摘要：以曲柄平衡抽油機為例，遵從抽油機電動機在上下沖程中做功相等的平衡原則，利用上、下電流和測井儀現場所得最大載荷、最小載荷，應用所推導的簡便公式，便可計算得出使抽油機平衡的平衡塊位移量。
　　關鍵詞：抽油機調平衡，電流，載荷，位移量
　　一、抽油機平衡原理及條件
　　抽油機在工作過程中懸點承受的是不對稱的脈動載荷，上沖程載荷很大，下沖程載荷很小，這樣就會造成上沖程電動機做功很大，下沖程電機做負功，即懸點拉著電機旋轉。因此也就會造成抽油機不平衡。抽油機運轉不平衡，影響電機的工作效率，使電機的功率因數降低，加大電機的功率損耗，減小電機的壽命；抽油機運轉不平衡會使抽油機發生振動，嚴重時會造成翻抽油機的惡性事故，影響抽油機的壽命；破壞曲柄旋轉速度的均勻性，影響抽油桿和泵正常工作。因此抽油機必需利用平衡裝置調節達到運轉平衡。
　　（1）平衡原則[1]：電動機在上下沖程中做功相等；上、下沖程中電機的電流峰值相等；上、下沖程中的曲柄軸峰值扭矩相等。
　　（2）條件。在抽油機游梁后段加一重物，在下沖程中電機和下沖程的懸點載荷一起對重物做功，把重物升高儲存位能：，（1）
　　則得到電機在下沖程中做的功為：，（2）
　　式中—下沖程中懸點載荷和電機對平衡系統做的功，即平衡系統儲存的能量；—懸點在下沖程中做的功；—電機在下沖程中做的功。
　　在上沖程中平衡系統放出能量，幫助電機對懸點做功：，（3）
　　則得到電機在上沖程中做的功：，（4）
　　式中：—懸點在上沖程中做的功；—電機在上沖程中做的功。
　　根據第一條平衡原則：
　　，即，（5）
　　可得到平衡系統在下沖程中應儲存的能量為：
　　，（6）
　　上式說明抽油機的平衡條件為：平衡系統下沖程中儲存的能量要等于懸點在上、下沖程中做功之和的一半。
　　二、利用電流、載荷計算平衡塊位移量公式的推導
　　各種抽油機在運行過程中，曲柄軸上承受的扭矩，包括由懸點載荷所形成的負荷扭矩和由平衡重所形成的平衡扭矩，這兩項疊加形成靜扭矩，即曲柄軸上實際承受的扭矩。由于我礦多數抽油機為8型-14型大型抽油機為主，大部分采用曲柄平衡裝置，在曲柄上裝了平衡塊。本文所推導的簡便公式以曲柄平衡抽油機為例，所以其凈扭矩公式表示形式為：凈扭矩可以用公式計算[2]：
　　，（7）
　　式中：—游梁平衡重，；—凈扭矩，；—前臂長，；—后臂長，；—懸點載荷，；
　　—曲柄旋轉半徑，；—曲柄與連桿的夾角，；—連桿與后臂的夾角，；—曲柄平衡重，；
　　—曲柄旋轉角，。
　　對公式（7）求懸點載荷的一階導數，變為：
　　，（8）
　　其中、、、、為正數，所以，凈扭矩是懸點載荷的增函數，兩者為正比例關系。設其比例系數為，令，則有：
　　，（9）
　　而功率，為電壓，為電流。又功率可表示為：，為功，為半個沖程所用時間，其中，為懸點載荷，為沖程，則：
　　，，（10）
　　其中、、為定值，令，則，則，（11）
　　說明電動機電流值和減速箱曲柄軸距間存在正比例關系。
　　又有，（設），（12）
　　為做功，代入公式（6）中得到當抽油機平衡時，曲柄軸的最大扭矩值的表示形式[3]：
　　，（13）
　　為了使抽油機達到平衡，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：—用來進行調節的曲柄平衡重的總重量，；—平衡重在目前位置應該移動的距離，。
　　由（14）（15）式，可以計算出值【3】：
　　，（16）
　　在式（16）中，曲柄軸最大扭矩可以根據若干井的抽油機的扭矩曲線峰值統計和回歸建立的經驗公式計算【2】，即
　　，（17）
　　為了計算方便，將的單位變為，得到：
　　，（18）
　　將（18）式代入（16），則得到平衡重位移計算公式：
　　，（19）
　　式中：—實測沖程長度，；—懸點最大載荷，；—懸點最小載荷，；—懸點上、下沖程時最大電流，，現場由鉗形電流表測得。其中、、由TD01D遙測電腦測井儀在現場直接測得。
　　三、現場實驗
　　現場抽取某隊不平衡游梁式抽油機井口，進行此簡便算法適用性的舉例驗證：A321井，CYJ10-3-48B，大慶總機廠制造抽油機，。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”的管理要求，需要調整平衡。利用TD01D遙測電腦測井儀現場測試該井、、值，得到實測，，，將所得各參數代入公式（19）中，則：
　　
　　計算表明，將塊平衡塊在目前位置同時移離曲柄中心約才能達到完全平衡。按照計算結果，現場對該井進行調節平衡操作，間隔一段時間再次測試功圖數據：，，；再次錄取電流，測得上沖程最大電流值，下沖程，此時該井電流平衡率，電流平衡，符合管理要求，該計算結果有效，抽油機調平衡成功。
　　某隊有抽油機井62口，開井51口，其中有43口抽油機井為曲柄平衡方式。利用公式，某隊實際調整平衡24井次，一次成功井次19井次，一次成功率79.17%。
　　四、結論
　　（1）該公式所選取抽油機平衡原則為電動機在上下沖程中做功相等原則，有一定局限性，應再結合功率法調節平衡，使得抽油機井設備處于更安全、更節能生產環境中。
　　（2）本文中經驗公式的選取是根據若干井的抽油機的扭矩曲線峰值統計和回歸建立的經驗公式，不是推導公式，雖有很高的成功率，但不能保證100%適用，有時選取勒碼柴諾夫經驗公式（更為適用。
　　（3）以上實例中，如果，則，表明平衡重應移向曲柄軸中心。
　　（4）如果要同時移動塊平衡塊，應移離曲柄中心，才可達到完全平衡。
　　參考文獻：
　　[1]王鴻勛，張琪等著.采油工藝原理[M].石油工業出版社，1989.
　　[2]羅英俊，萬仁溥.采油技術手冊[M].石油工業出版社，2005.