八面河油田提高机采系统效率之探讨

龙华

【摘要】通过对八面河油田抽油设备的调查分析，以油层—井筒—抽油设备所组成的生产系统为研究对象，以经济效益和系统效率为目标，分析其生产设备效率状况，探讨八面河油田开采过程中提高抽油机井的生产系统效率的方法，从而优化抽油机井生产参数及合理的配备抽油设備，以便及时、准确地分析和提高抽油机井生产系统的效率和效益。

【关键词】八面河油田；游梁式抽油机；机采效率；参数优化

1、前言

常规游梁式抽油机是八面河油田应用最广泛的抽油设备，目前全厂有常规游梁式抽油机1200多台，但其运行效率低，耗能大，是最为突出的问题。长期以来清河采油厂的技术人员一直致力于常规游梁式抽油机在不降低产量的前提下减少电耗工作，不断优化配套机械化采油设备，合理调整油井生产参数等取得了显著的成效。但至目前全厂仍然没有形成一套科学的评价体系来评价分析机采系统能耗效率。本文主要从油层—井筒—抽油设备所组成的生产系统为研究进而从现场的角度提出提高八面河油田机采系统效率的机采配套措施，来有效提高油井系统效率，降低机采能耗成本，延长油井检泵周期。

2、机采系统效率的构成

机采系统效率主要由地面和地下两部分系统效率组成。地面系统效率主要指悬绳器以上部分，主要是电机运转效率和地面的机械传动效率，包括电机、抽油机等各部分的效率，而从悬绳器往下到井底部分的效率为地下效率，主要包括井口密封部分，井筒举升部分。

2.1影响地面系统效率的主要因素

影响地面系统效率的主要因素有：电机、皮带轮传动、齿轮箱及四连杆机构传动等因素。

本文主要对地面系统的电机效率进行分析。电机效率与电机类型、电机质量有关，与抽油机平衡度有关，与电机功率配置有关，也与电机老化维修因素有关。目前主要采用的电机为普通高转差电机、电磁调速电机和永磁同步电机。而这三类电机都有其明显的缺陷性：

①高转差电机

此类电机可以用小功率的30kW代替55kW使用。自身具有开始运行以及运转过程中受阻减速等软特性，但这种类型的电机在其内部安装有发热部分，散热性差，虽然外壳采用散热性能较好的铝质材质制成，但还是容易因散热性能差而烧毁电机，由于材质和散热性能差等原因运转电耗相应加大，推广受到较大限制。

②电磁调速电机

此类电机是一种控制简单的交流调速电机，主要采用功率范围在30～37kW作为配套功率；能够在比较宽广的转速范围内实现平滑连续性无级调速，调速范围广，精度高，随机性能较好；但也存在明显的缺点，主要是在超低转速下运行时丢转严重；励磁耗电高，空载时能耗高，空载运行时电流一般在20～25A，节能效果较差；整机体积较其他电机要大，重量一般重达1t以上；使用过程中，控制开关、励磁部分等元件易损，维护费用较高，长时间使用相对故障率较高。

③永磁同步电机

这类电机主要是通过在转子内镶嵌永磁体来建立磁场原理，体积小，效率高，更加省电，启动力矩大，能适当降低配套功率。但在运转时强力启动会对井下抽油杆等采油设备造成较大影响，容易出现断脱等现象，对电机本身来讲，启动电流过高，电网电压偏低无法承受高达10倍左右的启动电流，会出现震动、啸震现象，反复升温消磁会造成性能下降和耗能大等不良后果。

2.2影响井下系统效率的主要因素

影响井下系统效率的因素有：盘根盒、抽油杆传动、抽油泵、生产参数、井筒流体、井筒结构等因素。

①盘根盒效率

盘根盒过紧、井口偏中会造成悬点载荷增加，磨阻增大，效率降低。

②抽油杆传动效率。井下管柱在生产过程中产生弯曲变形会增加抽油杆与油管之间的摩擦，会无形中提高耗能。未根据油井工况来合理匹配与其相关的参数，抽油杆运动频率增加，都会影响系统效率。

③抽油泵效率

其功率损失的主要影响因素包括各组件之间摩擦、抽油泵的漏失、液体特征、生产参数等多方面。抽油泵的类型、泵径以及地层供液特点和产液特征等综合决定了摩擦损失功率和漏失损失功率大小，这类问题可以通过优化生产参数以及作业等进一步提高抽油泵的效率。

④生产参数影响

生产参数对井筒以上的地面效率及系统效率都具有较大的影响。研究数据显示，在各种生产参数中，抽油机冲程长短、冲次快慢、泵径大小、沉没度以及抽油杆不同型号组合对系统效率特别是井下效率具有较大的影响。

