CN111894552A - 一种功率法抽油机平衡分析仪 - Google Patents
一种功率法抽油机平衡分析仪 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111894552A CN111894552A CN202010759910.3A CN202010759910A CN111894552A CN 111894552 A CN111894552 A CN 111894552A CN 202010759910 A CN202010759910 A CN 202010759910A CN 111894552 A CN111894552 A CN 111894552A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- balance
- pumping unit
- power
- crank
- weight
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000005086 pumping Methods 0.000 title claims abstract description 178
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 78
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 title claims abstract description 38
- 238000007405 data analysis Methods 0.000 claims abstract description 23
- 238000013500 data storage Methods 0.000 claims abstract description 23
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims abstract description 17
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 22
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 18
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 13
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 12
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 9
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 6
- 230000009347 mechanical transmission Effects 0.000 claims description 6
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 5
- NAWXUBYGYWOOIX-SFHVURJKSA-N (2s)-2-[[4-[2-(2,4-diaminoquinazolin-6-yl)ethyl]benzoyl]amino]-4-methylidenepentanedioic acid Chemical compound C1=CC2=NC(N)=NC(N)=C2C=C1CCC1=CC=C(C(=O)N[C@@H](CC(=C)C(O)=O)C(O)=O)C=C1 NAWXUBYGYWOOIX-SFHVURJKSA-N 0.000 claims description 3
- CLOMYZFHNHFSIQ-UHFFFAOYSA-N clonixin Chemical compound CC1=C(Cl)C=CC=C1NC1=NC=CC=C1C(O)=O CLOMYZFHNHFSIQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 3
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 3
- 238000007726 management method Methods 0.000 abstract description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 5
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B47/00—Pumps or pumping installations specially adapted for raising fluids from great depths, e.g. well pumps
- F04B47/14—Counterbalancing
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
- G01R19/10—Measuring sum, difference or ratio
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R21/00—Arrangements for measuring electric power or power factor
