查旋 李影 李鵬 苗玉禮(中國石化河南油田分公司石油工程技術研究院,河南 南陽 473132)

0 引言

就實際情況而言，有桿泵機械采油系統(tǒng)在進行原油開采時必將產(chǎn)生一部分無用功率。但就目前的情況來看，有桿泵機械采油系統(tǒng)已經(jīng)得到了廣泛的應用，而其運行效率卻一直無法得到提高。在國家提倡節(jié)能減排的政策號召下，該系統(tǒng)的效率提高問題已經(jīng)成為了各油田共同關注的重要問題，直接影響著油田的生產(chǎn)效益和社會效益。

1 有桿泵井機械采油系統(tǒng)能耗分析

在油田開采的過程中，有桿泵機械采油系統(tǒng)在原油提升的過程中會消耗大量的有效能量和損失能量。其中，有效能量是系統(tǒng)做出的有用功，而損失能量則包含了機械消耗在內(nèi)的一系列無用功。在損失能耗方面，采油系統(tǒng)不僅會損失一部分電機能量，還會損失抽油機摩阻能量、滑動摩阻能量和粘滯摩阻能量等多種能量。其中，地面電機損耗能量包含了抽油機和電機消耗的能量，其損失功率主要取決于光桿下沖過程中的平均載荷、電機空載率和光桿功率等因素。而在有桿泵生產(chǎn)過程中，抽油桿會與液體與油管發(fā)生摩擦，所以也會產(chǎn)生粘滯損失功率。同時，抽油桿與油管的摩擦和氣體泵筒與泵柱塞的摩擦的存在，將導致滑動損失功率的產(chǎn)生。此外，在提升原油的過程中，因壓力降低會有溶解氣從原油中析出，從而導致一部分原油內(nèi)能轉(zhuǎn)化成溶解氣膨脹功率。

2 影響有桿泵井機械采油系統(tǒng)效率的因素分析

就目前來看，有桿泵井機械采油系統(tǒng)的運行效率普遍不高。從理論角度來看，抽油機系統(tǒng)效率應該達到55%到65%。然而從實際生產(chǎn)上來看，系統(tǒng)平均效率甚至無法達到30%。而之所以會出現(xiàn)這一現(xiàn)象，主要是受到了幾方面因素的影響。首先，系統(tǒng)電機的最佳運行效率應該在額定功率的0.7 倍到1.1 倍之間，以便保持良好的運行狀態(tài)[1]。但在實際生產(chǎn)中，為了進行抽油機啟動慣性和高負荷峰值的克服，電機往往需要配置較大的功率，以至于電機的運行一直處在負載較低的狀態(tài)。其次，目前有桿泵井機械采油系統(tǒng)使用的抽油機多數(shù)為游梁式抽油機，采用的工作方式為對稱循環(huán)方式。而這類抽油機在上下沖程花費的運行時間相同，產(chǎn)生的幅度和頻率較大，容易導致整個系統(tǒng)能耗的升高。再者，系統(tǒng)運行過程中使用了三角皮帶傳動，但是該類皮帶的張緊程度無法得到保證，容易出現(xiàn)震動、打滑和錯動等問題，從而給系統(tǒng)帶來能量損失。此外，系統(tǒng)運行過程中常常會出現(xiàn)不平衡的問題，以至于電動機電流輸出出現(xiàn)差異，繼而導致系統(tǒng)運行效率低下。

3 提高有桿泵井機械采油系統(tǒng)效率的技術分析

3.1 系統(tǒng)運行優(yōu)化技術

為了使有桿泵機械采油系統(tǒng)保持高效運行狀態(tài)，需要采用優(yōu)化技術進行系統(tǒng)的優(yōu)化設計。而電機裝置是系統(tǒng)的核心裝置，首先就需要得到優(yōu)化設計。從優(yōu)化目的上來看，電機的優(yōu)化是為了保持一定的負載能力，以便使裝置的能力得到有效利用。同時，還需要使電機試機負載率與最佳負載率之間的差距得到縮短，以便使裝置保持最佳運行狀態(tài)[2]。為了達成這一目的，技術人員需要對正常運行的采油系統(tǒng)進行實際測量。而通過分析實際測量得出的圖形，則可以進行光桿工作效率的計算。具體來講，就是按照公式P光桿=(Pmax-Pmin)S*N*103/59976進行光桿工作效率的計算，然后根據(jù)結果進行電機的選擇。式中，Pmax為實際測量的最大負荷，Pmin則為實際測量得到的最小負荷。在此基礎上，技術人員可以將計算出的數(shù)據(jù)當做是電機優(yōu)化的指標，然后重新進行電機裝置的配置。實踐表明，電機負載率只要提高5%到10%，系統(tǒng)效率就可以提高2%到4%。

