抽油机井冲速对系统效率的影响

邹洪超 杨振东 靳庆凯 黄玉晶

摘 要：抽油机--深井泵的有杆泵采油方式是国内外油田普遍采用的采油方式之一。原油开采目前普遍应用的有杆泵采油是利用电能驱动地面抽油机，通过抽油杆带动深井泵上、下往复运动，将原油经井筒举升至地面。抽油系统运行是一个能量不断传递、转换的过程，经过几个环节的能量传递，能量消耗增大，油井系统效率降低。在保证油井具有一定产量的前提下，调整油井的沉没度、泵径、冲程、冲速等生产参数，提高或保持抽油井的系统效率在一定的合理范围内，达到节能降耗，提高经济效益目的。

关键词：系统效率;冲速;输入功率

有杆泵抽油系统效率即为井下液体举升至地面的有效功率与抽油机输入功率之比。有杆泵抽油系统效率分为地面和井下效率两部分。进一步分解为电动机效率、皮带--减速箱效率、四连杆机构效率、密封盒效率、抽油杆效率、深井泵效率、油管功率损失效率。抽油系统效率计算公式中，在有效功率（油井产量、举升高度等）保持不变的前提下，降低抽油机输入功率，就可以显著提高油井系统效率，降低油井能耗，节省用电成本。

1 系统效率的影响因素分析

1.1 地面因素分析

井口：抽油机光杆不对中，造成光杆与井口偏磨或抽油杆与油管偏磨，增加抽油机的负荷;井口盘根盒过紧，增加抽油机负荷。回压：井口温度低，管线距离长，油稠含水低，流动阻力大，回压升高，增加油井负荷。抽油机润滑：抽油机减速箱、中轴、尾轴等旋转机构需要润滑的部位，未能按要求加注润滑油，增加摩擦阻力，造成油井负荷增加。传动皮带：皮带过松，导致皮带轮打滑，降低传动效率;皮带过紧，减少皮带使用寿命，同时会增加负荷，导致电机输入功率上升。电机：电机功率利用率低，不是节能电机，增加油井的输入功率。抽油机平衡度：抽油机平衡度低，上、下行电机电流差别大，油井负荷波动变化幅度大，造成电机输入功率增大。地面生产参数：油井冲程、冲速选用不当，存在浪费电能的问题。

1.2 地下因素分析

泵、管、杆的组合：抽油泵的泵型、泵径、下入深度选用不合理，抽油泵下入深度增加，沉没度过大，抽油杆直径过大，增加抽油机负荷，浪费电能。出沙结蜡：油井出沙、结蜡严重，增加抽油泵活塞摩擦阻力，油管结蜡严重，管径缩小，增大油流阻力，增加油井负荷（见表1）。

2 输入功率的主要影响因素分析

油井各个环节的负荷增大，都会使电机输入功率上升，耗电量增加，吨液耗电量增大。系统效率计算公式，油井有效功率中的产液量、举升高度，受到下泵深度，油井供液能力的限制，调整余地并不大。而油井平衡度、盘根盒松紧、皮带松紧、抽油机润滑、选用电机功率大小，油井冲速等方面可以调整的余地较大，也是提高抽油机井系统效率的主要工作方向。为了从中找出影响电机输入功率增大的主要因素，通过每个影响因素调整前、后的输入功率数据对比，找出其中的主要因素。

测量抽油机平衡度与电机输入功率数值的变化关系：平衡度在80%時，电机输入功率7.1kW;平衡度在90%时，电机输入功率6.9kW;平衡度在100%时，电机输入功率6.8kW;抽油机平衡度在100%时与80%时相比，输入功率对比下降0.3kW。测量传动皮带松紧度与输入功率变化的关系：传动皮带调节器位置调整到60%胀紧度时，输入功率为6.12kW;传动皮带调节器位置调整到80%胀紧度时，输入功率为6.24kW;传动皮带调节器位置调整到100%胀紧度时（皮带胀紧度达到最大），输入功率为6.33kW;传动皮带松紧度60%-100%时，输入功率变化的差值为0.21kW，这一数据说明皮带不是“越紧越好”。抽油机润滑调整与输入功率变化的关系：抽油机润滑保养项目包括各润滑点加注黄油，减速箱更换机油。润滑保养前输入功率6.24kW，润滑保养后输入功率6.19kW。润滑保养前、后的输入功率对比下降0.05kW。抽油机更换电机：10型抽油机使用37kW电机，输入功率7.33kW，更换为30kW电机后，输入功率7.12kW，输入功率下降0.21kW。抽油机井冲速与输入功率的变化关系：调冲速的方法采用变频器调整频率的大小，达到所需要的抽油机冲速。冲速调至3次/min，输入功率为3.94kW;冲速调至4次/min，输入功率为5.25kW;冲速调至5次/min，输入功率为6.58kW;冲速调至6次/min（使用变频50Hz），输入功率为7.6kW。油井不使用变频器，直接使用工频（50Hz）启动抽油机，此时抽油机冲速为6次/min，输入功率为7.4kW。抽油机冲速由6次/min调低至3次/min，输入功率下降3.66kW。抽油机冲速同样是6次/min时，使用变频器与使用工频启动抽油机相比，输入功率上升0.2kW，这一数据说明，使用50Hz时，不使用变频器，输入功率降低，更省电。

为提高抽油机井系统效率，以降低输入功率为目标所做的抽油机井工作状况调整工作中，根据测试结果计算，抽油机平衡度调整后，输入功率下降4.2%;传动皮带松紧度调整后，输入功率下降3.3%;抽油机润滑保养调整后，输入功率下降0.8%;抽油机更换小型电机后，输入功率下降2.9%;抽油机冲速调整后，输入功率下降48.2%。其中抽油机冲速调整后输入功率下降最多，所占比重最大。作业区生产井，按产量分类将油井分为A、B、C三类。A类井日产液30方以上，B类井日产液15-30方，C类井日产液15方以下。将C类井作为低效节能重点井管理，逐步摸索适合的冲次匹配。试验结果表明，C类油井，在供液能力保持不变的情况下，冲速使用4次/min与6次/min相比，油井产量无明显下降，比较稳定，油井输入功率平均下降2.6kW，系统效率由18.6%提高至24.3%。

3 结论

根据测试结果得出结论，抽油机井冲速由高到低调整后，输入功率下降最为明显，抽油机井冲速的变化，是输入功率的主要影响因素。除按照“五率”要求，保养维护抽油机，使其处于最佳运行状态。在保障油井产量稳定的同时，适当下调抽油机冲速，可以大幅度降低输入功率，提高系统效率，节省单井耗电量，降低吨液耗电成本。如需使用工频50Hz生产时，应使用工频直接驱动电机，如使用变频器将频率调至50Hz驱动电机，会增加耗电量，同时变频器长期超频使用，会增加变频器故障率，减少变频器使用寿命。