- G01R21/06—Arrangements for measuring electric power or power factor by measuring current and voltage
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Reciprocating Pumps (AREA)
Abstract
本发明涉及一种功率法抽油机平衡分析仪，其包括：功率采集卡，用于采集抽油机的功率数据；功率数据存储模块，用于接收和存储功率数据；基础数据存储模块，用于预存抽油机的基础数据；基础数据包括抽油机型号、电动机型号、平衡方式(曲柄、游梁、复合)、曲柄长度、平衡块数量、平衡块单重(曲柄、游梁)、平衡块重心半径(曲柄、游梁)等；数据分析模块将基础数据和功率数据作为已知量，执行功率法平衡分析运算的方法计算出平衡分析结果，执行平衡调整方法计算出平衡调整量；显示输出模块，用于输出显示上述平衡分析结果，平衡调整量和平衡调整方式建议。本发明主要用于油田现场的日常管理应用，可以方便地分析、评价、指导抽油机井的平衡调整，实现节约电能、延长设备使用寿命的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种机电一体化的软硬件结合的技术产品，具体涉及抽油机的功率法平衡分析仪。
背景技术
在抽油机井管理中，平衡率是衡量抽油机井管理水平的一个重要指标，传统的平衡分析方法是以抽油机上下冲程中出现的峰值电流作为测试参数进行计算，评判标准是电流平衡度
在0.85～1.18之间为平衡。在实际操作过程中，对比电流平衡和功率平衡的耗电情况发现，功率平衡的抽油机井运行能耗更小。因此，2009年中石油重新制定了《抽油机平衡及操作》企业标准，提出了功率法平衡分析运算方法和平衡调整方法，完善了曲柄平衡、游梁平衡和复合平衡的计算方法。标准适用于除气动平衡方式以外的各种机械平衡方式(含曲柄平衡、游梁平衡、复合平衡、下偏杠铃平衡)的游梁式抽油机。
但是，功率法平衡分析需要专业的系统效率综合测试仪和专业化分析软件才能完成，通用性和易用性不够，难以大面积推广。
发明内容
(一)要解决的技术问题
鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种便于现场使用的抽油机平衡分析仪，可以使用功率法进行抽油机的平衡评价和平衡调整计算，操作简单、安全，成本低，便于推广应用。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明的技术解决方案是这样实现的，将抽油机用电动机的功率曲线采集模块和《抽油机平衡及操作》中规定的平衡分析方法相结合，开发出一种便携式的功率法平衡分析仪，可以现场测试、分析抽油机的平衡状况，提出调整建议，调整后可以通过测试数据进行调整结果的分析评价。
本发明的技术方案包括：
一种功率法抽油机平衡分析仪，其包括：
功率采集卡，用于采集抽油机的功率数据；
功率数据存储模块，用于接收和存储所述功率数据；
基础数据存储模块，用于预存抽油机的基础数据；所述基础数据包括：抽油机型号、电动机型号、平衡方式、曲柄长度、平衡块数量、平衡块单重、平衡块重心半径；所述平衡方式为曲柄平衡、游梁平衡或复合平衡；所述平衡块单重是指曲柄单重或游梁单重；所述平衡块重心半径为曲柄的重心半径或游梁的重心半径；
数据分析模块，获取所述基础数据和所述功率数据存储模块存储的功率数据，执行功率法平衡分析运算方法计算平衡分析结果，同时执行平衡调整方法计算出平衡调整量，给出平衡调整建议；
显示输出模块，用于输出显示上述平衡分析结果，平衡调整量和平衡调整建议。
其中，所述数据分析模块通常为一个工控单片机。
优选地，所述功率法平衡分析运算方法和平衡调整方法以计算机软件程序的形式预先植入所述数据分析模块，由所述数据分析模块进行运行该软件；所述功率数据存储模块、基础数据存储模块、数据分析模块、显示输出模块封装在一个独立的手持式仪器中；所述功率采集卡则以无线连接所述功率数据存储模块。优选的，该手持式仪器的面积尺寸为5-20cm*5-20cm的带有触控显示屏的便携式电子装置。
其中，所述功率法平衡分析运算方法、平衡调整方法为中石油2019年制定的《抽油机平衡及操作》中制定的功率法平衡分析运算方法和平衡调整方法，包括曲柄平衡、游梁平衡和复合平衡的计算方法。
优选地，所述功率采集卡连接一次仪表，所述一次仪表用于测量抽油机的电流值和电压值，并根据电流值和电压值的乘积计算功率，得到抽油机一段时间的功率曲线。
优选地，所述功率采集卡对曲柄旋转一周采集144个功率数据，按照曲柄旋转一周所需时间等时间间隔进行均匀采集。
优选地，所述数据分析模块根据输出的平衡调整建议进行抽油机的平衡调整，并产生新的电压电流值，由所述一次仪表对抽油机的电流电压值进行现场测试，并将测试值发送给所述功率采集卡，所述数据分析模块再次结合基础数据并执行功率法平衡运算分析方法输出平衡分析结果，执行平衡调整方法计算平衡调整量并输出平衡调整建议，直至获得最佳平衡参数。
优选地，所述功率法平衡分析运算方法，包括如下步骤：
S1:假设一个冲程周期测试记录了N组数据，对于曲柄平衡方式从曲柄位于12点钟位置开始，对于游梁平衡方式从悬点位于下死点开始，前N/2组输入功率值平均就是抽油机上冲程平均功率
后N/2组输入功率值平均就是下冲程平均功率
S2:功率平衡度及平衡判别
功率平衡度
为抽油机的上、下冲程平均功率之比，以较大值为分母，用小数表示；
当上、下冲程的平均功率有一项为零或负值时，功率平衡度
为零；当功率平衡度
小于0.5时，可判定抽油机不平衡，需对抽油机进行平衡调整；或者，
S2步骤进行电流平衡度及平衡判别，方法为：
电流平衡度
