抽油机井系统效率影响因素分析

赵时光 （大庆油田有限责任公司第二采油厂）

抽油机井系统效率影响因素分析

赵时光 （大庆油田有限责任公司第二采油厂）

油井系统效率不仅反映用电损耗，更是衡量整个抽油系统运行过程中的综合效率，是节能管理中必须重视的参数。油井系统效率的计算公式复杂，影响因素多，并且在各影响因素之间互相制约，互相影响。通过分析，明确各影响因素之间的关系，确定不同机型和泵型对系统效率的影响，总结出有功功率随着产液量的升高而升高；同时，随着动液面的加深，油井系统效率也升高，为选择合理泵型和机型提供依据。

系统效率；动液面；日产液；有功功率

抽油机井工作时，电动机做功，将井下液体有效举升至地面，整个系统工作是能量不断传递和转化的过程。能量每次传递时都会有一定损失的，系统效率是用来衡量有杆泵抽油系统能量损失的标准。油井系统效率不仅反映用电损耗，更是衡量整个抽油系统运行过程中的综合效率，是节能管理中必须重视的参数。油井系统效率的计算公式复杂，影响因素多，并且在各影响因素之间互相制约，互相影响[1]。

1 抽油机井系统效率情况调查

东部过渡带区块由于地质条件较差，平均单井产油量和单井产液量在全厂各开发区块中均为最低，单位产能地面系统规模大于其他区块，导致单位运行能耗增加。现场抽油机井系统效率测试工作从2008年开始，每年测试2次，目前已经经历了7年时间。根据测试情况，分类别统计了历年系统效率数据（表1）。

表1 历年抽油机井系统效率分类统计

由表1可知，不同动液面深度下，抽油机井的系统效率水平差异很大，系统效率最低值只有8.62%；液面深度超过700 m的抽油机井，系统效率达到了34.11%；但沉没度偏低井（沉没度不足100 m），系统效率只有27.95%。

2 理论分析影响系统效率因素

系统效率计算公式表示如下：

公式（1）和公式（2）合并，得出计算系统效率的公式（3）,即

式中：fw为含水率，%。

由上述公式可知，影响油井系统效率的因素是多方面的，包括日产液、动液面、含水率、油压、套压、有功功率6个参数，正相关参数4个，负相关参数2个。对系统效率影响较大的主要有3个参数：日产液、动液面和有功功率，其中日产液、动液面与系统效率是正相关，有功功率与系统效率是负相关（表2）。

表2 影响系统效率参数统计

3 各影响因素之间关系

影响油井系统效率的3个主要因素是日产液、动液面和有功功率，这三者之间也会互相影响。若产液量高，有功功率也会升高；若动液面深，有功功率也会升高；因此，需要讨论这三者之间互相作用、互相制约时对油井系统效率的影响情况。

3.1日产液与有功功率关系

为了更好地了解日产液与有功功率的关系，需要排除动液面深度的影响，因此，选取动液面在井口的抽油机井作统计分析。从统计结果看，日产液低于20 t时，有功功率不足5 kW，随着日产液的增加，消耗的有功功率也逐渐升高；当日产液达到60 t时，平均有功功率为8.37 kW，较低值高75%。由此可以看出，有功功率主要受日产液的影响，随着产液量的升高，有功功率也增大，即单井的日耗电高（表3）。

表3 日产液与有功功率关系统计

3.2动液面与有功功率关系

在讨论动液面与有功功率之间关系时，同样需要尽量排除日产液对有功功率的干扰，选取东部过渡带常见的日产液在20～30 t的油井进行统计。从统计结果看，随着动液面的加深，消耗的有功功率也逐渐升高，油井的系统效率也在升高。统计结果显示，有功功率的高值区较低值区高65%（表4）。

表4 动液面与有功功率关系统计

3.3对系统效率影响的三个因素

由统计数据可知，不论油井的产液量多高，如果动液面在井口，计算出的系统效率极低；有时甚至是负值，平均日产液64 t，系统效率只有0.02%。从单井情况看，还有负值出现；因此，平时作系统效率分析时，一般液面在井口的油井不统计系统效率。

当油井处于高产液、高液面的状态时，不论日产量多大，有功功率多低，油井的系统效率都处于低水平。现场选取10口动液面在150 m以内的油井，平均日产液70 t，系统效率只有7.53%。

当油井处于高产液、低液面的状态时，其系统效率高。统计10口抽油机井，平均日产液67 t，动液面642 m，系统效率45.42%，较高产液、高液面的抽油机井高37.89个百分比。

