1、提高抽油机井系统效率技术探讨摘要：从抽油机井设备本身、抽汲参数等方面，综合分析了抽油机井系统效率影响的各种因素，并提出了相应的技术措施，提高了抽油机井的系统效率。 关键词：影响因素；系统效率；抽油机井； 中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号： 目前 A 采油厂平均日产液 9.1t，平均动液面 920.65m，平均沉没度184.45m，平均消耗功率 4.67kW，平均吨液百米耗电 1.65kWh，平均系统效率 16.51%。作为开采低渗透油层的 A 采油厂，与其他采油厂甚至其他油田相比，抽油机的系统效率还有着较大差距。因此，通过深入机采系统效率技术的研究及推广应用，对于提高油田开发经济
2、效益、加强节能降耗工作，具有重要意义。 1 计算方法 抽油机井系统效率的高低反映出抽油机传动能量、电动机能量的消耗程度。其计算方法可以分为有用功计算方法和能量损失计算方法两种。1.1 有功计算 =MHg/8600P 有功100% 式中：M日产液，t；H举升高度，m；P 有功电机的消耗功率，kW。 H=H 液+1000（P 油-P 套）/(g) 式中：H 液油井动液面深度（m） ；P 油油压（MPa） ； 油井液体密度；P 套套压（MPa） 。 1.2 能量损失计算 根据能量守恒定律，输入 P 入应当等于有效功率 P 有与损失功率P的和。 即 = P 有/ P 输=( P 输-P)/ P 输=1
3、-P/P 输 由上式可知，抽油机井系统效率只取决于损失功率与输入功率之比。根据抽油机井系统的组成情况，可以把抽油机井系统的功率损失分为 8个部分：电机部分的损失 P2；带传动部分的损失 P3；减速箱部分的损失 P4；四连杆部分的损失 P5；盘根盒部分的损失P6；抽油杆部分的损失 P7；抽油泵部分的损失 P8；管柱部分损失 P9。如果把抽油机井系统的有效功率记作 P1，则抽油机井系统的能源平衡就可以写成如下公式: P 入=P1 +P2 +P3 +P4 +P5 +P6 +P7 +P8 +P9 2 影响因素 由抽油机井系统效率的计算方法，可以确定影响抽油机井系统效率的因素主要有以下几个方面。 2.1
4、 抽油机井设备 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。抽油系统工作时，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，系统效率分为地面效率和井下效率两部分，抽油机井系统效率影响因素见图 1。 （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
5、出功率与抽油机井有效功率相匹配的指标。电机负载率是一个适中型指标，并不是越大越好或者越小越好，而且在评价时也应该考虑不同电机应对照不同的电机负载标准。 （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（一般能损率为 15%左右） 。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
6、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。 （3）杆、管、泵能损率。油井正常抽汲过程中，由于液柱载荷使抽油杆柱和油管柱发生伸缩变形，引起活塞和泵筒在一定范围内相向运动，使活塞的冲程小于光杆冲程，其值称为冲程损失。冲程损失越大，产量损失也越大，泵效就降低得越多。抽油杆能损率包括抽油杆上下运动时的摩擦损失和弹性变形损失，它是衡量抽油杆在系统效率中的能耗程度的指标，其值越小越优。 泵效是柱塞有效冲程系数、泵充满系数、泵漏失系数和沉没压力条件下溶气原油的体积系数的综合，它是衡量泵的有效利用程度指标，其值是越大越
7、优。泵径对耗能的影响较大泵径配以合理的最小冲程，可以使能耗最小，即系统效率最高。其原因是大直径的泵，可以在较低的抽汲速度下得到所要求的产液量，从而使水力损失和摩擦损失减小，因此其系统效率较高。但是大直径泵的使用，往往要受到套管尺寸以及抽油杆强度的限制。 2.2 抽汲参数 （1）井口回压、套压。井口回压、套压的影响油井井口回压的存在，增加了上冲程时的悬点载荷力，当井口回压增加时，相当于增加了抽油杆的重力，上冲程悬点载荷增加，导致电机耗能增加。井口回压过高，悬点载荷增大，亦可造成泵的漏失，影响机采井系统效率。当套压过大，降低了泵举升的有效扬程，导致机采井系统效率下降。 （2）沉没度。沉没度的影响根
8、据机采井系统效率计算公式，增加有效扬程 H 可增加系统效率，即满足泵的沉没压力条件下提高泵的扬程，降低动液面保持合理的沉没度。而沉没度与泵效有密切关系，随着沉没度的增加，泵效增加，当沉没度达到一定值时，泵效增加趋于变缓。 （3）冲程 s 和冲次 n。研究表明，抽汲参数（冲次 n、冲程 S、泵径D、下泵深度 L 以及抽油杆尺寸）对抽油机井系统效率影响较大。冲程 S和冲次 n 对系统效率的影响无论哪一种杆柱，随着冲程长度的增加，冲次下降，其能耗下降。对于某一特定的杆柱有某一最小冲程才能使其耗能较低。 3 提高抽油机井系统效率的方法 3.1 提高地面系统效率的方法 （1） 提高电机效率。根据前面分析
9、，提高电机效率要从三方面开展工作：提高抽油机平衡度、合理匹配电机功率、应用高效电机。 （2)提高抽油机效率。提高抽油机效率主要是应用高效抽油机和做好维护保养。双驴头抽油机、皮带抽油机等节能型抽油机以及抽油机节能改造在各油田都有很好的应用。 3.2 提高井下系统效率的方法 提高井下系统效率主要通过参数优化、杆管优化来实现，另外原油物性、盘根盒摩阻等对系统效率都有一定的影响。 （1）优化生产参数。抽汲参数及杆管组合对地面效率及井下效率都有影响。研究与试验表明， 在众多的抽汲参数中，抽油机冲次 n 和冲程S、泵径 d、沉没度 h 以及杆管尺寸对系统效率（特别是井下效率）影响较大。一般来讲，对于一口具
10、体的抽油机井，在满足提液需要的情况下，应选择最优化的参数组合方式，即选用提高抽油机井系统效率优化设计软件来实现。 （2）防蜡降黏技术。对结蜡严重的油井实施清防蜡降黏，可提高管柱效率和抽油杆传动效率。 （3）合理调整盘根盒。盘根盒密封过紧及偏磨都会增加抽油机悬点载荷，试验证明，摩阻的增加可引起驴头悬点负荷变化 1t 左右，功率损失增加 8%15%，电机功率增加 0.5kW1.5kW，系统效率降低 13 个百分点。因此，光杆的对中调整及松紧度适中的盘根对系统效率的提高具有重要意义。 4 结语 提高抽油机井系统效率必须综合考虑、全面兼顾，具体体现在影响因素的各个部分。合理匹配电机，尽量使电机的负载率达到或接近最佳负载率范围，负载率不足 25%时应合理更换小容量电机；并联电机电力电容器，减少无功损耗；调整抽油机平衡，以减小电机轴功率波动。应用皮带抽油机和双驴头抽油机等高效抽油设备，做好地面维护保养。参数优化措施是提高机采系统效率的主要途径，实现参数最优、效率最高、能耗最低、效益最佳是参数优化的目标，应用提高机采系统效率优化设计软件是一个很好的选择。优化防蜡降黏工艺及合理调整盘根盒，可以降低油井负荷，有利于系统效率的提高。 参考文献： 1 王鸿勋，张琪等.采油工艺原理M.石油工业出版社，1989.