为抽油机的下冲程峰值电流与上冲程峰值电流的比值，用小数表示；
欠平衡和过平衡均属于不平衡状态，均需进行平衡调整。
优选地，所述计算平衡调整量时，是以由抽油机系统效率测试仪或专业软件按SY/T5044-2003标准中的均方根扭矩最小法则或上下冲程中最大扭矩相等的法则确定。
上述方法是针对抽油机设有系统效率测试仪或专业软件的情况，而对于没有抽油机系统效率测试仪或专业软件时，可按下述提供的简易方法计算。具体地，所述平衡调整量的计算，分为曲柄平衡块、游梁平衡块和复合平衡块三种情况分别计算。
具体如下：
第一种：对于曲柄平衡的抽油机，首先计算新安装平衡抽油机曲柄平衡块的初始安装半径，再计算运行中抽油机曲柄平衡块的安装位置调整量；曲柄平衡块的初始安装半径r按(4)式计算：
式中：Wg表示抽油机井杆柱的重量，kN；
Wl表示活塞上承受液柱的重量，kN；
G表示抽油机的结构不平衡重，kN；
S表示光杆冲程，m；
Gb表示单块曲柄的重量，kN；
rb表示曲柄重心到减速器输出轴的距离，m；
Gq表示单块曲柄平衡块的重量，kN；
n表示准备安装的曲柄平衡块的数目；
对于运行中的曲柄平衡的抽油机，其曲柄平衡块的安装位置调整量Δr按(8)式计算，Δr的单位是m，Δr为正表示要向外调整，Δr为负表示要向内调整；
式中：
表示上冲程电动机平均输出功率，kW；
μT表示抽油机的机械传动效率；
NS表示光杆冲次，1/min；
Gq表示单块曲柄平衡块的重量，kN；
n表示准备移动的曲柄平衡块的数目；
如果当前的抽油机没有平衡块，n就是想增加平衡块的数目；
当不知道电机型号或不方便测试电动机的空载功率和定子电阻、因而无法计算电动机的输出功率时，抽油机曲柄平衡块的安装位置调整量Δr按(9)式计算：
式中：
表示上冲程电动机平均输入功率，kW；
μd表示抽油机井的地面效率，按SY/T 5266-1996的规定计算；
如果只测试了电力曲线而没有进行系统效率测试，需要进行平衡调整时，
的值取0.8～0.9。
第二种：对于游梁平衡的抽油机，首先计算新安装平衡抽油机游梁平衡块的初始重量，再计算运行中抽油机游梁平衡块的重量调整量；
游梁平衡块的初始重量Gy按(5)式计算：
式中：
Wg表示抽油机井杆柱的重量，kN；
Wl表示活塞上承受液柱的重量，kN；
G表示抽油机的结构不平衡重，kN；
S表示光杆冲程，m；
Gb表示单块曲柄的重量，kN；
rb表示曲柄重心到减速器输出轴的距离，m；
Hy表示游梁平衡块上下移动的高程差，m，按(6)式计算：
式中：Ly表示抽油机平衡臂长度，m；
A表示抽油机前臂长度，m；
S表示光杆冲程，m；
α表示游梁平衡角，即下偏角，rad；
对于运行中的游梁平衡的抽油机，其游梁平衡块的重量调整量ΔGy按(10)式计算，ΔGy的单位是kN，ΔGy为正表示要增加游梁平衡块的重量，ΔGy为负表示要减少游梁平衡块的重量；
式中：
表示上冲程电动机平均输出功率，kW；
μT表示抽油机的机械传动效率；
NS表示光杆冲次，1/min；
Hy表示游梁平衡块上下移动的高程差，m；
当不知道电机型号或不方便测试电动机的空载功率和定子电阻、因而无法计算电动机的输出功率时，抽油机游梁平衡块的调整量ΔGy按(11)式计算：
式中：
表示上冲程电动机平均输入功率，kW；
μd表示抽油机井的地面效率，按SY/T 5266-1996的规定计算；如果只测试了电力曲线而没有进行系统效率测试，需要进行平衡调整时，
的值取0.8～0.9。
第三种：对于复合平衡的抽油机，其采用曲柄和游梁平衡；首先计算新安装复合平衡抽油机的最大曲柄平衡位置或最大游梁平衡块重量；实际的曲柄平衡块初始安装位置和游梁平衡块初始重量在上述最大值之间选取；再计算运行中复合抽油机的最大曲柄平衡块的安装位置调整量或最大游梁平衡块重量调整量，实际的曲柄平衡块安装位置调整量和游梁平衡块重量调整量，在上述最大值之间选取；具体地，
对于复合平衡的抽油机，其平衡方程如(7)式所示：
2×r×n×Gq+Gy×Hy+4×Gb×rb＝(Wg+Wl/2+G)×S (7)
按(7)式确定最大的曲柄平衡位置或最大的游梁平衡块重量，实际的曲柄平衡块初始安装位置和游梁平衡块重量在上述最大值之间选取；
对于运行中的复合平衡的抽油机，其平衡方程如(12)式所示：
先按上述(8)式或(9)式确定Δr作为最大的曲柄平衡块的安装位置调整量，再按(10)式或(11)式确定ΔGy作为最大的游梁平衡块重量调整量；实际的曲柄平衡块安装位置调整量和游梁平衡块重量调整量，在上述最大值之间选取；
其中，既可以先选取游梁平衡调整量，代入(12)式，再解出曲柄平衡块的调整量，也可以先选取曲柄平衡块的调整量，代入(12)式，再解出游梁平衡块的调整量。
(三)有益效果
(1)利于微电子技术将功率数据存储模块、基础数据存储模块、数据分析模块、显示输出模块封装在一个独立的手持式仪器中；功率采集卡则以无线通讯方式连接功率数据存储模块，使传统测试仪缩小了体积，整合后便于携带。(2)整合了目前常用的功率法平衡分析运算方法；(3)将复杂的平衡分析运算方法以计算机软件程序方式预植到手持式仪器中(由数据分析模块运行该程序，数据分析模块优选是工控单片机)封装起来，使抽油机功率法平衡的计算和输出显示，实现简单化，使功率法平衡分析的操作简单易行，适合现场配备和推广。数据分析模块中算法来源于最新企业标准，便于统一分析评价标准，提升抽油机井管理水平。(4)本发明还能够利用历史记录实现调整结果的评价计算，使得平衡调整的效果可以定量化考核。本发明主要用于油田现场的日常管理应用，可以方便地分析、评价、指导抽油机井的平衡调整，实现节约电能、延长设备使用寿命的目的。
附图说明
图1为功率法平衡分析仪(手持部分)的示意图。
图2为本发明功率法平衡分析仪的系统组成框图。
图3为发明功率法平衡分析仪运行的基本流程图。
