【摘要】通過對(duì)八面河油田抽油設(shè)備的調(diào)查分析，以油層—井筒—抽油設(shè)備所組成的生產(chǎn)系統(tǒng)為研究對(duì)象，以經(jīng)濟(jì)效益和系統(tǒng)效率為目標(biāo)，分析其生產(chǎn)設(shè)備效率狀況，探討八面河油田開采過程中提高抽油機(jī)井的生產(chǎn)系統(tǒng)效率的方法，從而優(yōu)化抽油機(jī)井生產(chǎn)參數(shù)及合理的配備抽油設(shè)備，以便及時(shí)、準(zhǔn)確地分析和提高抽油機(jī)井生產(chǎn)系統(tǒng)的效率和效益。

【關(guān)鍵詞】八面河油田；游梁式抽油機(jī)；機(jī)采效率；參數(shù)優(yōu)化

1、前言

常規(guī)游梁式抽油機(jī)是八面河油田應(yīng)用最廣泛的抽油設(shè)備，目前全廠有常規(guī)游梁式抽油機(jī)1200多臺(tái)，但其運(yùn)行效率低，耗能大，是最為突出的問題。長(zhǎng)期以來清河采油廠的技術(shù)人員一直致力于常規(guī)游梁式抽油機(jī)在不降低產(chǎn)量的前提下減少電耗工作，不斷優(yōu)化配套機(jī)械化采油設(shè)備，合理調(diào)整油井生產(chǎn)參數(shù)等取得了顯著的成效。但至目前全廠仍然沒有形成一套科學(xué)的評(píng)價(jià)體系來評(píng)價(jià)分析機(jī)采系統(tǒng)能耗效率。本文主要從油層—井筒—抽油設(shè)備所組成的生產(chǎn)系統(tǒng)為研究進(jìn)而從現(xiàn)場(chǎng)的角度提出提高八面河油田機(jī)采系統(tǒng)效率的機(jī)采配套措施，來有效提高油井系統(tǒng)效率，降低機(jī)采能耗成本，延長(zhǎng)油井檢泵周期。

2、機(jī)采系統(tǒng)效率的構(gòu)成

機(jī)采系統(tǒng)效率主要由地面和地下兩部分系統(tǒng)效率組成。地面系統(tǒng)效率主要指懸繩器以上部分，主要是電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)效率和地面的機(jī)械傳動(dòng)效率，包括電機(jī)、抽油機(jī)等各部分的效率，而從懸繩器往下到井底部分的效率為地下效率，主要包括井口密封部分，井筒舉升部分。

2.1影響地面系統(tǒng)效率的主要因素

影響地面系統(tǒng)效率的主要因素有：電機(jī)、皮帶輪傳動(dòng)、齒輪箱及四連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)等因素。

本文主要對(duì)地面系統(tǒng)的電機(jī)效率進(jìn)行分析。電機(jī)效率與電機(jī)類型、電機(jī)質(zhì)量有關(guān)，與抽油機(jī)平衡度有關(guān)，與電機(jī)功率配置有關(guān)，也與電機(jī)老化維修因素有關(guān)。目前主要采用的電機(jī)為普通高轉(zhuǎn)差電機(jī)、電磁調(diào)速電機(jī)和永磁同步電機(jī)。而這三類電機(jī)都有其明顯的缺陷性：

①高轉(zhuǎn)差電機(jī)

此類電機(jī)可以用小功率的30kW代替55kW使用。自身具有開始運(yùn)行以及運(yùn)轉(zhuǎn)過程中受阻減速等軟特性，但這種類型的電機(jī)在其內(nèi)部安裝有發(fā)熱部分，散熱性差，雖然外殼采用散熱性能較好的鋁質(zhì)材質(zhì)制成，但還是容易因散熱性能差而燒毀電機(jī)，由于材質(zhì)和散熱性能差等原因運(yùn)轉(zhuǎn)電耗相應(yīng)加大，推廣受到較大限制。

②電磁調(diào)速電機(jī)

