油井系统效率提升配套工艺技术与应用探讨

杨彬　孙荣　兰华政　王洪　卫时刚

摘 要：抽油机井系统的功率损失分布于八个环节之中。由于油藏构造的复杂性、地层的非均质性和污染程度的不同，往往不能准确地预测油井产能。机采井的系统效率是机采井能源利用水平的主要指标。对以机采井为主要生产方式的油田而言，实现降本增效的一个重要的途径就是提高机采井的系统效率。国内外研究资料表明：抽油机井系统效率的理论上限为49%，理论下限41%。通过应用节能减速装置、电泵转抽、参数优化，合理沉没度等措施提高了机采井的系统效率，对油田节能降耗具有一定的借鉴作用。

关键词：机采井；系统效率；节能减速；参数优化；合理沉没度

降低抽油井的能耗，唯一的途径就是提高油井的系统效率。通过改进电机的性能，提高效率；利用变频技术，降低耗电量；使用新型抽油机，提高传动效率等。通过地面技术水平的提高和制定合理工作制度，充分利用现有资源，提高油井的系统效率。

1 系统效率影响因素

抽油机井能量传递分为地面和地下多个环节，以光杆悬绳器为界，可将系统分为地面和井下两部分。地面部分又可细分为电机、减速箱及皮带、四连杆四环节；井下部分可细分为密封盒、抽油杆、抽油泵、管柱四部分，地面井下共八部分，抽油机井系统的功率损失分布于八个环节之中。由于油藏构造的复杂性、地层的非均质性和污染程度的不同，往往不能准确地预测油井产能。有些油井受注采关系的影响，投产后能量下降很快；有些井注水见效，产能又有所回升。这些动态变化都造成了一些油井供排关系的不协调，出现高沉没度或供液不足的现象，很大程度上影响着油井机采系统效率。

2 新技术应用与效果

2.1 永磁电机

永磁电机与普通三相异步电动机相比，不需要无功励磁电流。可以显著提高功率因素。通过减少定子电流和定子电阻损耗，电机效率提高2-8%。永磁电机在25-120%额定负荷范围内，均可保持较高的效率和功率因素。高效高起动转矩同步电机比普通感应电机的起动扭矩大50-100%。可以代替大一号电机座号，节电率在20%左右。在5口井上进行试验，功率因素提高0.44，系统效率提高4%。在实际使用中，电机的功率降低一个等级，功率因素普遍较高。

2.2 变频调速技术

变频调速技术是通过改变电流的频率，实现电机转速的改变。现在采用的变频装置是由整流器和逆变器组成。整流器先将50赫兹的交流电变成直流电，再由逆变器变换成频率可调的三相交流电。由于变频器可实现低速、轻载启动，因此降低电机的匹配功率，提高功率因素。变频柜地使用，可由普通电机代替调速电机，较好地解决了电磁调速电机效率低地原因。2016年试验12口井，节电率21%。功率因素提高0.3，系统效率提高9.2%。变频柜代替普通自控箱，如果使用普通电机替代电磁调速电机，冲数低的井效果明显。冲数高于6次，效果较差。如果用电磁调速电机替代普通电机，则无效果。因此，變频技术主要在低冲数井上使用普通电机替代电磁调速电机效果明显。

2.3永磁电机和变频技术结合使用

稠油热采区块原油粘度高，采用电热杆、空心杆、和双泵等采油工艺，冲数都在4次以下。在一个蒸汽吞吐周期的生产过程中，抽油机负荷和冲数变化较大。使用37KW调速电机，虽然实现了无级调速，但由于匹配功率较大，造成系统效率低。电机的功率因素低、效率低，造成整条线路的电压降大，影响油井正常生产。采用变频柜实现电机无级调速，降低电机的匹配功率；采用永磁电机，提高功率因素和启动扭矩，单井系统效率大幅度提高。目前已使用13台，平均节电36.5%，功率因素提高0.435，系统效率提高10.2%。其缺点是负荷较大井，30KW永磁电机无法正常生产，对于抽油机卸载也有一定的困难。

2.4 机械调速

通过变速箱降低电机输出转速，电机启动扭矩降低，电机匹配功率减少，提高电机的负载率。由此提高电机的效率。现场使用中，可以用17KW的电机代替55KW电机，节电42%，功率因素提高0.4，系统效率提高8.02%。在该技术使用前，对于供液差的砂河街井，由于泵挂深，负荷重，都使用12型抽油机，匹配55KW普通三相异步电动机或37KW电磁调速电机，耗电量大，功率因素低。不仅单井系统效率低，也造成整个电网的线损增加。对于低液量、低粘度的油井，因为使用电磁调速电机的低效率和大功率三相异步电动机，造成电机效率低，整条线路的功率因素低。使用DCJ系列电机后，节电效果极为明显。但由于无法实现无级调速，在稠油井的使用中受到一定的限制。

2.5无游量式抽油机的使用

游量式抽油机井系统效率低的主要原因，是四连杆旋转运动造成电机负荷的不均匀性。而无游量式抽油机解决了该问题。无游量式抽油机在上下冲程中，抽油机负荷是光杆负荷和平衡配重的差，基本是稳定。这样电机输出的扭矩是衡定的。因此电机效率较高。目前使用的生产皮带抽油机和智能滚筒式抽油机，节电效果较好，平均单井日节电115度，节电率60%。无游量式抽油机的缺点是冲数低、理论排量低。适合于稠油、低液量井。

3 结论

1）永磁电机取代普通电机，可以提高单井的系统效率。同时功率因素的提高，降低电网的线损。油井的冲数超过5次后，应用永磁电机，投入少，效益高。2）通过变频技术实现冲数的无级调节，配备普通电机，低冲数时效果更好。配备永磁电机，效果好于普通电机。适用于稠油井，特别是低冲数井，大幅度提高油井的系统效率。3）机械变速，适用于低冲数、光杆不缓下的油井。投入较小，节电效果好。4）无游量式抽油机节电效果明显，适用于稠油、低液量井。新投产的稠油井优先选用无游量式抽油机。低液量、泵挂深的油井亦可采用无游量式抽油机。但不适用于供液较好的油井。

参考文献：

[1]赵玉波. 抽油机井提高系统效率方法探讨[J]. 石油石化节能. 2016（05）

[2]郑海金，邓吉彬. 抽油机井系统效率潜力评价与分布规律研究[J]. 节能技术. 2015（02）