图4为本发明功率法平衡分析仪进行平衡分析时更具体的逻辑框图。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
如图2所示，为本发明一种功率法抽油机平衡分析仪的系统组成框图，其包括：功率采集卡11，用于采集抽油机的功率数据；数据通信模块12，用于将功率采集卡11采集的抽油机功率数据发送给功率数据存储模块13进行存储。基础数据模块14预存有抽油机的基础数据。基础数据包括：抽油机型号、电动机型号、平衡方式(曲柄平衡、游梁平衡或复合平衡)、曲柄长度、平衡块数量、平衡块单重(曲柄、游梁)、平衡块重心半径(曲柄、游梁)。数据分析模块15，调取基础数据存储模块14和功率数据存储模块13中的数据，运行预先植入计算机软件程序进行功率法平衡分析和平衡调整量的计算，计算后输出平衡分析结果和平衡调整量，并输出平衡调整建议。显示输出模块16，用于输出显示上述平衡分析结果，平衡调整量和平衡调整方向建议。优选的，数据分析模块15通常为一个工控单片机。
图1所示，功率数据存储模块13、基础数据存储模块14、数据分析模块15、显示输出模块16封装在一个独立的手持式仪器中，而功率采集卡11则单独设置在抽油机一侧，通过数据通信模块12以无线通讯方式向功率数据存储模块13传输其采集的功率数据。优选的，该手持式仪器的尺寸为5-20cm×5-20cm的带有触控显示屏的便携式电子装置。
其中，在抽油机一侧的功率采集卡11连接一次仪表，一次仪表用于测量抽油机的电流值和电压值，并根据电流值和电压值的乘积计算功率，得到抽油机一段时间的功率曲线。功率采集卡对曲柄旋转一周采集144个功率数据，并按照曲柄旋转一周所需总时间除以144后，等时间间隔进行均匀采集。
其中，所述计算机软件程序是依照中石油2019年制定的《抽油机平衡及操作》中制定的功率法平衡分析运算方法和平衡调整方法所编写的程序，包括曲柄平衡、游梁平衡和复合平衡的计算方法。该软件程序由数据分析模块进行运行。
其中，功率法平衡分析运算方法如下：
S1:假设一个冲程周期测试记录了N组数据，对于曲柄平衡方式从曲柄位于12点钟位置开始，对于游梁平衡方式从悬点位于下死点开始，前N/2组输入功率值平均就是抽油机上冲程平均功率
后N/2组输入功率值平均就是下冲程平均功率
S2:功率平衡度及平衡判别
功率平衡度
为抽油机的上、下冲程平均功率之比，以较大值为分母，用小数表示；
当上、下冲程的平均功率有一项为零或负值时，功率平衡度
为零；当功率平衡度
小于0.5时，可判定抽油机不平衡，需对抽油机进行平衡调整；或者，
S2步骤还进行了电流平衡度及平衡判别，方法为：
电流平衡度
为抽油机的下冲程峰值电流与上冲程峰值电流的比值，用小数表示；
欠平衡和过平衡均属于不平衡状态，均需进行平衡调整。
至于平衡调整方法，即平衡调整量的计算方法，一般以由抽油机系统效率测试仪或专业软件按SY/T5044-2003标准中的均方根扭矩最小法则或上下冲程中最大扭矩相等的法则确定。但在没有抽油机系统效率测试仪或专业软件的情况下，可按本标准提供的简易方法计算(后面详述)。
如图3所示，为本发明的一种功率法抽油机平衡分析仪的使用基本步骤。先向手持式仪器中录入抽油机的基础数据，基础数据包括：抽油机型号、电动机型号、平衡方式(曲柄平衡或游梁平衡或复合平衡)、曲柄长度、平衡块数量、平衡块单重(曲柄或游梁)、平衡块重心半径(曲柄或游梁)等，然后利用功率采集卡11采集抽油机的运行功率，发送给手持式仪器。手持式仪器中的数据分析模块15，将抽油机的基础数据和得到的抽油机的功率数据(功率曲线)作为已知量，运行计算机软件程序，计算得到抽油机平衡分析结果和平衡调整量(即输出平衡结果和调整参数)，由手持式仪器的显示输出模块16输出。
如图4所示，本发明进一步将功率法平衡分析过程和平衡调整进行闭环处理。即根据输出的平衡调整建议对抽油机的参数进行调整，并产生新的电压电流值，由一次仪表对抽油机的电流电压值进行现场测试，并将测试值发送给功率采集卡11，数据分析模块11则再次结合抽油机的基础数据和功率数据，运行计算机软件程序，分析平衡结果和计算平衡调整量并输出，直至获得最佳平衡参数。
关于抽油机平衡调整量的计算方法，按照抽机油的平衡类型，分为曲柄平衡块、游梁平衡块和复合平衡块三种情况分别计算。具体如下：
第一种：对于曲柄平衡的抽油机，首先计算新安装平衡抽油机曲柄平衡块的初始安装半径，再计算运行中抽油机曲柄平衡块的安装位置调整量；曲柄平衡块的初始安装半径r按(4)式计算：
式中：Wg表示抽油机井杆柱的重量，kN；
Wl表示活塞上承受液柱的重量，kN；
G表示抽油机的结构不平衡重，kN；
S表示光杆冲程，m；
Gb表示单块曲柄的重量，kN；
rb表示曲柄重心到减速器输出轴的距离，m；
Gq表示单块曲柄平衡块的重量，kN；
n表示准备安装的曲柄平衡块的数目；
对于运行中的曲柄平衡的抽油机，其曲柄平衡块的安装位置调整量Δr按(8)式计算，Δr的单位是m，Δr为正表示要向外调整，Δr为负表示要向内调整；
式中：
表示上冲程电动机平均输出功率，kW；
μT表示抽油机的机械传动效率；
NS表示光杆冲次，1/min；
Gq表示单块曲柄平衡块的重量，kN；
n表示准备移动的曲柄平衡块的数目；
如果当前的抽油机没有平衡块，n就是想增加平衡块的数目；
当不知道电机型号或不方便测试电动机的空载功率和定子电阻、因而无法计算电动机的输出功率时，抽油机曲柄平衡块的安装位置调整量Δr按(9)式计算：
式中：
表示上冲程电动机平均输入功率，kW；
μd表示抽油机井的地面效率，按SY/T 5266-1996的规定计算；
如果只测试了电力曲线而没有进行系统效率测试，需要进行平衡调整时，
的值取0.8～0.9。
