張 波，周世德，張亞利，周善興

（中國石油長慶采油一廠測試實(shí)驗(yàn)大隊(duì)，陜西 延安 716000）

抽油機(jī)系統(tǒng)由地面和井下兩大部分組成，地面部分主要包括電動機(jī)、皮帶與減速箱以及四連桿機(jī)構(gòu)；井下部分主要包括抽油桿柱、深井泵以及油套管柱。抽油機(jī)系統(tǒng)總效率受各部件效率的影響，對通過測試所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行有針對性的分析，旨在提高抽油機(jī)井系統(tǒng)效率。

一、抽油機(jī)井系統(tǒng)效率分析

1.抽油機(jī)井系統(tǒng)效率分解

（1）電機(jī)運(yùn)行效率

①電機(jī)輸入功率(系統(tǒng)輸入功率)

電機(jī)平均輸入功率測試采用電度表—秒表法進(jìn)行測取。抽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，測取電度表所轉(zhuǎn)圈數(shù)和所用時(shí)間，則電機(jī)平均輸入功率為：

式中：P1——電機(jī)輸入功率，kW；

np——電度表所轉(zhuǎn)圈數(shù)，無因次；

K1——電流互感器變比，無因次；

Np——電度表常數(shù)，r/kW；

tp——轉(zhuǎn)np圈所用時(shí)間，s。

②電機(jī)輸出功率

在電機(jī)輸出軸處貼電阻應(yīng)變片，將電機(jī)軸應(yīng)變曲線記錄下來，并由轉(zhuǎn)速儀測試電機(jī)實(shí)際運(yùn)行轉(zhuǎn)速，則電機(jī)平均輸出扭矩和功率為：

式中：M電——電機(jī)平均輸出扭矩，N·m；

E——電機(jī)軸彈性模量，N/m2；

μ——電機(jī)軸泊松比，無因次；

D——電機(jī)軸直徑，m；

ε實(shí)——實(shí)際平均應(yīng)變值；

P2——電機(jī)功率，kW；

n電——實(shí)測電機(jī)軸轉(zhuǎn)速，r/min。

知道電機(jī)輸入輸出功率，即可得到電機(jī)的運(yùn)行效率η1=P2/P1。

（2）皮帶及減速箱效率

電機(jī)輸出功率P2即是皮帶及減速箱的輸入功率P3，其輸出功率P3與P2測試技術(shù)相同，皮帶及減速箱效率η2=P3/P2。

（3）四連桿機(jī)構(gòu)效率

在懸繩器處安裝動力示功儀，測取動力示功圖，則光桿功率為：

式中：A——示功圖面積，mm2；

Sd——減程比，m/mm；

fd——力比，N/mm；

n——光桿沖次，1/min。

由光桿功率就可計(jì)算四連桿機(jī)構(gòu)效率η3=P4/P3。

（4）井下效率

井下部分的能量損失主要發(fā)生在盤根盒、抽油桿、抽油泵和管柱上，因此井下效率為：

式中：η1——盤根盒效率；

η2——抽油桿效率；

η3——抽油泵效率；

η4——管柱效率。

2.抽油機(jī)井地面效率影響因素分析

抽油機(jī)井地面效率受多種因素的影響，如抽油設(shè)備、抽汲參數(shù)、油井生產(chǎn)狀況以及管理水平等。因此，提高抽油機(jī)井地面效率可以通過改善上述條件來實(shí)現(xiàn)。

抽油機(jī)輸入能量在轉(zhuǎn)換和傳遞過程中會發(fā)生損失。根據(jù)地面驅(qū)動設(shè)備組成情況，可將其功率損失分為以下四個(gè)部分。

（1）電機(jī)部分損失

包括熱損失和機(jī)械損失，用△P1表示。

（2）皮帶部分損失

主要是傳動過程中的摩擦損失，用△P2表示。

（3）齒輪減速器部分損失

主要是傳動過程中的摩擦損失，用△P3表示。

（4）四連桿機(jī)構(gòu)部分損失

主要是軸承的摩擦損失和鋼絲繩變形損失，用△P4表示。

因此，抽油機(jī)井地面驅(qū)動設(shè)備的全部能量損失為：

抽油機(jī)井地面效率為：

式中：P1m——電機(jī)輸入功率。

可見，地面設(shè)備能量損失越大，地面效率越低；反之，地面效率越高。因此，提高地面效率可以通過提高抽油機(jī)各部件的效率來實(shí)現(xiàn)。

3.測試及資料收集

根據(jù)機(jī)采系統(tǒng)的工作特點(diǎn)，可將抽油機(jī)系統(tǒng)效率分為兩部分：即地面效率和井下效率（以光桿懸繩器為界），則系統(tǒng)效率η：

P光即為抽油機(jī)的光桿功率，是指光桿提升液體和克服井下各種阻力所消耗的功率。P水即抽油系統(tǒng)的有效功率，是指在一定的揚(yáng)程下，將一定排量的井下液體提升到地面所需要的功率。P入即抽油系統(tǒng)的輸入功率，是指拖動抽油機(jī)的電動機(jī)的輸入功率。