此類電機(jī)是一種控制簡(jiǎn)單的交流調(diào)速電機(jī)，主要采用功率范圍在30～37kW作為配套功率；能夠在比較寬廣的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)平滑連續(xù)性無(wú)級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍廣，精度高，隨機(jī)性能較好；但也存在明顯的缺點(diǎn)，主要是在超低轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)丟轉(zhuǎn)嚴(yán)重；勵(lì)磁耗電高，空載時(shí)能耗高，空載運(yùn)行時(shí)電流一般在20～25A，節(jié)能效果較差；整機(jī)體積較其他電機(jī)要大，重量一般重達(dá)1t以上；使用過程中，控制開關(guān)、勵(lì)磁部分等元件易損，維護(hù)費(fèi)用較高，長(zhǎng)時(shí)間使用相對(duì)故障率較高。

③永磁同步電機(jī)

這類電機(jī)主要是通過在轉(zhuǎn)子內(nèi)鑲嵌永磁體來建立磁場(chǎng)原理，體積小，效率高，更加省電，啟動(dòng)力矩大，能適當(dāng)降低配套功率。但在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)強(qiáng)力啟動(dòng)會(huì)對(duì)井下抽油桿等采油設(shè)備造成較大影響，容易出現(xiàn)斷脫等現(xiàn)象，對(duì)電機(jī)本身來講，啟動(dòng)電流過高，電網(wǎng)電壓偏低無(wú)法承受高達(dá)10倍左右的啟動(dòng)電流，會(huì)出現(xiàn)震動(dòng)、嘯震現(xiàn)象，反復(fù)升溫消磁會(huì)造成性能下降和耗能大等不良后果。

2.2影響井下系統(tǒng)效率的主要因素

影響井下系統(tǒng)效率的因素有：盤根盒、抽油桿傳動(dòng)、抽油泵、生產(chǎn)參數(shù)、井筒流體、井筒結(jié)構(gòu)等因素。

①盤根盒效率

盤根盒過緊、井口偏中會(huì)造成懸點(diǎn)載荷增加，磨阻增大，效率降低。

②抽油桿傳動(dòng)效率。井下管柱在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生彎曲變形會(huì)增加抽油桿與油管之間的摩擦，會(huì)無(wú)形中提高耗能。未根據(jù)油井工況來合理匹配與其相關(guān)的參數(shù)，抽油桿運(yùn)動(dòng)頻率增加，都會(huì)影響系統(tǒng)效率。

③抽油泵效率

其功率損失的主要影響因素包括各組件之間摩擦、抽油泵的漏失、液體特征、生產(chǎn)參數(shù)等多方面。抽油泵的類型、泵徑以及地層供液特點(diǎn)和產(chǎn)液特征等綜合決定了摩擦損失功率和漏失損失功率大小，這類問題可以通過優(yōu)化生產(chǎn)參數(shù)以及作業(yè)等進(jìn)一步提高抽油泵的效率。

④生產(chǎn)參數(shù)影響

生產(chǎn)參數(shù)對(duì)井筒以上的地面效率及系統(tǒng)效率都具有較大的影響。研究數(shù)據(jù)顯示，在各種生產(chǎn)參數(shù)中，抽油機(jī)沖程長(zhǎng)短、沖次快慢、泵徑大小、沉沒度以及抽油桿不同型號(hào)組合對(duì)系統(tǒng)效率特別是井下效率具有較大的影響。

⑤井筒流體影響

井筒溫度越高，液體粘度越低，不結(jié)鹽結(jié)蠟，則磨阻越小，系統(tǒng)效率越高。

⑥井筒結(jié)構(gòu)影響

井筒內(nèi)抽油桿與油管之間因井斜以及其他因素存在偏磨現(xiàn)象，井斜越大摩擦阻力越大，使系統(tǒng)效率受到一定的影響。

3、提高機(jī)采系統(tǒng)效率的措施

3.1電機(jī)的合理匹配

對(duì)于電機(jī)的選擇不但要考慮電機(jī)的特性而且其配套功率應(yīng)向抽油機(jī)適用功率極限靠近。根據(jù)抽油機(jī)靜止啟動(dòng)載荷大、運(yùn)行交變符合變化大的特性，要想合理縮小配套電機(jī)功率，應(yīng)把低沖次稠油井與一般中、高沖次分為兩大類型進(jìn)行研究。選擇合理的電機(jī)，從源頭上徹底根除“大馬拉小車”的問題，這也是節(jié)能降本增效的核心問題。

