抽油机井系统效率提升探讨

闫静（大庆油田有限责任公司第二采油厂）

1 系统效率的影响因素

抽油机抽汲工作时， 就是一个能量不断传递和转化的过程， 能量每一次传递和转化都将有一定的损失。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。以光杆、悬绳器为界，对抽油机井系统能耗进行节点分析，其分为地面及地下两部分。地面部分有皮带、减速箱、四连杆、电动机4 个节点，地下部分有盘根盒、抽油杆、管柱、抽油泵4个节点。

系统效率只取决于损失功率与输入功率之比，即在输入功率一定的情况下，损失功率越大，系统效率越低；反之，系统效率就越高。因此，要提高系统效率，就要减少有杆抽油系统各部分的功率损失，进而提高各节点的效率。

东北石油大学王素玲教授曾对抽油机各部分效率与系统效率的关系进行了研究。研究结果表明，抽油机运行过程中，电动机效率、抽油泵效率、抽油杆效率及管柱效率损失率相对较高，是影响系统效率的主要因素（表1）。

1）电动机效率。电动机输出功率与输入功率的比值为电动机效率。一般电动机铭牌上标注的电动机效率是在负载率高于60%的情况下的数据。主要功率损失包括控制箱性能单一，缺少电容补偿、生产参数自动调节等功能。由于电动机功率因数低，无法满足抽油机运行参数的调整，致使抽油机参数不合理。普通电动机运行时，因其功率因数比较低造成供电线路的无功损耗增加，或电动机经过多次维修后绝缘等性能变差，使得电动机效率变差。

2）抽油泵效率。其主要的功率损失为抽油泵柱塞与衬套之间的摩擦损失、泵漏失损失（又称容积损失），原油流经泵阀时由于水力阻力引起的功率损失（又称水力损失）。

3）抽油杆效率。其主要的功率损失为抽油杆与油管的摩擦损失、抽油杆与液体之间的摩擦损失、杆柱弹性伸缩损失。

4）管柱效率。其主要的功率损失为油管漏失损失、液体与油管内壁产生的摩擦损失、油管弹性伸缩损失。

表1 抽油机各节点能耗状况理论分析结果

2 各部分效率与系统效率的关系

2.1 电动机效率与系统效率

选取5 口抽油机井，统一应用高转差节能型电动机[1-6]，应用前后分别进行电能参数测试，2012年机采井应用节能设备效果见表2。其中，电动机效率提高21.9个百分点，系统效率提升6.5个百分点，单井日节电20.8 kWh，效果明显。

表2 2012年机采井应用节能设备效果

2.2 抽油泵效与系统效率

选取低沉没度井，通过套管灌水间隔固定时间进行测试，绘制抽油机井泵效、沉没度、系统效率三者关系曲线[7-8]。测试结果表明，随着抽油机井沉没度的逐渐升高，泵效升高，系统效率提高；当沉没度达到一定高度时，泵效达到高值，系统效率最高；当沉没度继续升高时，泵效保持稳定，系统效率开始下降，抽油机井沉没度、泵效、系统效率关系曲线见图1。随后对全区抽油机井进行统计分析，统计分析结果与试验结果相符，抽油机井沉没度调整在200～300m，系统效率最高，能效利用率最高，抽油机井不同沉没度分级下泵效、系统效率统计见表3。

图1 抽油机井沉没度、泵效、系统效率关系曲线

表3 抽油机井不同沉没度分级下泵效、系统效率统计

2.3 抽油杆、管柱效率与系统效率

影响杆管效率主要因素是摩擦阻力。通过大量作业井跟踪及数据分析，发现结蜡井驴头交变载荷大、电流高，反映出来的问题是杆管摩阻大。抽油机井热洗是为了防止原油中的蜡在油管壁上附着、聚集，影响油井生产而采取的一种利用热介质加热井筒进行化蜡的措施，可以减轻抽油机井下杆管的摩擦。对10 口结蜡井进行数据跟踪，并将其与作业后杆管清洁状态下测试数据进行对比（表4）。比对结果表明，测试电流下降6 A，交变载荷下降15 kN，单井日节电13.5 kWh。

表4 10口结蜡井结蜡前后测试数据对比

2.4 四连杆机构效率与系统效率

除上述主要影响因素外，还对抽油机四杆机构与系统效率关系进行了实验分析。通过四连杆的优化设计和抽油机平衡方式的完善来改变抽油机曲柄轴净扭矩曲线的形状和大小，使其波动平坦，减少负扭矩，从而减小抽油机的周期载荷系数，提高电动机的工作效率，达到节能的目的。 选取不同机型、不同产液级别的5 口抽油机井进行试验。在平衡块可调整区间，等距离选取6 个点作为平衡重心半径，再依据试验得出的数据绘制单井日耗电量与平衡率[9]的关系曲线。由图2 可知，平衡率在88%～93%日耗电量最少。

图2 机采井日耗电量与平衡率关系曲线

3 生产实际调整情况

依据上述分析意见，对某区块抽油机井进行生产调整。

3.1 提高电动机效率

更换节能电动机30 台，措施井系统效率提高4.07个百分点，累计节电6.57×104kWh。

3.2 提高抽油泵效率

转型8口井，措施井系统效率提高4个百分点，累计节电10.04×104kWh；抽油机井检换小泵12 井次，螺杆泵检换小泵1 井次，措施井系统效率提高3.62 个百分点，累计节电0.87×104kWh；参数调整281 井次，其中间抽225 井次、参数调小45井次、电泵缩油嘴0 井次、螺杆调小转速11 井次，措施井系统效率提高2.59个百分点，累计节电17.81×104kWh。

3.3 其他措施

合理安排洗井周期，平均电流下降1.5 A，系统效率提升0.52个百分点，累计节电4.3×104kWh。

地面平衡调整95 井次，措施井系统效率提高0.23个百分点，累计节电2.28×104kWh。

4 结论

抽油机电动机效率、抽油泵效率、抽油杆效率及管柱效率为影响系统效率的主要因素。抽油泵效率优化上，可以通过参数调整、管柱调整等措施调整供排关系，将沉没度调整至200～300m，系统效率最高，能耗效率最高。合理安排洗井周期，可以降低抽油机运行电流，降低交变载荷，从而降低杆管摩擦阻力，进而提升杆管效率，提升系统效率。地面平衡调整、盘根调整虽然对系统效率影响占比较小，但仍是不可忽视的部分，依然存在较大节能潜力。