第二种：对于游梁平衡的抽油机，首先计算新安装平衡抽油机游梁平衡块的初始重量，再计算运行中抽油机游梁平衡块的重量调整量；
游梁平衡块的初始重量Gy按(5)式计算：
式中：
Wg表示抽油机井杆柱的重量，kN；
Wl表示活塞上承受液柱的重量，kN；
G表示抽油机的结构不平衡重，kN；
S表示光杆冲程，m；
Gb表示单块曲柄的重量，kN；
rb表示曲柄重心到减速器输出轴的距离，m；
Hy表示游梁平衡块上下移动的高程差，m，按(6)式计算：
式中：Ly表示抽油机平衡臂长度，m；
A表示抽油机前臂长度，m；
S表示光杆冲程，m；
α表示游梁平衡角，即下偏角，rad；
对于运行中的游梁平衡的抽油机，其游梁平衡块的重量调整量ΔGy按(10)式计算，ΔGy的单位是kN，ΔGy为正表示要增加游梁平衡块的重量，ΔGy为负表示要减少游梁平衡块的重量；
式中：
表示上冲程电动机平均输出功率，kW；
μT表示抽油机的机械传动效率；
NS表示光杆冲次，1/min；
Hy表示游梁平衡块上下移动的高程差，m；
当不知道电机型号或不方便测试电动机的空载功率和定子电阻、因而无法计算电动机的输出功率时，抽油机游梁平衡块的调整量ΔGy按(11)式计算：
式中：
表示上冲程电动机平均输入功率，kW；
μd表示抽油机井的地面效率，按SY/T 5266-1996的规定计算；如果只测试了电力曲线而没有进行系统效率测试，需要进行平衡调整时，
的值取0.8～0.9。
第三种：对于复合平衡的抽油机，其采用曲柄和游梁平衡；首先计算新安装复合平衡抽油机的最大曲柄平衡位置或最大游梁平衡块重量；实际的曲柄平衡块初始安装位置和游梁平衡块初始重量在上述最大值之间选取；再计算运行中复合抽油机的最大曲柄平衡块的安装位置调整量或最大游梁平衡块重量调整量，实际的曲柄平衡块安装位置调整量和游梁平衡块重量调整量，在上述最大值之间选取；具体地，
对于复合平衡的抽油机，其平衡方程如(7)式所示：
2×r×n×Gq+Gy×Hy+4×Gb×rb＝(Wg+Wl/2+G)×S (7)
按(7)式确定最大的曲柄平衡位置或最大的游梁平衡块重量，实际的曲柄平衡块初始安装位置和游梁平衡块重量在上述最大值之间选取；
对于运行中的复合平衡的抽油机，其平衡方程如(12)式所示：
先按上述(8)式或(9)式确定Δr作为最大的曲柄平衡块的安装位置调整量，再按(10)式或(11)式确定ΔGy作为最大的游梁平衡块重量调整量；实际的曲柄平衡块安装位置调整量和游梁平衡块重量调整量，在上述最大值之间选取；
其中，既可以先选取游梁平衡调整量，代入(12)式，再解出曲柄平衡块的调整量，也可以先选取曲柄平衡块的调整量，代入(12)式，再解出游梁平衡块的调整量。
在抽油机平衡调整量的计算完成后，通过手持式仪器的显示输出模块16输出平衡调整建议，例如，在一个具体应用例中，显示输出的平衡调整建议包括三部分：
一、现状：
没有安装游梁平衡块；
没有安装曲柄平衡块；
日耗电226kW.h，冲程周期为13.6秒，冲次为4.41次/分；
上电流33.8A，下电流24.1A，电流平衡度0.731,均方根电流15.6A；
功率从13.6kW到22.5kW，变化范围为8.9kW，均方根功率15.6kW
二、建议：
不必调整游梁平衡块(调整量少于2块)
不必调整曲柄平衡块(调整量少于20cm)
提示：本井调平衡日节电量少于5kW·h，如果扭矩不超，则不必调整平衡！
三、预测：
上电流28.6A，下电流26.9A，电流平衡度106％，均方根电流＝39.2A；
功率从6.6kW，到25.1kW，变化范围为18.5kW，均方根功率16.4kW。
预计调平衡可节省有功功率0.32kW·h，日节电量为7.68kW·h左右。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (8)
1.一种功率法抽油机平衡分析仪，其特征在于，包括：
功率采集卡，用于采集抽油机的功率数据；
功率数据存储模块，用于接收和存储所述功率数据；
基础数据存储模块，用于预存抽油机的基础数据；所述基础数据包括：抽油机型号、电动机型号、平衡方式、曲柄长度、平衡块数量、平衡块单重、平衡块重心半径；所述平衡方式为曲柄平衡、游梁平衡或复合平衡；所述平衡块单重是指曲柄单重或游梁单重；所述平衡块重心半径为曲柄长度上的平衡块重心半径或游梁长度上的平衡块重心半径；
数据分析模块，获取所述基础数据和所述功率数据存储模块存储的功率数据，执行功率法平衡分析运算方法计算平衡分析结果，同时执行平衡调整方法计算出平衡调整量，给出平衡调整建议；
显示输出模块，用于输出显示上述平衡分析结果，平衡调整量和平衡调整方向的建议。
2.根据权利要求1所述的一种功率法抽油机平衡分析仪，其特征在于，所述功率法平衡分析运算方法和平衡调整方法以计算机软件程序的形式预先植入所述数据分析模块，由所述数据分析模块运行该软件；所述功率数据存储模块、基础数据存储模块、平衡数据分析模块、显示输出模块封装在一个独立的手持式仪器中；所述功率采集卡则以无线通讯协议连接所述功率数据存储模块。
3.根据权利要求2所述的一种功率法抽油机平衡分析仪，其特征在于，所述功率采集卡连接一次仪表，所述一次仪表用于测量抽油机的电流值和电压值，并根据电流值和电压值的乘积计算功率，得到抽油机一个整周期时间区间内的功率曲线。
4.根据权利要求3所述的一种功率法抽油机平衡分析仪，其特征在于，所述功率采集卡对曲柄旋转一周采集144个功率数据，按照曲柄旋转一周所需时间等时间间隔进行均匀采集。
5.根据权利要求2所述的一种功率法抽油机平衡分析仪，其特征在于，所述数据分析模块根据输出的平衡调整建议进行抽油机的平衡调整，并预测产生新的电压电流值，由所述一次仪表对抽油机的电流电压值进行现场测试，并将测试值发送给所述功率采集卡，所述数据分析模块再次结合基础数据并执行功率法平衡运算分析方法输出平衡分析结果，执行平衡调整方法计算平衡调整量并输出平衡调整建议，直至获得最佳平衡参数。