⑤井筒流体影响

井筒温度越高，液体粘度越低，不结盐结蜡，则磨阻越小，系统效率越高。

⑥井筒结构影响

井筒内抽油杆与油管之间因井斜以及其他因素存在偏磨现象，井斜越大摩擦阻力越大，使系统效率受到一定的影响。

3、提高机采系统效率的措施

3.1电机的合理匹配

对于电机的选择不但要考虑电机的特性而且其配套功率应向抽油机适用功率极限靠近。根据抽油机静止启动载荷大、运行交变符合变化大的特性，要想合理缩小配套电机功率，应把低冲次稠油井与一般中、高冲次分为两大类型进行研究。选择合理的电机，从源头上彻底根除“大马拉小车”的问题，这也是节能降本增效的核心问题。

3.1.1原油粘度高、低液低生产参数油井电动机合理配置

电动机对原油粘度高、低液低生产参数油井适应性要求。这类油井储层物性一般较差、原油在地层中难以运移，常常低液低产，由于原油粘度高、流动性差、井筒举升过程中摩擦阻力大，整个举升设备在运转过程中承载负荷大，易出现抽油杆断脱现象或者电机被烧毁以及无法启动等问题。

此类油井日常生产中冲次较低，一般维持0.3～3.0n/min范围，因此，对于此类油井选用电动机需要满足以下三个方面的要求：①选用合适转速的电机，其转速范围能保持在100-350转适宜；②选用能低速或者软启动的电机来适应高粘惯性大的油井，降低启动载荷以及能耗；③通过选用低速或者软启动的电机在降低启动载荷和能耗的同时，也为选用低功率的电机提供了更多的选择，从而达到提高系统效率的目的。

针对该要求和特点我们可采用新型变极调速电机和皮带轮调速相结合的方法来配套使用。虽然增加了皮带轮调速器的同时势必增加其传动系统能耗损失，但皮带系统的损失仅为1%-3%，权衡其利远远大与弊。

3.1.2中高含水、高液量油井的中高冲次电机的合理配置

在中高冲次的油井上其应用的电机型号較多，其选择空间也较大，但也成为油田选用电机的难点。目前抽油机常用恒速电机作为其原配套机型，由于抽油机惯性极大，从静到动的过程中启动载荷大，运行过程中交变负荷变化大，低功率的恒速电机无法适应这种要求，必须选用大功率电机与之配套，如12型抽油机大多选用的55kW或者37KW电机，但是其适用功率较低，仅达8～11kW，选用的大功率电机功率往往是其适用功率的3～5倍，这种选择毫无节能技术含量，无形中提高了单井能耗。而目前采用的高转差普通电机和永磁同步电机均有其明显的不适应性，建议采用新型自动变矩电动机。此类电机通过实现自动“变矩”来满足油井软启动条件，同时可以大幅度降低功率，提高节能效果。为了降低启动与运行过程中负荷阻力，其主要通过应用机械变矩结构的原理来解决这一问题，用同一个动力源，转动模式却不相同。电机从电流大小来判断出负荷变化，从而通过“变矩”机构自动调整转矩，确保抽油机正常运转。用在同类型抽油机上的电机功率大幅度下降，约为原机型的一半，其启动变矩比2.7，启动过程中最大电流不超过90A，运行过程中电流保持在19～37A范围。经过投入现场多口油井使用，其性能稳定，匹配性高，降耗节能效果较好，完全可以满足安全生产。

此外在选好电机的情况下，还必须达到抽油机的平衡度要求，抽油机工作时平衡度（抽油机下行峰值电流比上行峰值电流）应在80%～110%。抽油机运行不平衡，会造成电动机运行电流和功率因数波动过大，少量电动机出现负功现象，造成不必要的对电机的伤害。

3.2优化冲程、冲次

对于低液、低能、低效及生产参数与产液不匹配的抽油机井，以“长冲程低冲次”的原则进行参数运行管理，提高机采系统效率。主要措施是应用减速装置、极电机、调小冲次，调大冲程。为了降低抽油机井的冲次，对抽油机冲次要求在4n/nin以下的抽油井必需配套10极以上的低速电机，冲次在2n/nin以下的必需配套16极的低速电机。一季度对比以上采取的措施前后检测结果，平均节电率提高25.5%。

3.3优化抽油杆柱

抽油杆柱的优化主要包括选择合适的长度、受力强度、不同直径的组合及制造材料。为了确保抽油杆柱能满足采液强度的需要，必须综合制造材质性能以及采液强度等综合情况来确定其直径。抽油杆柱在上下行过程中需要承受交变载荷，因此，在抽油杆内产生了由最大到最小的不对称循环应力：