3.1.1原油粘度高、低液低生產(chǎn)參數(shù)油井電動(dòng)機(jī)合理配置

電動(dòng)機(jī)對(duì)原油粘度高、低液低生產(chǎn)參數(shù)油井適應(yīng)性要求。這類油井儲(chǔ)層物性一般較差、原油在地層中難以運(yùn)移，常常低液低產(chǎn)，由于原油粘度高、流動(dòng)性差、井筒舉升過程中摩擦阻力大，整個(gè)舉升設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中承載負(fù)荷大，易出現(xiàn)抽油桿斷脫現(xiàn)象或者電機(jī)被燒毀以及無(wú)法啟動(dòng)等問題。

此類油井日常生產(chǎn)中沖次較低，一般維持0.3～3.0n/min范圍，因此，對(duì)于此類油井選用電動(dòng)機(jī)需要滿足以下三個(gè)方面的要求：①選用合適轉(zhuǎn)速的電機(jī)，其轉(zhuǎn)速范圍能保持在100-350轉(zhuǎn)適宜；②選用能低速或者軟啟動(dòng)的電機(jī)來適應(yīng)高粘慣性大的油井，降低啟動(dòng)載荷以及能耗；③通過選用低速或者軟啟動(dòng)的電機(jī)在降低啟動(dòng)載荷和能耗的同時(shí)，也為選用低功率的電機(jī)提供了更多的選擇，從而達(dá)到提高系統(tǒng)效率的目的。

針對(duì)該要求和特點(diǎn)我們可采用新型變極調(diào)速電機(jī)和皮帶輪調(diào)速相結(jié)合的方法來配套使用。雖然增加了皮帶輪調(diào)速器的同時(shí)勢(shì)必增加其傳動(dòng)系統(tǒng)能耗損失，但皮帶系統(tǒng)的損失僅為1%-3%，權(quán)衡其利遠(yuǎn)遠(yuǎn)大與弊。

3.1.2中高含水、高液量油井的中高沖次電機(jī)的合理配置

在中高沖次的油井上其應(yīng)用的電機(jī)型號(hào)較多，其選擇空間也較大，但也成為油田選用電機(jī)的難點(diǎn)。目前抽油機(jī)常用恒速電機(jī)作為其原配套機(jī)型，由于抽油機(jī)慣性極大，從靜到動(dòng)的過程中啟動(dòng)載荷大，運(yùn)行過程中交變負(fù)荷變化大，低功率的恒速電機(jī)無(wú)法適應(yīng)這種要求，必須選用大功率電機(jī)與之配套，如12型抽油機(jī)大多選用的55kW或者37KW電機(jī)，但是其適用功率較低，僅達(dá)8～11kW，選用的大功率電機(jī)功率往往是其適用功率的3～5倍，這種選擇毫無(wú)節(jié)能技術(shù)含量，無(wú)形中提高了單井能耗。而目前采用的高轉(zhuǎn)差普通電機(jī)和永磁同步電機(jī)均有其明顯的不適應(yīng)性，建議采用新型自動(dòng)變矩電動(dòng)機(jī)。此類電機(jī)通過實(shí)現(xiàn)自動(dòng)“變矩”來滿足油井軟啟動(dòng)條件，同時(shí)可以大幅度降低功率，提高節(jié)能效果。為了降低啟動(dòng)與運(yùn)行過程中負(fù)荷阻力，其主要通過應(yīng)用機(jī)械變矩結(jié)構(gòu)的原理來解決這一問題，用同一個(gè)動(dòng)力源，轉(zhuǎn)動(dòng)模式卻不相同。電機(jī)從電流大小來判斷出負(fù)荷變化，從而通過“變矩”機(jī)構(gòu)自動(dòng)調(diào)整轉(zhuǎn)矩，確保抽油機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。用在同類型抽油機(jī)上的電機(jī)功率大幅度下降，約為原機(jī)型的一半，其啟動(dòng)變矩比2.7，啟動(dòng)過程中最大電流不超過90A，運(yùn)行過程中電流保持在19～37A范圍。經(jīng)過投入現(xiàn)場(chǎng)多口油井使用，其性能穩(wěn)定，匹配性高，降耗節(jié)能效果較好，完全可以滿足安全生產(chǎn)。

