有杆泵抽油井系统效率因素分析与提效降耗对策

徐涛+冯全梅+王春霞+臧君

摘要：影响有杆泵抽油机井系统效率的因素较多，它不仅受抽油设备和抽油参数的影响，而且还受油井管理水平和井况的影响。由于能量在转换和传递过程中，总会发生能量损失，全面提高抽油机井系统效率是不断降低油井运行费用，改善油井生产工况，提高抽油机井开发效益的有效技术手段，是提高油田工作水平的一个重要方面，也是实现油田可持续发展的重要保证。

关键词：有杆泵；抽油机井；系统效率；影响因素；节能降耗；油井工况

本文从有杆泵抽油机井的井下工具、地面设备、配套设施等各个环节，对影响有杆泵机采系统效率的因素进行了细致地分析，并针对各影响因素提出了有效的对策，对于提高有杆泵抽油机井的系统效率，降低油井运行成本，实现油井节能降耗，具有一定的指导意义。全面提高抽油机井系统效率是不断降低油井运行费用，改善油井生产工况，提高抽油机井开发效益的有效技术手段，是提高油田工作水平的一个重要方面，也是实现油田可持续发展的重要保证。

1 抽油机井系统效率定义

抽油机井系统效率是指将液体举升至地面的有效做功能量与系统输入的能量之比，即系统的有效功率与输入功率的比值。

其中，输入功率由现场测试取得，有效功率由下式计算：

（1）

式中： Pe有效功率，Kw；Q一一油井日产液量，m3/d；

2 抽油机井系统效率影响因素分析

影响有杆泵抽油机井系统效率的因素较多，它不仅受抽油设备和抽油参数的影响，而且还受油井管理水平和井况的影响。由于能量在转换和传递过程中，总会发生能量损失，用Pi表示输入功率，用Pe表示有效功率，用△P表示损失功率，则有：Pi=Pe+△P 根据抽油机井系统的组成情况，可以把损失功率△P分解为8个部分，即：

（1）电动机损失部分功率△P1：当电动机输出功率为额定输出功率的60-100%时，电动机的工作效率与额定效率接近或相等，否则将低于额定效率；而在抽油机工作时，负荷变化极大，所以其电动机的工作效率低于其额定效率。据资料显示，电动机的额定效率约为90%，而应用于抽油机上的工作效率只有70%左右，这部分功率损失对系统效率的影响很大。

（2）带传动部分的损失△P2：油田应用较为普遍的普通V帶、窄V带和同步带的效率一般在在95%左右，即这部分的损失功率为5%。

（3）减速器部分的损失△P3：减速器损失分轴承损失和齿轮损失两部分，一副轴承的功率损失约为1%，共三副合计为3%，一副齿轮功率损失为2%，三副为6%，故减速器的损失功效率9%。

（4）四连杆部分的损失△P4：四连杆结构中有三副轴承和一根钢丝绳，三副轴承的损失为3%，钢丝绳的变形损失为2%，所以四连杆部分的损失功效为5%。

（5）盘根盒部分的损失△P5：抽油机工作时，由于光杆与盘根盒中的填料有相对运动产生磨擦，引起功率损失：

△P5=F×v/1000=9.8×f×k×π×d×p×h×v/1000（2）

式中：F-磨擦力；f-磨擦系数；h一有效密封高度；d一光杆直径；v一光杆运动速度；k一系数，由密封材质确定。可见盘根盒部分损失与密封材质、光杆直径、运动速度有关。

（6）抽油杆部分的损失△P6：抽油机工作时，抽油杆（或节箍）与油管、液柱发生磨擦造成的功率损失，根据理论计算和实测结果显示，功率损失部分的大小于下泵深度、原油粘度成正比，与抽油杆运动速度的平方成正比，因此，通过提浅泵挂、降低抽油机的冲次可有效地降低这部分的功率损失。 （7）抽油泵部分的损失△P7：抽油泵部分的损失包括机械磨擦损失、容积损失和水力损失，抽油泵部分的损失与泵径的大小成正比，与泵效的高低成正比，提高泵效是减少这部分损失的主要方法。（8）管柱部分的损失△P8：管柱部分的损失包括油管漏失引起的损失和原油沿油管流动产生的损失：

△P8容=103×△P×△Q油漏（3）

△P8水=△h油管P×g×Q/100（4）

3 提高抽油机井系统效率的措施研究

3.1改善电动机自身工作特性实现节能

通过使用高转差电动机（转差率为20-30%，常规电动机转差率仅为2-5%）改变电动机的硬特性，提高启动状态的输出功率，降低所选电动机的额定功率PN，使电动机平均工作功率与额定功率的比值尽可能大，尽量接近50 %（常规机一般在30%左右，资料表明当电动机负荷低于50%PN时，电动机的效率会急剧下降），从而提高电动机的工作效率，实现大幅节能。这种方式受抽油机工况影响较大，一般在抽油机负荷较小时应用效果较好，若抽油机的负荷较大，则不宜应用。

在现场应用效果比较突出的是永磁同步电机，它的电机效率比其他电机高5-10个百分点，且具有起动力矩大过载能力强，装机功率低；运行效率高，尤其是在低负载率下，其电机的效率仍在90%以上。

3.2增设节能控制柜进行无功补偿

通过增设节能控制柜对电动机进行电容低压就地补偿，即在电动机定子绕组上并接容性负载，使电动机这个感性负载的电流滞后，使无功功率下降，这样可以减少电源变压器的视在功率，提高电网的供电质量，尽管从单井没有节能，但从整体上看则实现了节能降耗。

3.2.1 改变抽油机运动学特性节能

3.2.1进行油井优化工艺设计，提高井下效率

（1）提浅泵挂：由以上分析，在保证合理沉没度的前提下，抽油机井提浅泵挂可减少抽油杆、节箍与油管、液柱发生磨擦造成的功率损失；可减少油管柱部分的漏失损失和水力损失；可减少上冲程时的抽油机的负荷，减少泵的漏失，提高泵效，从而提高系统效率。（2）提高泵径：在目前设备状况和油井要求产液量一定的情况下，选用目前设备的最大冲程，选用大泵径抽油泵，而采用较低的冲次，可减少抽油系统中各个磨擦部分的功率损失，从而提高机采系统效率。

3.3 精确平衡实现节能

实验表明，当上冲程电流与下冲程电流的比值在80%-100%之间时能耗最低，而普通抽油机往往不能达到上述平衡效果。通过在常规抽油机上增设机构实现对抽油机的精确平衡，从而抽油机的复合平衡曲线与负荷曲线更相似，分散了峰值扭矩，减小扭矩，使净扭矩曲线更加平滑，达到节能目的。

3.4逐步淘汰高能耗的电磁调速电机

（1）采用节能型电机+变频控制柜。此种方式的优点是油井调参方便，可置换性强；缺点是变频柜的一次性投资高，约为3-4万元。（2）采用节能型电机+减速器装置。此方式的优点是减速器价格相对便宜，约3000-4000元，缺点是增加了摩擦副，系统效率会受到一定影响，且油井调参困难，可置换性差。

参考文献：

[1]崔学军.提高抽油系统效率工艺技术研究 .《油气田地面工程》，2008 第9期.