3.2 系統(tǒng)節(jié)能改造技術

為了減少系統(tǒng)的能耗，技術人員理應對系統(tǒng)進行節(jié)能改造。除了進行電機裝置的優(yōu)化，技術人員還應該致力于保持系統(tǒng)各項裝置的穩(wěn)定運行，以期達成最佳的系統(tǒng)運行效率。具體來講，就是技術人員可以使用節(jié)能性抽油機替代過去的游梁式抽油機，以便達成一定的系統(tǒng)節(jié)能效果。而使用該種抽油機可以保持可靠的運行狀態(tài)，并且在滿負載情況下保持較低的損耗。就目前來看，油井使用的節(jié)能性抽油機主要有兩種，即異向曲柄平衡抽油機和鏈條抽油機[3]。另一方面，技術人員也可以通過安裝節(jié)能減速器進行系統(tǒng)的節(jié)能改造，以便使系統(tǒng)的機采參數(shù)得到優(yōu)化，繼而使系統(tǒng)的運行效率得到提高。而實踐表明，安裝節(jié)能減速器后，平均單井采油系統(tǒng)的效率提高了1%，節(jié)省的日電能約為12.4kW·h。

3.3 系統(tǒng)部件增設技術

了解采油系統(tǒng)效率低下的原因后，技術人員也可以通過增設系統(tǒng)部件提高系統(tǒng)的運行效率。一方面，為了減少系統(tǒng)因皮帶傳送而損失的能量，技術人員可以進行系統(tǒng)專用的緊帶裝置的安裝。而該裝置可以進行皮帶松緊帶的調(diào)整，所以可以解決皮帶打滑等問題，從而使系統(tǒng)效率得到有效提高。另一方面，針對油管伸長導致的系統(tǒng)能量損耗，技術人員也可以進行油管錨定裝置的安裝。而在此基礎上，操作人員就可以提前得知油管的位置，從而使有桿泵容積工作效率得到有效提高。除此之外，解決該問題也可以通過增設氣錨的措施，以便使油氣含量得到提高。再者，針對抽油桿與油管摩擦導致的系統(tǒng)能量損失，技術人員可以通過安裝抽油桿扶正器進行摩擦的減小甚至消除[4]。此外，針對有偏磨的井口，也可以通過使用井口扶正器來減少系統(tǒng)裝置與井口的摩擦。

3.4 系統(tǒng)智能控制技術

想要使采油系統(tǒng)效率得到提高，還應該根據(jù)系統(tǒng)實際運行情況進行其工作性能的優(yōu)化，從而在增強系統(tǒng)靈活性的同時，提高系統(tǒng)的運行效率。為了達成這一目的，技術人員需要將監(jiān)測技術引入到油井工作中，以便進行采油工作液面波動數(shù)據(jù)的采集與整理。而在此基礎上，技術人員則可以將實時控制技術引入到采油工作中，以便實現(xiàn)對系統(tǒng)的智能控制。從長遠角度來看，使用智能控制技術進行有桿泵機械采油作業(yè)的控制和調(diào)節(jié)，可以完成對井下采油過程的自動干預，繼而使石油開采的工作效率得到提高。此外，使用該技術也可以使石油開采的質(zhì)量得到提高，并確保石油開采的安全性，因此有利于促進石油開采事業(yè)的發(fā)展。

3.5 系統(tǒng)功率補償技術

從根本上來講，采油系統(tǒng)的運行效率低下主要是因為受到了功率因素低的因素的影響。而之所以會出現(xiàn)這一問題，是因為采油系統(tǒng)的終端缺少功率補償。所以，技術人員應該采取終端補償技術解決這一問題，以便使系統(tǒng)運行的效率得到有效提高。具體來講，就是可以在抽油機自控制箱內(nèi)進行電力電容器的安裝，以便對相應的系統(tǒng)線路進行無功補償。而使用這一方法，可以使系統(tǒng)功率因素提升約0.2，因此可以為系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供更多的保障[5]。

4 結語

總而言之，為了提高有桿泵井機械采油系統(tǒng)的生產(chǎn)效率，有關人員應該對影響系統(tǒng)效率的因素進行進一步的分析，以便從中找出提高系統(tǒng)效率的方法。而通過本文的研究可以發(fā)現(xiàn)，重新配置合適的電機裝置，并進行節(jié)能減速器的安裝和節(jié)能性抽油機的使用，都可以使采油系統(tǒng)的生產(chǎn)效率得到提高。同時，也可以進行油井工作過程的實時監(jiān)測，以便對系統(tǒng)運行做出調(diào)整。此外，也可以通過緊帶裝置、油管錨定裝置以及電力電容器減少系統(tǒng)的能力損失和為系統(tǒng)提供功率因數(shù)補償，繼而使系統(tǒng)的運行效率得到提高。

[1]宋威.提升有桿泵采油系統(tǒng)效率方法研究[J].化工管理,2015,6：182+224.

[2]朱益飛.利用測試分析提高電泵井系統(tǒng)效率[J].石油石化節(jié)能,2013,08：1-3+59.

[3]肖聰.提高機械采油系統(tǒng)效率的理論研究及應用[J].中國石油和化工標準與質(zhì)量,2013,17：250.

[4]張明.抽油機井系統(tǒng)效率工藝參數(shù)優(yōu)化技術[J].中國石油和化工標準與質(zhì)量,2011,04：234.

[5]王春彥,李俊,向軍.埕海油田電泵井節(jié)能技術應用與研究[J].資源節(jié)約與環(huán)保,2014,01：39-40.