影响抽油机井系统效率的因素分析与改进对策

刘其鑫

【摘 要】提高抽油机井系统效率可有效提高油井开发效果和实现节能降耗的目的。本文从抽油机井系统效率计算公式出发，分析了影响抽油机系统效率的诸因素，并针对各影响因素提出了有效的改进对策，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，具有一定的借鉴意义。

【关键词】抽油机井；系统效率；因素分析；对策探讨

一、抽油机井系统效率计算公式

抽油机采油原理就是将地面的电能传递给井下的液体，从而将井下的液体举升到地面。整个系统工作时，就是一个能量不断传递和转化的过程。在每一次传递时都将损失一定的能量。从地面供入系统的能量扣除系统损失的各种能量以后，剩余的能量就是系统所给液体的有效能量，这一将液体举升到地面的有效能量与系统输入的能量之比值称之为抽油机的系统效率。

抽油机井的系统效率公式为：

η=N有/ N入 而 N有=HQρg/（3600×24）

式中：H―举升高度，m；H=H动+（P油-P套）/（ρ×g）；H动―动液面，m；P油、P套―油压、套压，MPa；Q―产液量，m3/d；ρ―混合液密度，kg/m3；g―重力加速度，9.8m/s2；η―抽油机井系统效率。

影响抽油机系统效率的因素较多，直接的因素有动液面深度、产液量、油压、套压等。因此要提高单井的系统效率，必须找到产量与沉没度的最佳结合点，进而合理匹配生产参数，降低能耗。在输入功率一定的条件下，损失功率越大，系统效率越低；反之亦然。易见，要提高抽油机井系统效率，就要降低各部分的功率损失。

二、影响抽油机系统效率的因素分析

（一）日产液量的影响

确定一口井工作参数后，在正常生产时，沉没度保持稳定。单井的日产液量稳定。单井日产液量越高，系统效率越高。而随着使用时间的延长，泵漏失现象会越严重，这就需要保证深井泵良好的工作状态，可采取改善泵结构，增强泵的抗磨蚀性能，定期检泵等措施来维护。

（二）有效扬程的影响

对于油井来说，在其它条件一定的情况下，有效扬程越大，系统效率越高。而有效扬程大小是由动液面高低及井口油压与套压差值决定。对于泵挂深度一定的油井，若沉没度大，产量增加，抽油泵有效扬程降低；沉没度小，有效扬程虽然增大，但泵效降低，产量下降。

（三）输入功率的影响

输入功率大小，直接影响系统效率的高低。而输入功率与抽油机型、电机等地面设备有关。

双驴头八型抽油机：该机型的游梁后臂及连杆的长度随悬点位置的改变而变化，减少了曲柄轴扭矩波动，降低了装机功率，提高电机运行效率，达到节电、提高系统效率目的。节能电机：在生产中有一部分电机处于“大马拉小车”的运行状态，这对抽油机系统影响很大，当电机负载率下降到一定程度时，效率和功率因数会急剧下降。因此对这部分机采井可采取更换电机的措施。

（四）抽油机设备的影响

抽油机井采油的原理是将电能从地面传递给井下液体，从而把井下液体举升到井口。从地面供入系统的能量扣除各种损失后，就是系统所给液体的有效能量，该有效能量与系统输入能量的比值称为抽油机井系统效率。

（1）电机负载率。电机的影响关键在于电机负载率的影响。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，严重影响抽油机系统效率。电机负载率定义为电机的消耗功率与电机装机功率的比值。它是衡量电机输出功率与抽油机井有效功率棚匹配的指标。

（2）传动部分能损率。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。传动部分能损率是由抽油机的皮带传动、减速箱和四连杆机构的能量传递损耗所构成。分别有测试和计算方法，它是衡量抽油机地面装置传动部分能源损失的指标，其值为越小越优型。

（3）抽油机平衡率。抽油机平衡率定义为抽油机上冲程的电流峰值与下冲程的电流峰值的比值，当抽油机不平衡时，上冲程中电动机承受着极大的负荷.下冲程中抽油机反而带着电动机运转，从而造成功率的浪费，降低电动机的效率和寿命。它是衡量抽油机在不同冲程过程中的运动平衡程度的指标，是一个适中型指标。适中值为1。

