李誠 （大慶油田有限責任公司第六采油廠）

影響抽油機系統(tǒng)能耗原因分析及節(jié)能對策

李誠 （大慶油田有限責任公司第六采油廠）

游梁式抽油機在我國各油田數(shù)量眾多，實現(xiàn)其高效運行是油田經(jīng)濟開發(fā)的重要途徑。國內(nèi)各油田抽油機井系統(tǒng)效率水平各有不同，主要與油井舉升高度、產(chǎn)液量、生產(chǎn)參數(shù)、系統(tǒng)負載率等因素有關。針對影響抽油機井系統(tǒng)舉升效率的主要問題進行了討論，對整個系統(tǒng)的節(jié)能潛力進行了闡述，并提出了相應的節(jié)能對策，對實現(xiàn)抽油機井高效運行具有實際意義。

抽油機；節(jié)能潛力；系統(tǒng)效率；功率利用率

游梁式抽油機以其結(jié)構(gòu)簡單、耐用、維護成本低等特點，在各油田機械采油井中占主導地位。據(jù)統(tǒng)計，國內(nèi)陸上油田游梁式抽油機總井數(shù)超過20萬口，占機械采油井總數(shù)的92%，能耗普遍占整個油田的三分之一左右[1]；因此，實現(xiàn)抽油機井高效運行對油田經(jīng)濟開發(fā)意義重大。

抽油機井系統(tǒng)效率是衡量有桿泵系統(tǒng)生產(chǎn)與能耗水平的綜合性指標，由于影響抽油機井系統(tǒng)效率的環(huán)節(jié)較多，致使總效率較低。目前國內(nèi)各油田抽油機井系統(tǒng)效率主要分布在20%～30%之間，大慶油田平均為28%，勝利油田平均為25%，長慶油田平均為20%，效率高低與油井舉升高度、產(chǎn)液量、含水率、系統(tǒng)負載率等因素有關。為了實現(xiàn)油田抽油機井系統(tǒng)效率進一步提升，對影響游梁式抽油機井舉升效率的主要問題進行了討論，并提出了相應的節(jié)能措施，對指導抽油機井高效運行具有實際意義。

1 影響抽油機系統(tǒng)能耗原因分析

1.1電動機功率利用率

電動機效率最高時的負載率稱為經(jīng)濟負載率。通常情況下，電動機很難保持在效率最高的狀態(tài)下持續(xù)運轉(zhuǎn)。在比較理想的狀態(tài)下，負載率為75%～100%，此時電動機效率能夠達到90%左右，功率因數(shù)較高，電動機的容量得到充分利用,在這個范圍內(nèi)的負載率是電動機合理運行的負載率；而抽油機的負載是一種周期性交變載荷，波動幅度較大。當負載率較低時，電動機效率處于較低水平，這是導致抽油機電動機效率低的主要原因[2]。

對大慶油田11 127口抽油機井電動機功率利用率進行了統(tǒng)計，平均利用率為23.2%，其中利用率低于20%的油井占48.5%，功率利用率低是制約電動機效率提高的重要因素。究其原因主要是油井投產(chǎn)初期機型和裝機功率選擇大，造成低負荷運行。

1.2抽油機平衡

對抽油機進行合理平衡是油田生產(chǎn)中一項重要內(nèi)容。抽油機運行不平衡，會造成電動機運行電流波動幅度增大，電動機出現(xiàn)負功率現(xiàn)象，造成不必要的耗電。通過改變抽油機的平衡狀況，降低曲柄軸轉(zhuǎn)矩峰值及其波動幅度，能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能降耗。對于抽油機系統(tǒng)，能耗損失主要由電動機的固定損耗、變動損耗，以及機械傳動環(huán)節(jié)損耗構(gòu)成，一般電動機固定損耗與機械傳動損耗相對變化較小，而電動機的變動損耗與電流的平方成正比。電動機電流的大小取決于電動機軸負載轉(zhuǎn)矩，它與曲柄軸轉(zhuǎn)矩大體成比例關系，所以只要保證曲柄軸轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)，即均方根值較小，就能保證電動機高效率運行。因此，通過調(diào)整抽油機平衡，可以降低曲柄軸轉(zhuǎn)矩峰值及其波動幅度，實現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能。

1.3生產(chǎn)參數(shù)

