摘要：以曲柄平衡抽油機(jī)為例，遵從抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)在上下沖程中做功相等的平衡原則，利用上、下電流和測井儀現(xiàn)場所得最大載荷、最小載荷，應(yīng)用所推導(dǎo)的簡便公式，便可計(jì)算得出使抽油機(jī)平衡的平衡塊位移量。
　　關(guān)鍵詞：抽油機(jī)調(diào)平衡，電流，載荷，位移量
　　一、抽油機(jī)平衡原理及條件
　　抽油機(jī)在工作過程中懸點(diǎn)承受的是不對(duì)稱的脈動(dòng)載荷，上沖程載荷很大，下沖程載荷很小，這樣就會(huì)造成上沖程電動(dòng)機(jī)做功很大，下沖程電機(jī)做負(fù)功，即懸點(diǎn)拉著電機(jī)旋轉(zhuǎn)。因此也就會(huì)造成抽油機(jī)不平衡。抽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不平衡，影響電機(jī)的工作效率，使電機(jī)的功率因數(shù)降低，加大電機(jī)的功率損耗，減小電機(jī)的壽命；抽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不平衡會(huì)使抽油機(jī)發(fā)生振動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成翻抽油機(jī)的惡性事故，影響抽油機(jī)的壽命；破壞曲柄旋轉(zhuǎn)速度的均勻性，影響抽油桿和泵正常工作。因此抽油機(jī)必需利用平衡裝置調(diào)節(jié)達(dá)到運(yùn)轉(zhuǎn)平衡。
　　（1）平衡原則[1]：電動(dòng)機(jī)在上下沖程中做功相等；上、下沖程中電機(jī)的電流峰值相等；上、下沖程中的曲柄軸峰值扭矩相等。
　　（2）條件。在抽油機(jī)游梁后段加一重物，在下沖程中電機(jī)和下沖程的懸點(diǎn)載荷一起對(duì)重物做功，把重物升高儲(chǔ)存位能：，（1）
　　則得到電機(jī)在下沖程中做的功為：，（2）
　　式中—下沖程中懸點(diǎn)載荷和電機(jī)對(duì)平衡系統(tǒng)做的功，即平衡系統(tǒng)儲(chǔ)存的能量；—懸點(diǎn)在下沖程中做的功；—電機(jī)在下沖程中做的功。
　　在上沖程中平衡系統(tǒng)放出能量，幫助電機(jī)對(duì)懸點(diǎn)做功：，（3）
　　則得到電機(jī)在上沖程中做的功：，（4）
　　式中：—懸點(diǎn)在上沖程中做的功；—電機(jī)在上沖程中做的功。
　　根據(jù)第一條平衡原則：
　　，即，（5）
　　可得到平衡系統(tǒng)在下沖程中應(yīng)儲(chǔ)存的能量為：
　　，（6）
　　上式說明抽油機(jī)的平衡條件為：平衡系統(tǒng)下沖程中儲(chǔ)存的能量要等于懸點(diǎn)在上、下沖程中做功之和的一半。
　　二、利用電流、載荷計(jì)算平衡塊位移量公式的推導(dǎo)
　　各種抽油機(jī)在運(yùn)行過程中，曲柄軸上承受的扭矩，包括由懸點(diǎn)載荷所形成的負(fù)荷扭矩和由平衡重所形成的平衡扭矩，這兩項(xiàng)疊加形成靜扭矩，即曲柄軸上實(shí)際承受的扭矩。由于我礦多數(shù)抽油機(jī)為8型-14型大型抽油機(jī)為主，大部分采用曲柄平衡裝置，在曲柄上裝了平衡塊。本文所推導(dǎo)的簡便公式以曲柄平衡抽油機(jī)為例，所以其凈扭矩公式表示形式為：凈扭矩可以用公式計(jì)算[2]：
　　，（7）
　　式中：—游梁平衡重，；—凈扭矩，；—前臂長，；—后臂長，；—懸點(diǎn)載荷，；
　　—曲柄旋轉(zhuǎn)半徑，；—曲柄與連桿的夾角，；—連桿與后臂的夾角，；—曲柄平衡重，；
　　—曲柄旋轉(zhuǎn)角，。
　　對(duì)公式（7）求懸點(diǎn)載荷的一階導(dǎo)數(shù)，變?yōu)椋?br /> 　　，（8）
　　其中、、、、為正數(shù)，所以，凈扭矩是懸點(diǎn)載荷的增函數(shù)，兩者為正比例關(guān)系。設(shè)其比例系數(shù)為，令，則有：
　　，（9）
　　而功率，為電壓，為電流。又功率可表示為：，為功，為半個(gè)沖程所用時(shí)間，其中，為懸點(diǎn)載荷，為沖程，則：