6.根据权利要求1所述的一种功率法抽油机平衡分析仪，其特征在于，所述功率法平衡分析运算方法，包括如下步骤：
S1:假设一个冲程周期测试记录了N组数据，对于曲柄平衡方式从曲柄位于12点钟位置开始，对于游梁平衡方式从悬点位于下死点开始，前N/2组输入功率值平均就是抽油机上冲程平均功率
后N/2组输入功率值平均就是下冲程平均功率
S2:功率平衡度及平衡判别：
功率平衡度
为抽油机的上、下冲程平均功率之比，以较大值为分母，用小数表示；
当上、下冲程的平均功率有一项为零或负值时，功率平衡度
为零；当功率平衡度
小于0.5时，判定抽油机不平衡，需对抽油机进行平衡调整；
或者，步骤S2进行电流平衡度及平衡判别，方法为：
电流平衡度
为抽油机的下冲程峰值电流与上冲程峰值电流的比值，用小数表示；
其中，欠平衡和过平衡均属于不平衡状态，均需进行平衡调整。
7.根据权利要求6所述的一种功率法抽油机平衡分析仪，其特征在于，所述计算平衡调整量时，是以由抽油机系统效率测试仪或专业软件按SY/T5044-2003标准中的均方根扭矩最小法则或上下冲程中最大扭矩相等的法则确定。
8.根据权利要求6所述的一种功率法抽油机平衡分析仪，其特征在于，所述计算平衡调整量时，根据所述抽油机的平衡方式不同，计算方法不同；具体地，
(A)当所述抽油机为曲柄平衡时；首先计算新安装平衡抽油机曲柄平衡块的初始安装半径，再计算运行中抽油机曲柄平衡块的安装位置调整量；曲柄平衡块的初始安装半径r按(4)式计算：
式中：Wg表示抽油机井杆柱的重量，kN；
Wl表示活塞上承受液柱的重量，kN；
G表示抽油机的结构不平衡重，kN；
S表示光杆冲程，m；
Gb表示单块曲柄的重量，kN；
rb表示曲柄重心到减速器输出轴的距离，m；
Gq表示单块曲柄平衡块的重量，kN；
n表示准备安装的曲柄平衡块的数目；
对于运行中的曲柄平衡的抽油机，其曲柄平衡块的安装位置调整量Δr按(8)式计算，Δr的单位是m，Δr为正表示要向外调整，Δr为负表示要向内调整；
式中：
表示上冲程电动机平均输出功率，kW；
μT表示抽油机的机械传动效率；
NS表示光杆冲次，1/min；
Gq表示单块曲柄平衡块的重量，kN；
n表示准备移动的曲柄平衡块的数目；
如果当前的抽油机没有平衡块，n就是想增加平衡块的数目；
当不知道电机型号或不方便测试电动机的空载功率和定子电阻、因而无法计算电动机的输出功率时，抽油机曲柄平衡块的安装位置调整量Δr按(9)式计算：
式中：
表示上冲程电动机平均输入功率，kW；
μd表示抽油机井的地面效率，按SY/T5266-1996的规定计算；
如果只测试了电力曲线而没有进行系统效率测试，需要进行平衡调整时，
的值取0.8～0.9；
(B)当所述抽油机为游梁平衡时，首先计算新安装平衡抽油机游梁平衡块的初始重量，再计算运行中抽油机游梁平衡块的重量调整量；
游梁平衡块的初始重量Gy按(5)式计算：
式中：
Wg表示抽油机井杆柱的重量，kN；
Wl表示活塞上承受液柱的重量，kN；
G表示抽油机的结构不平衡重，kN；
S表示光杆冲程，m；
Gb表示单块曲柄的重量，kN；
rb表示曲柄重心到减速器输出轴的距离，m；
Hy表示游梁平衡块上下移动的高程差，m，按(6)式计算：
式中：Ly表示抽油机平衡臂长度，m；
A表示抽油机前臂长度，m；
S表示光杆冲程，m；
α表示游梁平衡角，即下偏角，rad；
对于运行中的游梁平衡的抽油机，其游梁平衡块的重量调整量ΔGy按(10)式计算，ΔGy的单位是kN，ΔGy为正表示要增加游梁平衡块的重量，ΔGy为负表示要减少游梁平衡块的重量；
式中：
表示上冲程电动机平均输出功率，kW；
μT表示抽油机的机械传动效率；
NS表示光杆冲次，1/min；
Hy表示游梁平衡块上下移动的高程差，m；
当不知道电机型号或不方便测试电动机的空载功率和定子电阻、因而无法计算电动机的输出功率时，抽油机游梁平衡块的调整量ΔGy按(11)式计算：
式中：
表示上冲程电动机平均输入功率，kW；
μd表示抽油机井的地面效率，按SY/T5266-1996的规定计算；如果只测试了电力曲线而没有进行系统效率测试，需要进行平衡调整时，
的值取0.8～0.9。
(C)当所述抽油机的平衡方式为曲柄和游梁复合平衡时，首先计算新安装复合平衡抽油机的最大曲柄平衡位置或最大游梁平衡块重量；实际的曲柄平衡块初始安装位置和游梁平衡块初始重量在上述最大值之间选取；再计算运行中复合抽油机的最大曲柄平衡块的安装位置调整量或最大游梁平衡块重量调整量，实际的曲柄平衡块安装位置调整量和游梁平衡块重量调整量，在上述最大值之间选取；
具体地，对于复合平衡的抽油机，其平衡方程如(7)式所示：
2×r×n×Gq+Gy×Hy+4×Gb×rb＝(Wg+Wl/2+G)×S (7)
按(7)式确定最大的曲柄平衡位置或最大的游梁平衡块重量，实际的曲柄平衡块初始安装位置和游梁平衡块重量在上述最大值之间选取；
对于运行中的复合平衡的抽油机，其平衡方程如(12)式所示：
先按上述(8)式或(9)式确定Δr作为最大的曲柄平衡块的安装位置调整量，再按(10)式或(11)式确定ΔGy作为最大的游梁平衡块重量调整量；实际的曲柄平衡块安装位置调整量和游梁平衡块重量调整量，在上述最大值之间选取；