抽油機井生產(chǎn)參數(shù)包括沉沒度、沖程、沖速、桿柱配比及泵徑，參數(shù)是否合理是影響抽油機能耗的重要因素。生產(chǎn)參數(shù)合理的油井，供采關系更加協(xié)調(diào)，抽油機地面與井下環(huán)節(jié)效率都較高。例如現(xiàn)場測試中，個別油井系統(tǒng)效率能夠達到40%或者更高，主要原因就是生產(chǎn)參數(shù)選擇合理，油井處于供采平衡條件下生產(chǎn)，井下泵效與地面設備效率都處于較高水平。而測試中也發(fā)現(xiàn)，部分油井系統(tǒng)效率甚至不足10%，主要原因多為抽汲參數(shù)選擇偏大，油井出現(xiàn)供液不足，導致泵效低、系統(tǒng)負載波動大，整機效率低。

1.4井下泵效低

抽油機井泵效低是油田機采井存在的普遍問題之一，泵效不足50%是絕大部分油井的生產(chǎn)現(xiàn)狀。以大慶外圍油田某區(qū)塊為例，該區(qū)塊滲透低，單井產(chǎn)量平均2.8 m3/d，含水率72%以下，沉沒度平均171 m，泵效平均21.2%，系統(tǒng)效率12.5%。此類油井在國內(nèi)其他油田也大量存在，能耗利用率低，嚴重制約了抽油機效率水平的提升。

1.5其他問題

抽油機能量損失除電動機損耗外，還包括帶傳動損耗、密封盤根損耗、減速箱傳動損耗、四連桿傳動損耗、桿管磨損，這些損耗屬于機械損耗，由于環(huán)節(jié)比較多，對抽油機井系統(tǒng)效率有一定影響。對于這部分損耗主要辦法是加強日常管理，對減速箱及時保養(yǎng)，對皮帶、盤根定期預緊及時更換，并對抽油機定期進行潤滑，減少傳動磨損，降低傳動損耗。

2 抽油機系統(tǒng)節(jié)能對策

2.1合理降低抽油機井裝機功率

電動機功率利用率低是抽油機應用中存在的普遍問題，功率利用率低導致電動機大部分時間工作在低效區(qū)。當功率利用率較高時，由于抽油機負載是一種交變載荷，波動幅度較大，會導致電動機在部分時間內(nèi)過載運行，影響電動機使用壽命；因此，電動機功率利用率存在合理區(qū)間（30%～60%）（圖1）。利用率每提高10個百分點，電動機效率提高5個百分點。在現(xiàn)場測試中，電動機運行功率峰值一般為平均值的2.5～3倍，當利用率上限為60%時，將導致電動機嚴重過載。因此，將電動機利用率上限定為40%更為合理，既能使電動機高效運行，又能保證電動機處于額度負載運行，延長使用壽命[2，4-5]。

圖1 電動機負載率與效率曲線

2.2對抽油機進行合理平衡

目前判斷抽油機是否處于平衡狀況的方法有3種[3]：

◇抽油機電動機上沖程與下沖程對外做功相等；

◇懸點上沖程與下沖程中減速箱曲柄軸峰值轉(zhuǎn)矩相等；

◇周期內(nèi)減速箱曲柄軸轉(zhuǎn)矩均方根值最小。

方法2的實現(xiàn)方法為電流平衡法，由于其測試操作簡單，為各油田廣泛應用。但目前研究普遍認為方法3在不超過抽油機曲柄軸額定轉(zhuǎn)矩前提下，更利于抽油機節(jié)能，抽油機運行也更加平穩(wěn)。

針對這一問題開展了現(xiàn)場試驗對比研究，利用上述兩種方法對現(xiàn)場15口抽油機井進行平衡調(diào)整的測試對比（表1）。

表1 抽油機平衡調(diào)整節(jié)電情況對比

可見，對游梁式抽油機采用合理平衡方法，預計能夠產(chǎn)生3%～4%的節(jié)能效果。

2.3合理優(yōu)化抽油機井生產(chǎn)參數(shù)

加強抽油機井機、泵、桿選擇及工作參數(shù)的優(yōu)化設計。在油井投產(chǎn)或井況改變需要調(diào)參以及采取其他增產(chǎn)措施時，都必須堅持系統(tǒng)效率最高和供排協(xié)調(diào)的原則。