　　，，（10）
　　其中、、為定值，令，則，則，（11）
　　說明電動(dòng)機(jī)電流值和減速箱曲柄軸距間存在正比例關(guān)系。
　　又有，（設(shè)），（12）
　　為做功，代入公式（6）中得到當(dāng)抽油機(jī)平衡時(shí)，曲柄軸的最大扭矩值的表示形式[3]：
　　，（13）
　　為了使抽油機(jī)達(dá)到平衡，曲柄軸上附加的平衡扭矩表示為：，（14）
　　它表示曲柄平衡重在曲柄上的位置刻度就是曲柄中心的距離，因此：，（15）
　　式中：—用來進(jìn)行調(diào)節(jié)的曲柄平衡重的總重量，；—平衡重在目前位置應(yīng)該移動(dòng)的距離，。
　　由（14）（15）式，可以計(jì)算出值【3】：
　　，（16）
　　在式（16）中，曲柄軸最大扭矩可以根據(jù)若干井的抽油機(jī)的扭矩曲線峰值統(tǒng)計(jì)和回歸建立的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算【2】，即
　　，（17）
　　為了計(jì)算方便，將的單位變?yōu)椋�得到�?br /> 　　，（18）
　　將（18）式代入（16），則得到平衡重位移計(jì)算公式：
　　，（19）
　　式中：—實(shí)測沖程長度，；—懸點(diǎn)最大載荷，；—懸點(diǎn)最小載荷，；—懸點(diǎn)上、下沖程時(shí)最大電流，，現(xiàn)場由鉗形電流表測得。其中、、由TD01D遙測電腦測井儀在現(xiàn)場直接測得。
　　三、現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)
　　現(xiàn)場抽取某隊(duì)不平衡游梁式抽油機(jī)井口，進(jìn)行此簡便算法適用性的舉例驗(yàn)證：A321井，CYJ10-3-48B，大慶總機(jī)廠制造抽油機(jī)，。2010年11月3日測得上沖程最大電流值，下沖程。該井電流平衡率，不符合“大電流大于等于10A，下電流/上電流在85～101%范圍內(nèi)”的管理要求，需要調(diào)整平衡。利用TD01D遙測電腦測井儀現(xiàn)場測試該井、、值，得到實(shí)測，，，將所得各參數(shù)代入公式（19）中，則：
　　
　　計(jì)算表明，將塊平衡塊在目前位置同時(shí)移離曲柄中心約才能達(dá)到完全平衡。按照計(jì)算結(jié)果，現(xiàn)場對(duì)該井進(jìn)行調(diào)節(jié)平衡操作，間隔一段時(shí)間再次測試功圖數(shù)據(jù)：，，；再次錄取電流，測得上沖程最大電流值，下沖程，此時(shí)該井電流平衡率，電流平衡，符合管理要求，該計(jì)算結(jié)果有效，抽油機(jī)調(diào)平衡成功。
　　某隊(duì)有抽油機(jī)井62口，開井51口，其中有43口抽油機(jī)井為曲柄平衡方式。利用公式，某隊(duì)實(shí)際調(diào)整平衡24井次，一次成功井次19井次，一次成功率79.17%。
　　四、結(jié)論
　　（1）該公式所選取抽油機(jī)平衡原則為電動(dòng)機(jī)在上下沖程中做功相等原則，有一定局限性，應(yīng)再結(jié)合功率法調(diào)節(jié)平衡，使得抽油機(jī)井設(shè)備處于更安全、更節(jié)能生產(chǎn)環(huán)境中。
　　（2）本文中經(jīng)驗(yàn)公式的選取是根據(jù)若干井的抽油機(jī)的扭矩曲線峰值統(tǒng)計(jì)和回歸建立的經(jīng)驗(yàn)公式，不是推導(dǎo)公式，雖有很高的成功率，但不能保證100%適用，有時(shí)選取勒碼柴諾夫經(jīng)驗(yàn)公式（更為適用。
　　（3）以上實(shí)例中，如果，則，表明平衡重應(yīng)移向曲柄軸中心。
　　（4）如果要同時(shí)移動(dòng)塊平衡塊，應(yīng)移離曲柄中心，才可達(dá)到完全平衡。
　　參考文獻(xiàn)：
　　[1]王鴻勛，張琪等著.采油工藝原理[M].石油工業(yè)出版社，1989.
　　[2]羅英俊，萬仁溥.采油技術(shù)手冊(cè)[M].石油工業(yè)出版社，2005.