三、提高抽油井系统效率的改进对策

（一）提高地面系统效率的途径

1.提高电动机效率

目前抽油机井使用的部分电动机能量损耗仍然较高，而且配置的额定功率远大于抽油机实际输入功率，存在“功率不匹配”现象，造成负载率和功率因数偏低，无功功率偏大是影响电动机效率的重要因素。（1）合理匹配电动机。对于电动机匹配不合理、大马拉小车的现象，若有针对性地进行更换小电动机工作，可降低电动机运行无功功率，提高电动机功率因数，降低有功耗能提高效率。系统效率随着电动机功率利用率的提高而提高。（2）应用高效电动机Y系列三相异步电动机在额定功率的85%运行时，效率和功率因数呈现最大值，而当负载降低时效率和功率因数都随之下降，能耗随之增大。高效节能电动机在较宽的载荷率下工作效率较高，在低负载率时效率较高，具有启动扭矩大，功率因数高的特点。

2.提高抽油机效率

（1）推广应用高效抽油机。使用皮带式抽油机。该机冲程长，冲速小，泵的充满系数高。而且皮带具有吸收震动的作用，换向平稳，冲速慢，所以机泵惯性载荷、动载荷小。使用双驴头抽油机。同常规型抽油机结构基本一样，但将曲柄上的平衡重转到另一侧的驴头上，载荷的周期性变化小，电动机匹配小，节能效果好。（2）强化抽油机保养，降低机械摩擦损耗。在能量传递过程中，抽油机的能量损失在摩擦损耗中，因此，强化抽油机维护保养，降低机械摩擦损耗，是提高抽油机效率的重要方面。主要包括电动机、抽油机、井口各运动摩擦部位的润滑、校偏、皮带轮“四点一线”、皮带松紧调整及更换磨损严重变速箱等。

（二）提高抽油機平衡率

抽油机的结构和机型对单井系统效率影响很大，但在抽油机型号选定的情况下，影响系统效率的主要因素是抽油机的平衡率。抽油机不平衡，会造成抽油机寿命缩短、杆断、电能浪费等。这是一个随生产时间变化的参数，按原规定抽油机的平衡率在85%～115%之间为合格。在一般情况下欠平衡比过平衡时系统效率会高一些。考虑到实际生产情况，把平衡率定为85%～100%比较合适，平衡率超出此范围，抽油机的效率会降低。

（三）合理优化参数，提高抽油机井系统效率

由系统效率计算公式可知，要提高单井的系统效率，必须找到产量与沉没度的最佳结合点，进而合理匹配生产参数。根据抽油井生产情况，优化确定合理的沉没度，对部分井进行了参数优化。油机井上提泵挂的优化措施通过在检泵中优化泵挂深度设计，在不影响单井生产能力的情况下，采取上提泵挂措施，在降低抽汲负荷的同时，确定合理的沉没度，达到节能降耗的目的。

抽油机抽汲参数的优化方法：针对参数偏大区及负荷超载区的井，采取调小参数措施，使动液面恢复到合理范围，在减少设备损坏的几率的同时，也达到了节能降耗效果。

四、几点认识

（1）改善抽油井供排关系，是提高系统效率的首要因素，通过系统科学的研究油井产能与抽汲参数的关系，可以做到合理开发，挖掘油井生产潜力。

（2）油机井系统效率测试工作是开展节能实验和新技术推广的根本保障，因此，要加强抽油机井的能耗测试工作，开发完善能耗测试仪器，保证测试效果。

（3）优化抽汲参数，保持合理流压，是提高抽油机井系统效率最简捷的途径。

【参考文献】

[1]李道品，罗迪强.低渗透油田开发技术[M].北京：北京石油工业出版社，1994.

[2][美]M.A.克林斯.二氧化碳驱油机理及工程设计[M].北京：北京石油工业出版社，1989.