其中，先选取游梁平衡调整量，代入(12)式，解出曲柄平衡块的调整量，或者先选取曲柄平衡块的调整量，代入(12)式，解出游梁平衡块的调整量。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010759910.3A CN111894552A (zh) | 2020-07-31 | 2020-07-31 | 一种功率法抽油机平衡分析仪 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010759910.3A CN111894552A (zh) | 2020-07-31 | 2020-07-31 | 一种功率法抽油机平衡分析仪 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111894552A true CN111894552A (zh) | 2020-11-06 |
Family
ID=73183879
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010759910.3A Pending CN111894552A (zh) | 2020-07-31 | 2020-07-31 | 一种功率法抽油机平衡分析仪 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111894552A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113863918A (zh) * | 2021-10-27 | 2021-12-31 | 沈阳汽车刮水器厂 | 一种基于电能法的游梁式抽油机平衡率监测方法及装置 |
| CN116398410A (zh) * | 2023-06-06 | 2023-07-07 | 山东石油化工学院 | 一种平衡方法及装置 |
| CN117703322A (zh) * | 2024-02-05 | 2024-03-15 | 希望森兰科技股份有限公司 | 游梁式抽油机节能打摆控制方法及物联智能控制系统 |
Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104265247A (zh) * | 2014-10-11 | 2015-01-07 | 中国石油化工股份有限公司 | 游梁式抽油机平衡自动调整装置及自动控制方法 |
| CN204140029U (zh) * | 2014-10-11 | 2015-02-04 | 中国石油化工股份有限公司 | 游梁式抽油机平衡自动调整装置 |
| CN104453791A (zh) * | 2013-09-17 | 2015-03-25 | 中国石油天然气股份有限公司 | 游梁式抽油机的平衡调节装置及方法 |
| CN104533349A (zh) * | 2014-12-16 | 2015-04-22 | 哈尔滨斯特凯峰电子有限公司 | 一种抽油机井运行平衡的调整方法 |
| CN205400685U (zh) * | 2016-03-01 | 2016-07-27 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种游梁抽油机曲柄自平衡装置 |
| CN105909215A (zh) * | 2016-05-09 | 2016-08-31 | 中国石油天然气股份有限公司 | 游梁式抽油机调平衡的方法及装置 |
| CN106437625A (zh) * | 2016-06-22 | 2017-02-22 | 中国石油大学(华东) | 一种新型游梁式抽油机自动调平衡方法和装置 |
| CN108374782A (zh) * | 2018-03-26 | 2018-08-07 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种抽油机平衡率调整方法 |
| CN108505975A (zh) * | 2017-02-28 | 2018-09-07 | 中国石油化工股份有限公司 | 抽油机快速自动调节平衡方法 |
| CN110424929A (zh) * | 2019-09-03 | 2019-11-08 | 西南石油大学 | 基于重力的曲柄平衡调节装置 |
| CN112302917A (zh) * | 2019-07-29 | 2021-02-02 | 中国石油天然气股份有限公司 | 游梁式抽油机辅助平衡重调平衡方法及控制装置 |
-
2020
- 2020-07-31 CN CN202010759910.3A patent/CN111894552A/zh active Pending
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104453791A (zh) * | 2013-09-17 | 2015-03-25 | 中国石油天然气股份有限公司 | 游梁式抽油机的平衡调节装置及方法 |
| CN104265247A (zh) * | 2014-10-11 | 2015-01-07 | 中国石油化工股份有限公司 | 游梁式抽油机平衡自动调整装置及自动控制方法 |
| CN204140029U (zh) * | 2014-10-11 | 2015-02-04 | 中国石油化工股份有限公司 | 游梁式抽油机平衡自动调整装置 |
| CN104533349A (zh) * | 2014-12-16 | 2015-04-22 | 哈尔滨斯特凯峰电子有限公司 | 一种抽油机井运行平衡的调整方法 |
| CN205400685U (zh) * | 2016-03-01 | 2016-07-27 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种游梁抽油机曲柄自平衡装置 |