二、抽油機(jī)井系統(tǒng)效率測試情況

采油一廠現(xiàn)管轄陜、晉兩省16個(gè)縣市境內(nèi)的27 465km2礦權(quán)面積，2010年底共探明地質(zhì)儲量34 419.41萬t，動用地質(zhì)儲量34 243.57萬t，動用含油面積584.58km2。管理12個(gè)采油單位，18個(gè)油藏?，F(xiàn)有油井4 737口，開井4 177口。平均單井日產(chǎn)液4.36m3，單井日產(chǎn)油2.00t，含水45.7%，平均泵掛1 225m，平均動液面1 033m，平均抽汲參數(shù)φ33mm×1.77m×4.8次/min，平均泵效42%，檢泵周期542天。抽油機(jī)以四型、五型、六型為主，占全廠抽油機(jī)97%。

三、油井系統(tǒng)效率主要影響因素分析

根據(jù)系統(tǒng)效率基本原理，結(jié)合安塞油田系統(tǒng)效率測試、分析及調(diào)整情況，影響系統(tǒng)效率的因素主要有油井產(chǎn)液量、生產(chǎn)參數(shù)、抽油機(jī)平衡度等。

1.產(chǎn)液量是影響系統(tǒng)效率的主要因素

單井系統(tǒng)效率的高低是有桿抽油井運(yùn)行是否協(xié)調(diào)的重要標(biāo)志，單井系統(tǒng)效率越高，則產(chǎn)液的噸油耗電量越少。對于系統(tǒng)效率低的井，產(chǎn)液量低是主要原因，主要是產(chǎn)液量低會導(dǎo)致供液能力不足和抽油泵泵效低，供液能力不足會導(dǎo)致動液面下降、沉沒度減少，嚴(yán)重時(shí)會因?yàn)殚L時(shí)間不出油而燒壞盤根。供液不足一是因?yàn)槌榧硡?shù)設(shè)計(jì)不合理，可通過采用小泵徑、低沖次、長沖程、加深泵掛等措施保持長時(shí)間穩(wěn)產(chǎn)；二是自然開采衰竭井，目前措施是采用合理組合參數(shù)或間開的方法。

根據(jù)所測試油井的系統(tǒng)效率，選取泵徑、沖程、泵掛、抽油機(jī)型號相同，沖次基本接近，產(chǎn)液量不同的95口油井進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，可以看出在相同的抽油設(shè)備及相同的工作參數(shù)情況下，產(chǎn)液量越高，系統(tǒng)效率越高，但產(chǎn)液量的高低對油井耗電量基本不產(chǎn)生影響（見表1）。

表1 不同產(chǎn)液量系統(tǒng)效率對比表

2.沖次是影響系統(tǒng)效率的關(guān)鍵因素

油井沖次是決定抽油泵效的重要因素，同時(shí)沖次增大后，其動載荷、摩擦載荷相對增加，抽油機(jī)單位時(shí)間內(nèi)做的功以及輸入功率隨之增加，導(dǎo)致系統(tǒng)效率下降。

選泵徑、沖程、泵掛、抽油機(jī)型號相同，產(chǎn)液量基本接近，不同沖次的油井進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，可以看出在相同的抽油設(shè)備及相同的工作參數(shù)情況下，沖次越低，系統(tǒng)效率越高，耗電量越?。ㄒ姳?）。

表2 沖次與系統(tǒng)效率、耗電量的關(guān)系

3.沖程是影響系統(tǒng)效率的重要因素

油井沖程對抽油泵效的影響也很大，在相同的產(chǎn)液情況下，沖程越大，泵效越小，系統(tǒng)效率越小，同時(shí)沖程增大后，抽油桿在運(yùn)動中的摩擦耗功增大，導(dǎo)致系統(tǒng)效率下降。

選泵徑、沖次、產(chǎn)液量、抽油機(jī)型號相同、泵掛基本接近，不同沖程的油井進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，可以看出在相同的抽油設(shè)備及相同的工作參數(shù)情況下，沖程從1.79m上升為2.44m時(shí)，系統(tǒng)效率提高了1.24%，日耗電下降14.35kW·h。

表3 沖程與系統(tǒng)效率、耗電量的關(guān)系

4.抽油機(jī)平衡狀況是影響系統(tǒng)效率的重要因素

安塞油田大多使用的是常規(guī)型游梁式抽油機(jī)，驢頭懸點(diǎn)運(yùn)動加速度較大，平衡效果較差，造成抽油機(jī)載荷波動較大，在一個(gè)沖次周期內(nèi)電機(jī)有明顯的正功與負(fù)功交替，抽油機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，用于克服慣性載荷的負(fù)功明顯增大，系統(tǒng)效率降低。

因此要使抽油機(jī)最節(jié)能，就是要使電機(jī)的變動損耗最小，也就是均方根電流最小。平衡度較差，則均方根電流勢必上升，變動損耗增加，耗電量上升。

四、結(jié)語

通過對作業(yè)區(qū)的測試資料分析，并對比不同時(shí)期油井的系統(tǒng)效率狀況，初步得到以下結(jié)論。

第一，部分井系統(tǒng)效率比較低的主要因素為單井產(chǎn)量低，抽油系統(tǒng)工作參數(shù)大于地層供液能力。

第二，采用長沖程低沖次有利于提高系統(tǒng)效率。

第三，抽油機(jī)匹配合適功率的電動機(jī)，可有效提高系統(tǒng)效率，降低能耗。

第四，抽油機(jī)平衡也是影響系統(tǒng)效率的重要因素，調(diào)整抽油機(jī)平衡同樣可以提高抽油機(jī)系統(tǒng)效率，節(jié)約能耗。

[1]鄔亦炯，劉卓均.有桿抽油設(shè)備與技術(shù)叢書之《抽油機(jī)》分冊[M].石油工業(yè)出版社.