从节能降耗入手提高机采井系统效率方法研究

王金萍++高冀新

[摘 要]抽油机系统效率是衡量抽油机井能耗的重要指标，也是一项综合性计算指标，它受多方面因素的影响，包括地面系统和井下系统两部分，地面系统包括抽油机、电机、冲程、冲次、平衡度、皮带、减速箱、四连杆、井口油压、套压、盘根的影响，井下系统包括管、杆（直径、长度）、泵深、沉没度、摩阻、抽油泵、原油粘度、气体、结蜡、地层供液的影响。作为节能优化设计首先要对各种影响因素进行研究，找出对系统效率影响最大的因素。根据产液量不降的基本原则，制定节能设计方案，采取可行性的措施，提高抽油机的系统效率，从而提高抽油机的整体管理水平。

[关键词]抽油井；系统效率；节能优化

中图分类号：TU831；TU201.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）08-0239-01

随着开发时间的延长，抽油机井逐年增多。在有杆抽油系统中，井下抽油泵载荷交替变化造成地面系统工作不稳定，加剧了动力系统的无功损耗，导致抽油系统长期低效率运行。目前平均系统效率仅为4.8%。全面系统地分析影响有杆采油系统效率的因素及能量在传递过程中消耗的原因，是实现抽油机井节能降耗，降低生产成本，提高经济效益的一个有效途径。

1.影响系统效率因素

1.1 电机

电机运行时间长，会造成线圈老化，机械磨损增加，降低电机的输出功率。电机负载率过低时，电机效率和功率因数下降，电机处于“大马拉小车”现象，会严重影响抽油机系统效率。

1.2 抽油机传动部分

抽油机的皮带传动、减速箱和四连杆机构的能量传递损耗造成电机能耗增加。皮带的张紧度、四连杆润滑点及减速箱的润滑效果影响着系统效率的提高。

1.3 平衡率

抽油机工作时，悬点载荷及平衡块在曲柄轴产生的扭矩应与电机输入给曲柄轴产生的扭矩相平衡。当抽油机不平衡时，上下冲程电机电流峰值增加，导致电机耗能增加，降低机采井系统效率。

1.4 井口回压、套压的影响

油井井口回压的存在，增加了上冲程时的悬点载荷力，当井口回压增加时，相当于增加了抽油杆的重力，上冲程悬点载荷增加，导致电机耗能增加。井口回压过高，悬点载荷增大，亦可造成泵的漏失，影响机采井系统效率。当套压过大，降低了泵举升的有效扬程，导致机采井系统效率下降。

1.5 沉没度

沉没度与泵效有着十分密切的关系，随着沉没度的增加，泵效增加，当沉没度达到一定数值时，泵效增加趋于变缓。沉没度的改变会影响下泵深度、吸入口压力及泵的充满系数，从而影响系统效率。为了克服流体进泵的阻力以及减少自由气的影响，必须保持足够的沉没度才能得到较高的泵效。然而过高的沉没度不但不会提高泵效，有时会降低泵效。这是因为在动液面一定的情况下，增大沉没度就必须增加下泵深度，从而使得冲程损失增加；另一方面，增大沉没度后，增加了原油中溶解气含量，溶解气在地面脱气后，将引起原油体积收缩，使地面产量减少。由此可知沉没度并不是越大越好，而是存在一个合理的界限。

1.6 冲程损失

抽油杆柱与油管柱的弹性伸缩使活塞冲程小于光杆冲程，引起冲程损失，使泵的实际排量减小，从而降低泵效；由于气体进泵必然减少进泵的液体量，从而使得泵效降低。气体影响严重时，由于气体在泵内的压缩和膨胀，使得泵的吸入阀无法打开而抽不出来油，即产生气锁。对于能量过低或原油粘度过高导致进泵阻力过大，都将出现供油跟不上，油还未来得及充满泵筒而活塞已经开始下行，导致泵效降低。

1.7 抽油杆摩擦损失功率

抽油杆柱与液体间的粘滞摩擦功与下泵深度、原油粘度、抽油杆运动速度的平方成正比。随着下泵深度的增加，摩擦损失功率增大，导致系统效率的下降。

2 系统效率分析及理论上提高的几种方法

2.1 系统效率分析

影响机械采油系统效率的因素很多，它不仅受机械采油设备和运行参数的影响，而且还受油井管理水平和地质情况的影响。机械采油系统由电动机、抽油机、井口装置、油管柱、抽油杆和抽油泵等装置组成，其中抽油机又包括传动装置、减速器、四连杆机构和游梁装置。