此外在選好電機(jī)的情況下，還必須達(dá)到抽油機(jī)的平衡度要求，抽油機(jī)工作時(shí)平衡度（抽油機(jī)下行峰值電流比上行峰值電流）應(yīng)在80%～110%。抽油機(jī)運(yùn)行不平衡，會(huì)造成電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電流和功率因數(shù)波動(dòng)過大，少量電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)負(fù)功現(xiàn)象，造成不必要的對(duì)電機(jī)的傷害。

3.2優(yōu)化沖程、沖次

對(duì)于低液、低能、低效及生產(chǎn)參數(shù)與產(chǎn)液不匹配的抽油機(jī)井，以“長(zhǎng)沖程低沖次”的原則進(jìn)行參數(shù)運(yùn)行管理，提高機(jī)采系統(tǒng)效率。主要措施是應(yīng)用減速裝置、極電機(jī)、調(diào)小沖次，調(diào)大沖程。為了降低抽油機(jī)井的沖次，對(duì)抽油機(jī)沖次要求在4n/nin以下的抽油井必需配套10極以上的低速電機(jī)，沖次在2n/nin以下的必需配套16極的低速電機(jī)。一季度對(duì)比以上采取的措施前后檢測(cè)結(jié)果，平均節(jié)電率提高25.5%。

3.3優(yōu)化抽油桿柱

抽油桿柱的優(yōu)化主要包括選擇合適的長(zhǎng)度、受力強(qiáng)度、不同直徑的組合及制造材料。為了確保抽油桿柱能滿足采液強(qiáng)度的需要，必須綜合制造材質(zhì)性能以及采液強(qiáng)度等綜合情況來確定其直徑。抽油桿柱在上下行過程中需要承受交變載荷，因此，在抽油桿內(nèi)產(chǎn)生了由最大到最小的不對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力：

σmax=Pmax/frσmin=Pmin/fr

式中：fr—抽油桿柱橫截面積；σmax、σmin—抽油桿柱承受的最大、最小應(yīng)力，MPa。

當(dāng)計(jì)算抽油桿柱上部的σmax和σmin的時(shí)候，可以將整個(gè)抽油桿組合作為一個(gè)整體計(jì)算或者用儀器去測(cè)得相應(yīng)的最大或者最小應(yīng)力數(shù)據(jù)。在交變載荷作用下，抽油桿柱發(fā)生斷裂的主要因素是疲勞而非被最大應(yīng)力拉斷。因此，優(yōu)化抽油桿柱組合時(shí)除了考慮承受最大和最小應(yīng)力外，還必須考慮其所能承受的最大疲勞強(qiáng)度。

在非對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力下的抽油桿強(qiáng)度條件為：σc≤[σ-1]

式中：[σ-1]—許用應(yīng)力，MPa；σ-1—對(duì)稱循環(huán)疲勞極限應(yīng)力，MPa；K—安全系數(shù)；σc—折算壓力，MPa。

3.4優(yōu)化沉沒度和泵徑，提高泵效

油井沉沒度不合理，造成有效揚(yáng)程減小及抽油機(jī)上下行程懸點(diǎn)載荷增加，井下效率較低?？梢酝ㄟ^加深泵掛，調(diào)小泵徑，降低懸點(diǎn)載荷，增加產(chǎn)液量，提高機(jī)采系統(tǒng)效率。在提高泵效方面其主要原則為：

①油田開發(fā)后期，抽油泵需控制下入深度，特別是泵徑70mm或者83mm的深井泵更應(yīng)控制下井深度。

②合理沉沒度范圍應(yīng)因井而宜，油井含水超過85%，其沉沒度應(yīng)控制在150～250m之間，油井含水低于85%，其沉沒度應(yīng)控制在200～350m之間。

③提高泵效的另一個(gè)重要對(duì)策就是加強(qiáng)油井日常動(dòng)態(tài)管理，對(duì)地層能量相對(duì)較差的油井可通過控制套氣的措施來確保合理的沉沒度，避免通過加深抽油泵下入深度來保證沉沒度。

④對(duì)于沉沒度偏高的井，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際采取換大泵或上提泵掛措施來提高泵效。