因此，提高油井系统效率的有效途径是降低动液面水平。从统计结果看，动液面水平保持在700 m左右时，油井的系统效率是最高的。

通过统计沉没度与系统效率的关系数据，沉没度由低向高，百米吨液耗电先随着沉没度的增加而减少，在100～300 m处出现拐点，然后随着沉没度的增加而增加。系统效率先随着沉没度的增加而增加，在100～350 m处出现拐点，然后随着沉没度的增加而减少，在液面到井口处系统效率为零。每口单井的系统效率和百米吨液耗电的拐点位置不完全相同，但基本在平均拐点附近，符合平均规律。沉没度在200～250 m处的平均百米吨液耗电较低，并且平均系统效率较高，是较为合理的沉没度范围。

4 不同功率电动机对系统效率的影响

抽油机井生产过程中，地面用电设备主要包括控制箱和电动机，相比较而言，不同功率电动机对有功功率和系统效率影响大，因此，重点讨论不同功率电动机对系统效率的影响。

首先选择动液面范围在500～700 m之间的117口抽油机井进行统计。从统计结果看，随着电动机功率的增加，其有功功率升高，其中电动机功率为30 kW和55 kW的油井系统效率较高。在产液量接近的情况下，电动机功率为37 kW的比电动机功率为30 kW的有功功率高13.02%，但系统效率低3.47个百分点（表5）。

表5 抽油机井不同电动机功率系统效率统计

为了排除多种因素对分析的影响，现场除选取动液面范围在500～700 m外，机型选择现场常见的CYJ10型抽油机进行比较。从统计结果看，电动机功率为30 kW和37 kW的油井系统效率是最高的。45 kW和55 kW电动机（用于CYJ10-3抽油机）的有功功率和油井系统效率均较低，主要是由油井的平均产液量低造成的。对比30 kW和37 kW电动机（用于CYJ10-3抽油机）与45 kW和55 kW电动机（用于CYJ10-4.2抽油机）发现，在产液量接近的情况下，其消耗的有功功率和油井系统效率较接近。通过以上统计结果可以看出，单井产液量对系统效率的影响比较大，不同功率电动机对油井系统效率影响不大（表6）。

表6 抽油机井不同机型、不同功率电动机系统效率统计

5 不同机型、泵型对系统效率的影响

5.1不同机型抽油机对系统效率影响

现场最常见 的抽油 机是 5、6、8、11、CYJ10-3、CYJ10-4.2和14型，根据各机型的特点，将5型和6型、8型和11型归为一类统计。统计过程中选取动液面在500～700 m的油井，并且所选油井的产液量接近。从统计表中可以看出，在相同日产液和动液面的条件下，机型较小的抽油机单井能耗低，系统效率高，而14型抽油机单井能耗显著增大，其系统效率下降幅度也大，说明大机型抽油机用到低产井上导致能耗上升；因此在选择机型时，需要合理匹配机型，尤其需要慎重选择14型抽油机（表7）。

表7 不同机型油井系统效率统计

5.2不同泵型抽油泵对系统效率影响

目前现场较常见的抽油泵泵型为φ44 mm、φ57 mm和φ70 mm。为了便于确定泵型对抽油机耗能和油井系统效率的影响，统计过程中选取动液面在300～500 m的油井和500～700 m的油井，所选油井的产液量接近，分不同泵型统计。从统计表中可以看出，在相同日产液和动液面的条件下，随着泵型的增大，单井能耗上升，系统效率下降。从有功功率变化情况看，φ44 mm泵和φ57 mm泵能耗数值接近，φ70 mm泵能耗数值大幅度增加；因此在选择泵型时，需要根据产液量情况合理匹配泵型（表8）。

6 结论

1）影响油井系统效率的3个主要因素是日产液、动液面和有功功率，有功功率受日产液的影响，随着产液量的升高，有功功率也增大，即单井的日耗电高。随着动液面的加深，消耗的有功功率也逐渐上升，而油井的系统效率也会提高。

表8 不同泵型油井系统效率统计

2）当油井处于高产液、低液面时，其系统效率高；动液面保持在700 m左右时，油井系统效率值最高。

3）不同机型抽油机存在差异，大机型抽油机用到低产井上导致能耗增大；因此在选择机型时，需要合理匹配机型，尤其需要慎重选择14型抽油机。

4）随着泵型的增大，单井能耗上升，系统效率下降。大泵型抽油泵用到低产井上导致能耗增加；因此在选择泵型时，需要根据产液量情况合理匹配泵型，慎重选择φ70 mm和φ83 mm泵。

5）单井产液量对油井系统效率影响较大，不同功率电动机对油井系统效率影响不大。

[1]万仁溥.采油工程手册[M].北京：石油工业出版社，2000：365-436.

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.10.003

2016-05-09

（编辑 王艳）

赵时光，工程师，2001年毕业于东北石油大学，从事油田生产管理工作，E-mail:zhaoshiguang@petrochiana.com，地址：黑龙江省大庆市大庆油田有限责任公司第二采油厂油田管理部，163000。