提高有杆泵井机械采油系统效率的技术分析

查旋 李影 李鹏 苗玉礼(中国石化河南油田分公司石油工程技术研究院,河南 南阳 473132)

0 引言

就实际情况而言，有杆泵机械采油系统在进行原油开采时必将产生一部分无用功率。但就目前的情况来看，有杆泵机械采油系统已经得到了广泛的应用，而其运行效率却一直无法得到提高。在国家提倡节能减排的政策号召下，该系统的效率提高问题已经成为了各油田共同关注的重要问题，直接影响着油田的生产效益和社会效益。

1 有杆泵井机械采油系统能耗分析

在油田开采的过程中，有杆泵机械采油系统在原油提升的过程中会消耗大量的有效能量和损失能量。其中，有效能量是系统做出的有用功，而损失能量则包含了机械消耗在内的一系列无用功。在损失能耗方面，采油系统不仅会损失一部分电机能量，还会损失抽油机摩阻能量、滑动摩阻能量和粘滞摩阻能量等多种能量。其中，地面电机损耗能量包含了抽油机和电机消耗的能量，其损失功率主要取决于光杆下冲过程中的平均载荷、电机空载率和光杆功率等因素。而在有杆泵生产过程中，抽油杆会与液体与油管发生摩擦，所以也会产生粘滞损失功率。同时，抽油杆与油管的摩擦和气体泵筒与泵柱塞的摩擦的存在，将导致滑动损失功率的产生。此外，在提升原油的过程中，因压力降低会有溶解气从原油中析出，从而导致一部分原油内能转化成溶解气膨胀功率。

2 影响有杆泵井机械采油系统效率的因素分析

就目前来看，有杆泵井机械采油系统的运行效率普遍不高。从理论角度来看，抽油机系统效率应该达到55%到65%。然而从实际生产上来看，系统平均效率甚至无法达到30%。而之所以会出现这一现象，主要是受到了几方面因素的影响。首先，系统电机的最佳运行效率应该在额定功率的0.7 倍到1.1 倍之间，以便保持良好的运行状态[1]。但在实际生产中，为了进行抽油机启动惯性和高负荷峰值的克服，电机往往需要配置较大的功率，以至于电机的运行一直处在负载较低的状态。其次，目前有杆泵井机械采油系统使用的抽油机多数为游梁式抽油机，采用的工作方式为对称循环方式。而这类抽油机在上下冲程花费的运行时间相同，产生的幅度和频率较大，容易导致整个系统能耗的升高。再者，系统运行过程中使用了三角皮带传动，但是该类皮带的张紧程度无法得到保证，容易出现震动、打滑和错动等问题，从而给系统带来能量损失。此外，系统运行过程中常常会出现不平衡的问题，以至于电动机电流输出出现差异，继而导致系统运行效率低下。

3 提高有杆泵井机械采油系统效率的技术分析

3.1 系统运行优化技术

为了使有杆泵机械采油系统保持高效运行状态，需要采用优化技术进行系统的优化设计。而电机装置是系统的核心装置，首先就需要得到优化设计。从优化目的上来看，电机的优化是为了保持一定的负载能力，以便使装置的能力得到有效利用。同时，还需要使电机试机负载率与最佳负载率之间的差距得到缩短，以便使装置保持最佳运行状态[2]。为了达成这一目的，技术人员需要对正常运行的采油系统进行实际测量。而通过分析实际测量得出的图形，则可以进行光杆工作效率的计算。具体来讲，就是按照公式P光杆=(Pmax-Pmin)S*N*103/59976进行光杆工作效率的计算，然后根据结果进行电机的选择。式中，Pmax为实际测量的最大负荷，Pmin则为实际测量得到的最小负荷。在此基础上，技术人员可以将计算出的数据当做是电机优化的指标，然后重新进行电机装置的配置。实践表明，电机负载率只要提高5%到10%，系统效率就可以提高2%到4%。