| CN105909215A (zh) * | 2016-05-09 | 2016-08-31 | 中国石油天然气股份有限公司 | 游梁式抽油机调平衡的方法及装置 |
| CN106437625A (zh) * | 2016-06-22 | 2017-02-22 | 中国石油大学(华东) | 一种新型游梁式抽油机自动调平衡方法和装置 |
| CN108505975A (zh) * | 2017-02-28 | 2018-09-07 | 中国石油化工股份有限公司 | 抽油机快速自动调节平衡方法 |
| CN108374782A (zh) * | 2018-03-26 | 2018-08-07 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种抽油机平衡率调整方法 |
| CN112302917A (zh) * | 2019-07-29 | 2021-02-02 | 中国石油天然气股份有限公司 | 游梁式抽油机辅助平衡重调平衡方法及控制装置 |
| CN110424929A (zh) * | 2019-09-03 | 2019-11-08 | 西南石油大学 | 基于重力的曲柄平衡调节装置 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 李一凡等: "功率法抽油机井平衡分析仪的设计与应用" * |
| 金钟辉: "有杆抽油系统效率和平衡分析研究" * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113863918A (zh) * | 2021-10-27 | 2021-12-31 | 沈阳汽车刮水器厂 | 一种基于电能法的游梁式抽油机平衡率监测方法及装置 |
| CN113863918B (zh) * | 2021-10-27 | 2023-12-29 | 沈阳中海石油设备制造有限公司 | 一种基于电能法的游梁式抽油机平衡率监测方法及装置 |
| CN116398410A (zh) * | 2023-06-06 | 2023-07-07 | 山东石油化工学院 | 一种平衡方法及装置 |
| CN116398410B (zh) * | 2023-06-06 | 2023-08-29 | 山东石油化工学院 | 一种平衡方法及装置 |
| CN117703322A (zh) * | 2024-02-05 | 2024-03-15 | 希望森兰科技股份有限公司 | 游梁式抽油机节能打摆控制方法及物联智能控制系统 |
| CN117703322B (zh) * | 2024-02-05 | 2024-04-12 | 希望森兰科技股份有限公司 | 游梁式抽油机节能打摆控制方法及物联智能控制系统 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111894552A (zh) | 一种功率法抽油机平衡分析仪 | |
| CN103161430B (zh) | 抽油机冲次、平衡实时智能调整方法 | |
| CN104533349B (zh) | 一种抽油机井运行平衡的调整方法 | |
| CN108374782B (zh) | 一种抽油机平衡率调整方法 | |
| CN105021336B (zh) | 一种对钢丝绳张力平衡无线监测系统校准的试验平台 | |
| CN106770641A (zh) | 一种基于移动终端的便携式智能无损检测系统和探伤方法 | |
| CN105060048B (zh) | 永磁同步曳引电梯平衡系数的检测方法及检测仪 | |
| CN104373113B (zh) | 一种用电参数测量抽油机井环空动液面及工况诊断方法 | |
| CN103964312B (zh) | 电动葫芦能效测试装置及测试方法 | |
| CN103399227B (zh) | 一种游梁式抽油机远程平衡测试方法 | |
| CN112943221A (zh) | 一种间接获取示功图的测试装置及其方法 | |
| CN207457107U (zh) | 一种分段模型光谱速测仪器 | |
| CN106516925A (zh) | 一种电梯平衡系数检测仪 | |
| CN110888007B (zh) | 电动汽车无线充电互操作性测试评价系统及其方法 | |
| CN102589668B (zh) | 一种利用电机能耗测量电机提升的重物的质量的系统和方法 | |
| CN105350943B (zh) | 游梁式抽油机平衡度最小功率法自动调节装置及方法 | |
| CN201387371Y (zh) | 游梁式抽油机加速传感采集平衡测功装置 | |
| CN112285415A (zh) | 一种基于云平台的电力设备能效监测装置及方法 | |
| CN212539562U (zh) | 模型基础动力参数测试系统 | |
| CN102589662B (zh) | 一种利用电机输出功率测量电机提升的重物的质量的系统和方法 | |
| CN102081117B (zh) | 抽油机功率手持测试仪及使用方法 | |
| CN108050970A (zh) | 一种起重机制动下滑量检测方法及装置 | |
| CN204988939U (zh) | 一种用于测量固体密度的测定仪 | |
| CN109376479B (zh) | 一种水轮机调速系统阻尼特性实测方法及装置 | |
| CN201261666Y (zh) | 电梯能效检测仪 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20201106 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |