任意位置。以此点为基准(平衡块距曲柄轴的距离对应的抽油机驱动电机D1的第一次平均输入功率)，基准点确定之后，CPU向平衡块移动电机D2的驱动电路发出正向旋转指令，平衡块移动电机D2通过减速装置移动平衡块向着曲柄轴方向移动(此时减小平衡块的旋转半径，相当于降低平衡块的重量)，当移动到设定的距离后，电机D2停止旋转，CPU通过计数器记录并存储电机D2旋转的转数(由此可以得到平衡块移动电机D2转数与平衡块移动距离之间的关系，后续进行调整平衡块的位置时均根据相对应的平衡块移动电机D2转数进行调节)，并开始测试抽油机驱动电机D1第二个平均输入功率。此时，CPU自动比较基准点和第二次测试抽油机驱动电机D1平均输入功率的大小，结果会因基准点处的位置不同而有二种截然相反的结果。第一种情况是第二次测试的平均输入功率大于基准点的平均功率，第二种情况是第二次测试的平均输入功率小于基准点的平均功率。

抽油机平均功率与平衡块位置关系图见图4所示。当第一种情况出现时(第二次测试的平均输入功率大于基准点的平均功率)，可以判断出基准点在图4中曲线上3、1、2、8、9一侧。此时，CPU发出指令，电机D2反方向旋转，并通过减速装置移动平衡块远离曲柄轴方向移动(此时增大平衡块的旋转半径，相当于增加平衡块的重量)，每移动一段设定的距离，测试记录一次平均功率，CPU自动与上一次的平均功率进行比较，只要是平均功率小于上一次的平均功率，就要继续按设定的距离(每次移动的距离相等)移动平衡块，并自动进行测试和比较。当出现平均功率高于临近上一次的平均功率时，再继续同一方向移动测试二次。CPU根据每次测试的平均功率和对应平衡块的位置就自动绘制出图4所示开口向上的抛物线。如果平衡块旋转半径移动到最大极限位置，平均功率仍然下降变小，没有出现上升的拐点，此情况应人工停机，增加或者更换重量大的平衡块后重新初始化测试和逐点对比测试。

当第二种情况出现时(第二次测试的平均输入功率小于基准点的平均功率)，可以判断出基准点在图4中曲线上3、4、5、6、7一侧。此时CPU发出指令，平衡块移动电机D2继续正向旋转，并通过减速装置移动平衡块向着曲柄轴方向移动(此时减小平衡块的旋转半径，相当于降低平衡块的重量)，每移动一段设定的距离，测试记录一次平均功率，CPU自动与上一次的平均功率进行比较，只要是平均功率小于上一次的平均功率，就要继续按设定的距离(每次移动的距离相等)移动平衡块，并自动进行测试和比较。当出现平均功率高于临近上一次的平均功率时，再继续同一方向移动测试二次。CPU根据每次测试的平均功率和平衡块的位置自动绘制出图4所示开口向上的抛物线。如果平衡块旋转半径移动到最小极限位置，平均功率仍然下降变小，没有出现上升的拐点，此情况应人工停机，拆除或者更换重量轻的平衡块后重新初始化测试和逐点对比测试。

为了提高最小功率与平衡块对应点的精度，在抛物线的最低端附近还要进行中间插值的测试，既二个最小功率(图4中A、B二点)对应点中间(图4中第“3”点)。移动平衡块至二个最小功率对应点的中间位置(原设定距离的二分之一)，测试该点的平均功率，根据该点的平均功率对图3所示的抛物线进行修正。

CPU从图4曲线上自动确定最小功率对应的平衡块位置，向平衡块移动电机D2发出指令，把平衡块移动到最小功率对应的位置，并保持抽油机在该平衡状态下运行。(平衡块的位置不同，对应的抽油机的输入功率不同，经过反复自动调整对比之后找出平均功率最小时平衡块的对应位置。找到这个位置再把平衡块移动到这个位置，就是根据记录电机的转数进行调节。每一个点对应的横坐标就是平衡块距曲柄轴的距离，这个距离就是用记录电机的转数取代平衡块位置距离的直接测量。)

键盘和显示屏结合，可以实现平衡度自动调节周期、调节时间、平衡块每次移动距离的设定。自动调整周期以小时的整数倍任意设定，一般设定为24小时或者48小时；调整时间也可以任意设定；平衡块每次移动距离依毫米为单位任意设定。平衡块调节电机每24小时或者48小时调节一次，每次调节累计时间约0.5小时。其他时间整个调节系统处于休眠状态。这种考虑主要在于：抽油机在正常运行的状态下，平衡度在数十小时内变化很小。

该调节装置还具有数据远传功能，能够与数字化油田建设实现很好的兼容。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.游梁式抽油机平衡度最小功率法自动调节装置，其特征是，

包括处理器，所述处理器与倾角传感器连接，倾角传感器采集抽油机的倾角信号；

所述处理器与电流电压传感器连接，电流电压传感器采集抽油机驱动电机的输入电压和输入电流；

所述处理器与平衡块调节电机驱动电路连接，平衡块调节电机驱动电路驱动平衡块调节电机旋转，平衡块移动电机带动平衡块在抽油机上移动。

2.如权利要求1所述的游梁式抽油机平衡度最小功率法自动调节装置，其特征是，所述处理器通过串口与第一A/D转换电路连接，第一A/D转换电路与倾角传感器连接；所述处理器通过串口与第二A/D转换电路连接，第二A/D转换电路与电流电压传感器连接；所述处理器通过串口与D/A转换电路连接，D/A转换电路与平衡块调节电机驱动电路连接。

3.如权利要求1或2所述的游梁式抽油机平衡度最小功率法自动调节装置，其特征是，所述平衡块调节电机与计数器连接，计数器记录并存储平衡块调节电机旋转的转数，所述计数器与处理器连接。

4.如权利要求1所述的游梁式抽油机平衡度最小功率法自动调节装置，其特征是，所述处理器通过串口与键盘连接，所述处理器通过串口与显示驱动器连接，显示驱动器与显示器连接；所述处理器与电源模块连接，电源模块还与平衡块调节电机驱动电路连接；所述处理器还具有通信模块。

5.游梁式抽油机平衡度最小功率法自动调节方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤1：检测抽油机驱动电机在一个整冲程内瞬态的输入电压和输入电流；

步骤2：计算出抽油机驱动电机在一个整冲程内的瞬态功率，将多个瞬态功率进行加权平均，计算出抽油机驱动电机一个整冲程内的平均功率；利用同样的方法测试计算出抽油机驱动电机多个整冲程的平均功率，取多个平均功率的平均值作为抽油机驱动电机的平均输入功率；

步骤3：根据抽油机驱动电机的平均输入功率，通过减小或增大平衡块的旋转半径实现抽油机平衡度的调整，找出抽油机驱动电机的最小功率与平衡块的位置对应点；

步骤4：将平衡块移动到抽油机驱动电机的最小功率所对应的平衡块的位置对应点，并保持抽油机在该平衡状态下运行。

6.如权利要求5所述的游梁式抽油机平衡度最小功率法自动调节方法，其特征是，所述步骤1的具体步骤为：

处理器控制倾角传感器对抽油机的光杆运行的上下位置进行检测，当检测到抽油机的光杆运行至下死点时，处理器控制电流电压传感器开始采集抽油机驱动电机的输入电压和输入电流，且电流电压传感器持续采集至倾角传感器再次检测到抽油机的光杆运行到下死点时，处理器计算出抽油机一个整冲程内抽油机驱动电机的瞬态功率并保存记录。

7.如权利要求5所述的游梁式抽油机平衡度最小功率法自动调节方法，其特征是，所述步骤3的具体步骤为：

步骤3-1：处理器测试计算出抽油机驱动电机的第一个平均输入功率，将第一个平均输入功率所对应的平衡块的位置作为基准点；

步骤3-2：平衡块调节电机带动平衡块移动，平衡块移动设定距离后，平衡块调节电机停止旋转，记录平衡块调节电机的转数，得到平衡块调节电机的转数与平衡块移动距离相对应的关系，计算抽油机驱动电机的第二个平均输入功率；比较第一个平均输入功率和第二个平均输入功率的大小，根据比较得到的结果进行后续相应的调整测试，调整测试时根据平衡块调节电机的转数调节平衡块的移动距离；

步骤3-3：处理器根据测试得到的抽油机驱动电机的平均功率和平衡块的位置绘制出抛物线；

步骤3-4：步骤3-3中抛物线的最低点对应的平衡块的位置即为抽油机驱动电机最小功率与平衡块的位置对应点。

8.如权利要求7所述的游梁式抽油机平衡度最小功率法自动调节方法，其特征是，所述步骤3-2中当第一个平均输入功率小于第二个平均输入功率时，平衡块调节电机带动平衡块反方向移动，每移动一段设定的距离，计算一次抽油机驱动电机的平均功率；若最近一次的平均功率小于上一次的平均功率，则继续按设定的距离移动平衡块；若最近一次的平均功率大于上一次的平均功率，再继续将平衡块沿同一方向移动测试两次；若平衡块移动到极限位置，平衡功率仍继续变小，此时需人工停机，增加或更换重量大的平衡块后重新初始化测试和逐次对比测试。

9.如权利要求7所述的游梁式抽油机平衡度最小功率法自动调节方法，其特征是，所述步骤3-2中当第一个平均输入功率大于第二个平均输入功率时，平衡块调节电机继续带动平衡块继续沿同一方向移动，每移动一段设定的距离，计算一次抽油机驱动电机的平均功率；若最近一次的平均功率小于上一次的平均功率，则继续按设定的距离移动平衡块；若最近一次的平均功率大于上一次的平均功率时，再继续将平衡块沿同一方向移动测试两次；若平衡块移动到极限位置，平衡功率仍继续变小，此时需人工停机，拆除或更换重量小的平衡块后重新初始化测试和逐次对比测试。

10.如权利要求7所述的游梁式抽油机平衡度最小功率法自动调节方法，其特征是，所述步骤3中在抛物线的最低端进行中间插值点的平均功率测试计算，即在得到的两个最小平均功率对应的平衡块位置点的中间点，将平衡块移动至该中间点，测试该中间点抽油机驱动电机的平均功率，根据得到的结果对抛物线进行修正。