3.5加強(qiáng)井筒管理，減少管泵漏失

目前，因井筒內(nèi)油管與抽油桿之間偏磨以及腐蝕比較嚴(yán)重，油管本體或者絲扣部位穿孔漏失現(xiàn)象增多，主要解決辦法就是通過應(yīng)用各種新工藝降低腐蝕，延緩偏磨，要加強(qiáng)防偏磨工藝的使用效果跟蹤和評(píng)價(jià)工作，同時(shí)提高油井防腐工藝技術(shù)的利用率，以及確保入井管桿質(zhì)量來降低漏失。抽油泵漏失主要由于各種原因造成的上下凡爾密封不嚴(yán)形成的漏失。目前主要有效措施就是減少各種具有腐蝕性液體或者氣體腐蝕，擴(kuò)大防腐技術(shù)應(yīng)用面，加強(qiáng)地面配套工藝技術(shù)，優(yōu)化實(shí)施合理的生產(chǎn)參數(shù)，調(diào)整活塞深度，確保泵正常工作，減少漏失幾率。另外，提高系統(tǒng)效率，需要加密錄取油井各種生產(chǎn)資料，結(jié)合耗能平衡測(cè)試，在最低耗能的前提下保證最大的機(jī)采效率。

4、部分措施應(yīng)用情況

根據(jù)采油廠工藝所的安排，共調(diào)整優(yōu)化了42口井，系統(tǒng)平均效率由16.9%提高到21.5%，節(jié)能效果顯著。通過實(shí)施前后數(shù)據(jù)對(duì)比，單井日耗電下降51kWh，系統(tǒng)平均效率提高了4.6%，累計(jì)耗電節(jié)約59417kWh，具體效果如下表所示：

優(yōu)化調(diào)整工作量如下：

實(shí)施生產(chǎn)參數(shù)調(diào)整9口，單井日耗電節(jié)約34kWh，系統(tǒng)平均效率提高5.2%，共節(jié)約用電15211kWh；更換電機(jī)17臺(tái)（調(diào)速換永磁電機(jī)12臺(tái)），單井日耗電節(jié)約55kWh，系統(tǒng)平均效率提高3.8%，共節(jié)約用電22153kWh；合理匹配電機(jī)9臺(tái)，單井日耗電節(jié)約18kWh，系統(tǒng)平均效率提高2.2%，共節(jié)約用電13521kWh；其它管理工作量7口，單井日耗電節(jié)約45kWh，系統(tǒng)平均效率提高5.3%，共節(jié)約用電8532kWh；

可見在現(xiàn)有的條件下，從日常管理出發(fā)，在確保采油廠生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)任務(wù)能順利完成的前提下，在日常生產(chǎn)管理中，完全可以通過優(yōu)化油井的生產(chǎn)參數(shù)、匹配合理的電機(jī)型號(hào)、提高抽油機(jī)的平衡率等一系列的管理優(yōu)化措施，來進(jìn)一步的提高整個(gè)采油系統(tǒng)的系統(tǒng)效率，從而達(dá)到降低耗能的目的。這是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，通過精細(xì)化開展這項(xiàng)工程，可以保證油田的長(zhǎng)期穩(wěn)定發(fā)展，對(duì)整個(gè)油田降本增效有著非常重大的現(xiàn)實(shí)意義。

5、認(rèn)識(shí)和總結(jié)

①機(jī)采系統(tǒng)效率作為一項(xiàng)體現(xiàn)油田開發(fā)管理水平的極其重要的指標(biāo)，受到多種條件的影響。提高機(jī)采系統(tǒng)效率是一項(xiàng)對(duì)油井生產(chǎn)參數(shù)、采油設(shè)備和其他配套采油工藝不斷優(yōu)化調(diào)整以及進(jìn)行綜合優(yōu)化研究的重要工作，對(duì)整個(gè)油田降本增效有著非常重大的現(xiàn)實(shí)意義。

②從影響系統(tǒng)效率提高的諸因素入手，依靠科技進(jìn)步，不斷開展節(jié)能新工藝的試驗(yàn)研究和應(yīng)用，是提高抽油機(jī)井系統(tǒng)效率的重要手段。

③加強(qiáng)抽油機(jī)井的基礎(chǔ)管理工作包括機(jī)泵桿選擇、調(diào)參、作業(yè)、檢泵和調(diào)平衡等是提高抽油機(jī)井系統(tǒng)效率的一個(gè)重要方面。油井生產(chǎn)管理工作做好了，投資少，效果好，這方面我們還需要長(zhǎng)期的不斷的做好調(diào)整和優(yōu)化工作。

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