根据抽油机井的工作特点，抽油机的系统效率分为地面效率和井下效率两部分，并且存在以下关系。

N=Ns×Nw

式中：N ——抽油机系统效率；

Ns——抽油机系统的地面效率；

Nw——抽油机系统的井下效率。

地面系统效率损失主要发生在电动机、皮带、减速箱及四连杆机构中，井下效率损失主要发生在盘根盒、抽油杆、抽油泵和管柱中。

由于能量（此处指电能和机械能）在转换过程中，会发生不可避免的损失，所以有效功率一定小于输入功率，系统效率一定小于1。根据能量守恒定律，输入功率应当等于有效功率（输出功率）与损失功率之和，有效功率与输入功率的比值就等于系统效率。

2.2 理论上提高系统效率的几种方法

由机械采油系统效率损失分析可知：提高系统效率有以下两种办法：一是增加系统的有效功率；二是减少损耗功率。

2.2.1 推广应用节能型抽油机和电动机

目前使用较多的节能型抽油机为双驴头抽油机，使用较多的节能电机超高转差率电机、双速电机等。

2.2.2 进行有杆抽油系统优化设计

有杆抽油系统的设计就是要根据油井的实际情况选择机、杆、泵及抽汲参数，所选择的有杆抽油系统不仅要满足油井的生产要求，而且必须经济合理。

2.2.3参数的优化

当冲次保持不变时，抽油机系统效率随着冲程的增加而升高；当冲程保持不变时，抽油机系统效率随着冲次的降低而增加。随着冲程长度的增加，冲次下降，能耗降低。

2.2.4杆柱组合不同，抽油机井系统效率不同

较重的抽油杆柱能耗大、光杆功率增大、井下效率降低；当冲程、冲次及泵径不变，仅仅改变杆柱组合，对系统效率影响不大。

2.2.5泵径不同，抽油机系统效率不同

随着泵径的增大，系统效率降低，抽油系统所需输入功率增大，从而导致电机额定功率的增加。如果油层供液充足，随着泵径的增大，井下功率将会增加，井下效率将会增加。

2.3 调整抽油机平衡率

平衡率对抽油机井能耗和系统效率都有一定影响。对同样一口抽油机井，平衡率在85%～100%之间的要比平衡率小于85%的井系统效率高1%～3%。

2.4 加强抽油机的科学管理

在现场管理中，经常采取的方法有定期检查传动装置，定期更换减速箱内机油，提高地面传动部分效率；对于油气比高的油井应采取适当加大泵的沉没度，定期放套管气等措施，以提高泵的充满系数；加强特殊井的分类维护；保持抽油机的较高的平衡度等。

2.5 认真解决抽油机电动机的欠载问题

电动机运行的效率取决于负载率β，轻载时电动机的效率很低，而当负载增加到一定值时变化则很小。当β<0.4，效率的变化不大，在负载率β=0.75左右时，效率达到最高值。

3.结论与认识

3.1 加强油井的日常管理有助于提高系统效率

1）采油队应该制定切实可行的抽油机井管理制度，不定期的对油井运行情况进行抽查，检查负载率和工作制度是否合理，对电流不平衡、参数配置不合适和负载率焦低的油井，及时通过调平衡，调参数、更换电机等具体措施解决，提高电动机负载率，从而提高机采井的系统效率。

2）优化设计抽油机井的生产参数，可以达到提高系统效率的目的。从而达到提高抽油机系统的整体管理水平。

参考文献

[1]唐灵英；李静；王德波；刘聪；唐诗奇；；参数优化降耗技术[J]；内蒙古石油化工；2012年08期

[2]甘庆明；郭方元；韩二涛；吕亿明；；抽油机井系统效率影响因素的灰色关联分析[J]；石油矿场机械；2009年11期

[3]姜建胜，林立，由宏君，刘先刚；有杆抽油系统无级调冲次工艺研究[J]；石油学报；2005年02期