為了驗證生產(chǎn)參數(shù)對油井系統(tǒng)效率的影響，對某油田區(qū)塊32口井進行了參數(shù)優(yōu)化試驗。經(jīng)統(tǒng)計分析，其中抽汲參數(shù)偏大井21口，沉沒度小供液不足井及氣影響井15口。由此，對參數(shù)偏大井，下調(diào)了沖程、沖速參數(shù)；對部分油井沉沒度進行了調(diào)整，采取增加泵掛深度的方法；并對部分井進行了平衡調(diào)整，使全部抽油機達到合理平衡。通過生產(chǎn)參數(shù)優(yōu)化調(diào)整取得了較好效果，在保證單井產(chǎn)量不降的條件下，系統(tǒng)效率平均提高2.8個百分點。措施前后測試數(shù)據(jù)見表2。

表2 某區(qū)塊32口抽油機井參數(shù)調(diào)整前后對比

由表2可知，參數(shù)優(yōu)化對提高系統(tǒng)效率降低能耗有明顯效果，同時參數(shù)優(yōu)化具有投資少、見效快、資金回收期短的特點；因此，應加強對生產(chǎn)井的及時監(jiān)測，做到及時調(diào)整參數(shù)。

2.4提高井下抽油泵效率

為了確定抽油泵泵效的最大目標值，利用抽油機標準模擬試驗井進行了泵效測試試驗，試驗井生產(chǎn)參數(shù)為：泵掛1000 m，沉沒度200 m，泵徑φ57 mm，沖程3 m，沖速6 min-1，試驗介質(zhì)為水，試驗測試結(jié)果該井泵效達到79.6%。而對大慶油田某區(qū)塊1512口井的統(tǒng)計表明，平均含水率92.4%，泵掛915 m，沉沒度239 m，油井參數(shù)基本與試驗井況相似，但平均泵效為52.1%，與試驗井泵效差距較大。分析認為有三方面原因：介質(zhì)不同影響泵充滿程度；現(xiàn)場井地層有伴生氣影響泵效；標準試驗井參數(shù)選用比現(xiàn)場井合理[6]。

提高井下泵效率是提高整機效率的較好途徑。改善抽油泵結(jié)構(gòu)，減小凡爾及過流通道阻力，對氣影響井應用防氣裝置，加強油井參數(shù)優(yōu)化是解決問題的好方法。

3 結(jié)論

通過研究，對于游梁式抽油機節(jié)能工作，地面環(huán)節(jié)中電動機是節(jié)能重點，同時要加強抽油機平衡管理；對于井下環(huán)節(jié)，如何提高抽油泵泵效是節(jié)能重點，要加強油井合理沉沒度監(jiān)測與管理，并對受氣影響油井應用防氣措施；另外，參數(shù)優(yōu)化是提高效率的重要途徑，要加強油井日常功圖、液面、電參及產(chǎn)液量測試，做到系統(tǒng)分析，及時調(diào)整參數(shù)。抽油機井的節(jié)能工作是一個系統(tǒng)工程，必須把地面節(jié)能和井下提效有機地結(jié)合起來，才能有效提高系統(tǒng)效率，降低能耗。

[1]王云建.抽油機肩扛節(jié)能降耗大旗[J].石油與裝備，2009，27（4）:46-48.

[2]宋揚，姜雪，張德實，等.抽油機電動機合理負載率的研究[J].石油石化高等學校學報，2012，25（2）:66-69.

[3]孫延安.游梁式抽油機合理平衡判別方法研究[J].石油機械，2014，16（3）:72-75.

[4]王釗，秦英，李權(quán)，等.抽油機節(jié)能電機的應用分析[J].石油礦場機械，2007，36（8）:58-61.

[5]龐艷華，劉福剛，楊孝君，等.游梁式抽油機用電動機的節(jié)電措施[J].石油礦場機械，2004，33（B08）:79-81.

[6]趙鵬飛.油田抽油機節(jié)能方式綜述及解決方案[J].科技資訊，2007，10（6）:96-97.

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.10.013

2016-04-12

（編輯 李珊梅）

李誠，工程師，2013年畢業(yè)于東北石油大學（油氣儲運工程專業(yè)），從事機械采油技術的研究工作，E-mail：licheng@petrochina. com.cn，地址：黑龍江省大慶市大慶油田有限責任公司第六采油廠第一油礦，163453。