3.2 系统节能改造技术

为了减少系统的能耗，技术人员理应对系统进行节能改造。除了进行电机装置的优化，技术人员还应该致力于保持系统各项装置的稳定运行，以期达成最佳的系统运行效率。具体来讲，就是技术人员可以使用节能性抽油机替代过去的游梁式抽油机，以便达成一定的系统节能效果。而使用该种抽油机可以保持可靠的运行状态，并且在满负载情况下保持较低的损耗。就目前来看，油井使用的节能性抽油机主要有两种，即异向曲柄平衡抽油机和链条抽油机[3]。另一方面，技术人员也可以通过安装节能减速器进行系统的节能改造，以便使系统的机采参数得到优化，继而使系统的运行效率得到提高。而实践表明，安装节能减速器后，平均单井采油系统的效率提高了1%，节省的日电能约为12.4kW·h。

3.3 系统部件增设技术

了解采油系统效率低下的原因后，技术人员也可以通过增设系统部件提高系统的运行效率。一方面，为了减少系统因皮带传送而损失的能量，技术人员可以进行系统专用的紧带装置的安装。而该装置可以进行皮带松紧带的调整，所以可以解决皮带打滑等问题，从而使系统效率得到有效提高。另一方面，针对油管伸长导致的系统能量损耗，技术人员也可以进行油管锚定装置的安装。而在此基础上，操作人员就可以提前得知油管的位置，从而使有杆泵容积工作效率得到有效提高。除此之外，解决该问题也可以通过增设气锚的措施，以便使油气含量得到提高。再者，针对抽油杆与油管摩擦导致的系统能量损失，技术人员可以通过安装抽油杆扶正器进行摩擦的减小甚至消除[4]。此外，针对有偏磨的井口，也可以通过使用井口扶正器来减少系统装置与井口的摩擦。

3.4 系统智能控制技术

想要使采油系统效率得到提高，还应该根据系统实际运行情况进行其工作性能的优化，从而在增强系统灵活性的同时，提高系统的运行效率。为了达成这一目的，技术人员需要将监测技术引入到油井工作中，以便进行采油工作液面波动数据的采集与整理。而在此基础上，技术人员则可以将实时控制技术引入到采油工作中，以便实现对系统的智能控制。从长远角度来看，使用智能控制技术进行有杆泵机械采油作业的控制和调节，可以完成对井下采油过程的自动干预，继而使石油开采的工作效率得到提高。此外，使用该技术也可以使石油开采的质量得到提高，并确保石油开采的安全性，因此有利于促进石油开采事业的发展。

3.5 系统功率补偿技术

从根本上来讲，采油系统的运行效率低下主要是因为受到了功率因素低的因素的影响。而之所以会出现这一问题，是因为采油系统的终端缺少功率补偿。所以，技术人员应该采取终端补偿技术解决这一问题，以便使系统运行的效率得到有效提高。具体来讲，就是可以在抽油机自控制箱内进行电力电容器的安装，以便对相应的系统线路进行无功补偿。而使用这一方法，可以使系统功率因素提升约0.2，因此可以为系统的稳定运行提供更多的保障[5]。

4 结语

总而言之，为了提高有杆泵井机械采油系统的生产效率，有关人员应该对影响系统效率的因素进行进一步的分析，以便从中找出提高系统效率的方法。而通过本文的研究可以发现，重新配置合适的电机装置，并进行节能减速器的安装和节能性抽油机的使用，都可以使采油系统的生产效率得到提高。同时，也可以进行油井工作过程的实时监测，以便对系统运行做出调整。此外，也可以通过紧带装置、油管锚定装置以及电力电容器减少系统的能力损失和为系统提供功率因数补偿，继而使系统的运行效率得到提高。

[1]宋威.提升有杆泵采油系统效率方法研究[J].化工管理,2015,6：182+224.

[2]朱益飞.利用测试分析提高电泵井系统效率[J].石油石化节能,2013,08：1-3+59.

[3]肖聪.提高机械采油系统效率的理论研究及应用[J].中国石油和化工标准与质量,2013,17：250.

[4]张明.抽油机井系统效率工艺参数优化技术[J].中国石油和化工标准与质量,2011,04：234.

[5]王春彦,李俊,向军.埕海油田电泵井节能技术应用与研究[J].资源节约与环保,2014,01：39-40.