σmax=Pmax/frσmin=Pmin/fr

式中：fr—抽油杆柱横截面积；σmax、σmin—抽油杆柱承受的最大、最小应力，MPa。

当计算抽油杆柱上部的σmax和σmin的时候，可以将整个抽油杆组合作为一个整体计算或者用仪器去测得相应的最大或者最小应力数据。在交变载荷作用下，抽油杆柱发生断裂的主要因素是疲劳而非被最大应力拉断。因此，优化抽油杆柱组合时除了考虑承受最大和最小应力外，还必须考虑其所能承受的最大疲劳强度。

在非对称循环应力下的抽油杆强度条件为：σc≤[σ-1]

式中：[σ-1]—许用应力，MPa；σ-1—对称循环疲劳极限应力，MPa；K—安全系数；σc—折算压力，MPa。

3.4优化沉没度和泵径，提高泵效

油井沉没度不合理，造成有效扬程减小及抽油机上下行程悬点载荷增加，井下效率较低。可以通过加深泵挂，调小泵径，降低悬点载荷，增加产液量，提高机采系统效率。在提高泵效方面其主要原则为：

①油田开发后期，抽油泵需控制下入深度，特别是泵径70mm或者83mm的深井泵更应控制下井深度。

②合理沉没度范围应因井而宜，油井含水超过85%，其沉没度应控制在150～250m之间，油井含水低于85%，其沉没度应控制在200～350m之间。

③提高泵效的另一个重要对策就是加强油井日常动态管理，对地层能量相对较差的油井可通过控制套气的措施来确保合理的沉没度，避免通过加深抽油泵下入深度来保证沉没度。

④对于沉没度偏高的井，根据生产实际采取换大泵或上提泵挂措施来提高泵效。

3.5加强井筒管理，减少管泵漏失

目前，因井筒内油管与抽油杆之间偏磨以及腐蚀比较严重，油管本体或者丝扣部位穿孔漏失现象增多，主要解决办法就是通过应用各种新工艺降低腐蚀，延缓偏磨，要加强防偏磨工艺的使用效果跟踪和评价工作，同时提高油井防腐工艺技术的利用率，以及确保入井管杆质量来降低漏失。抽油泵漏失主要由于各种原因造成的上下凡尔密封不严形成的漏失。目前主要有效措施就是减少各种具有腐蚀性液体或者气体腐蚀，扩大防腐技术应用面，加强地面配套工艺技术，优化实施合理的生产参数，调整活塞深度，确保泵正常工作，减少漏失几率。另外，提高系统效率，需要加密录取油井各种生产资料，结合耗能平衡测试，在最低耗能的前提下保证最大的机采效率。

4、部分措施应用情况

根据采油厂工艺所的安排，共调整优化了42口井，系统平均效率由16.9%提高到21.5%，节能效果显著。通过实施前后数据对比，单井日耗电下降51kWh，系统平均效率提高了4.6%，累计耗电节约59417kWh，具体效果如下表所示：

优化调整工作量如下：

实施生产参数调整9口，单井日耗电节约34kWh，系统平均效率提高5.2%，共节约用电15211kWh；更换电机17台（调速换永磁电机12台），单井日耗电节约55kWh，系统平均效率提高3.8%，共节约用电22153kWh；合理匹配电机9台，单井日耗电节约18kWh，系统平均效率提高2.2%，共节约用电13521kWh；其它管理工作量7口，单井日耗电节约45kWh，系统平均效率提高5.3%，共节约用电8532kWh；

可见在现有的条件下，从日常管理出发，在确保采油厂生产经营任务能顺利完成的前提下，在日常生产管理中，完全可以通过优化油井的生产参数、匹配合理的电机型号、提高抽油机的平衡率等一系列的管理优化措施，来进一步的提高整个采油系统的系统效率，从而达到降低耗能的目的。这是一项系统工程，通过精细化开展这项工程，可以保证油田的长期稳定发展，对整个油田降本增效有着非常重大的现实意义。

5、认识和总结

①机采系统效率作为一项体现油田开发管理水平的极其重要的指标，受到多种条件的影响。提高机采系统效率是一项对油井生产参数、采油设备和其他配套采油工艺不断优化调整以及进行综合优化研究的重要工作，对整个油田降本增效有着非常重大的现实意义。

②从影响系统效率提高的诸因素入手，依靠科技进步，不断开展节能新工艺的试验研究和应用，是提高抽油机井系统效率的重要手段。

③加强抽油机井的基础管理工作包括机泵杆选择、调参、作业、检泵和调平衡等是提高抽油机井系统效率的一个重要方面。油井生产管理工作做好了，投资少，效果好，这方面我们还需要长期的不断的做好调整和优化工作。

参考文献

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