王金萍++高冀新

[摘 要]抽油機系統(tǒng)效率是衡量抽油機井能耗的重要指標(biāo)，也是一項綜合性計算指標(biāo)，它受多方面因素的影響，包括地面系統(tǒng)和井下系統(tǒng)兩部分，地面系統(tǒng)包括抽油機、電機、沖程、沖次、平衡度、皮帶、減速箱、四連桿、井口油壓、套壓、盤根的影響，井下系統(tǒng)包括管、桿（直徑、長度）、泵深、沉沒度、摩阻、抽油泵、原油粘度、氣體、結(jié)蠟、地層供液的影響。作為節(jié)能優(yōu)化設(shè)計首先要對各種影響因素進行研究，找出對系統(tǒng)效率影響最大的因素。根據(jù)產(chǎn)液量不降的基本原則，制定節(jié)能設(shè)計方案，采取可行性的措施，提高抽油機的系統(tǒng)效率，從而提高抽油機的整體管理水平。

[關(guān)鍵詞]抽油井；系統(tǒng)效率；節(jié)能優(yōu)化

中圖分類號：TU831；TU201.5 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）08-0239-01

隨著開發(fā)時間的延長，抽油機井逐年增多。在有桿抽油系統(tǒng)中，井下抽油泵載荷交替變化造成地面系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，加劇了動力系統(tǒng)的無功損耗，導(dǎo)致抽油系統(tǒng)長期低效率運行。目前平均系統(tǒng)效率僅為4.8%。全面系統(tǒng)地分析影響有桿采油系統(tǒng)效率的因素及能量在傳遞過程中消耗的原因，是實現(xiàn)抽油機井節(jié)能降耗，降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟效益的一個有效途徑。

1.影響系統(tǒng)效率因素

1.1 電機

電機運行時間長，會造成線圈老化，機械磨損增加，降低電機的輸出功率。電機負(fù)載率過低時，電機效率和功率因數(shù)下降，電機處于“大馬拉小車”現(xiàn)象，會嚴(yán)重影響抽油機系統(tǒng)效率。

1.2 抽油機傳動部分

抽油機的皮帶傳動、減速箱和四連桿機構(gòu)的能量傳遞損耗造成電機能耗增加。皮帶的張緊度、四連桿潤滑點及減速箱的潤滑效果影響著系統(tǒng)效率的提高。

1.3 平衡率

抽油機工作時，懸點載荷及平衡塊在曲柄軸產(chǎn)生的扭矩應(yīng)與電機輸入給曲柄軸產(chǎn)生的扭矩相平衡。當(dāng)抽油機不平衡時，上下沖程電機電流峰值增加，導(dǎo)致電機耗能增加，降低機采井系統(tǒng)效率。

1.4 井口回壓、套壓的影響

油井井口回壓的存在，增加了上沖程時的懸點載荷力，當(dāng)井口回壓增加時，相當(dāng)于增加了抽油桿的重力，上沖程懸點載荷增加，導(dǎo)致電機耗能增加。井口回壓過高，懸點載荷增大，亦可造成泵的漏失，影響機采井系統(tǒng)效率。當(dāng)套壓過大，降低了泵舉升的有效揚程，導(dǎo)致機采井系統(tǒng)效率下降。

1.5 沉沒度

沉沒度與泵效有著十分密切的關(guān)系，隨著沉沒度的增加，泵效增加，當(dāng)沉沒度達(dá)到一定數(shù)值時，泵效增加趨于變緩。沉沒度的改變會影響下泵深度、吸入口壓力及泵的充滿系數(shù)，從而影響系統(tǒng)效率。為了克服流體進泵的阻力以及減少自由氣的影響，必須保持足夠的沉沒度才能得到較高的泵效。然而過高的沉沒度不但不會提高泵效，有時會降低泵效。這是因為在動液面一定的情況下，增大沉沒度就必須增加下泵深度，從而使得沖程損失增加；另一方面，增大沉沒度后，增加了原油中溶解氣含量，溶解氣在地面脫氣后，將引起原油體積收縮，使地面產(chǎn)量減少。由此可知沉沒度并不是越大越好，而是存在一個合理的界限。

1.6 沖程損失

抽油桿柱與油管柱的彈性伸縮使活塞沖程小于光桿沖程，引起沖程損失，使泵的實際排量減小，從而降低泵效；由于氣體進泵必然減少進泵的液體量，從而使得泵效降低。氣體影響嚴(yán)重時，由于氣體在泵內(nèi)的壓縮和膨脹，使得泵的吸入閥無法打開而抽不出來油，即產(chǎn)生氣鎖。對于能量過低或原油粘度過高導(dǎo)致進泵阻力過大，都將出現(xiàn)供油跟不上，油還未來得及充滿泵筒而活塞已經(jīng)開始下行，導(dǎo)致泵效降低。

1.7 抽油桿摩擦損失功率

抽油桿柱與液體間的粘滯摩擦功與下泵深度、原油粘度、抽油桿運動速度的平方成正比。隨著下泵深度的增加，摩擦損失功率增大，導(dǎo)致系統(tǒng)效率的下降。

2 系統(tǒng)效率分析及理論上提高的幾種方法

2.1 系統(tǒng)效率分析

影響機械采油系統(tǒng)效率的因素很多，它不僅受機械采油設(shè)備和運行參數(shù)的影響，而且還受油井管理水平和地質(zhì)情況的影響。機械采油系統(tǒng)由電動機、抽油機、井口裝置、油管柱、抽油桿和抽油泵等裝置組成，其中抽油機又包括傳動裝置、減速器、四連桿機構(gòu)和游梁裝置。

根據(jù)抽油機井的工作特點，抽油機的系統(tǒng)效率分為地面效率和井下效率兩部分，并且存在以下關(guān)系。

N=Ns×Nw

式中：N ——抽油機系統(tǒng)效率；

Ns——抽油機系統(tǒng)的地面效率；

Nw——抽油機系統(tǒng)的井下效率。

地面系統(tǒng)效率損失主要發(fā)生在電動機、皮帶、減速箱及四連桿機構(gòu)中，井下效率損失主要發(fā)生在盤根盒、抽油桿、抽油泵和管柱中。

由于能量（此處指電能和機械能）在轉(zhuǎn)換過程中，會發(fā)生不可避免的損失，所以有效功率一定小于輸入功率，系統(tǒng)效率一定小于1。根據(jù)能量守恒定律，輸入功率應(yīng)當(dāng)?shù)扔谟行Чβ剩ㄝ敵龉β剩┡c損失功率之和，有效功率與輸入功率的比值就等于系統(tǒng)效率。

2.2 理論上提高系統(tǒng)效率的幾種方法

由機械采油系統(tǒng)效率損失分析可知：提高系統(tǒng)效率有以下兩種辦法：一是增加系統(tǒng)的有效功率；二是減少損耗功率。

2.2.1 推廣應(yīng)用節(jié)能型抽油機和電動機

目前使用較多的節(jié)能型抽油機為雙驢頭抽油機，使用較多的節(jié)能電機超高轉(zhuǎn)差率電機、雙速電機等。

2.2.2 進行有桿抽油系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計

有桿抽油系統(tǒng)的設(shè)計就是要根據(jù)油井的實際情況選擇機、桿、泵及抽汲參數(shù)，所選擇的有桿抽油系統(tǒng)不僅要滿足油井的生產(chǎn)要求，而且必須經(jīng)濟合理。

2.2.3參數(shù)的優(yōu)化

當(dāng)沖次保持不變時，抽油機系統(tǒng)效率隨著沖程的增加而升高；當(dāng)沖程保持不變時，抽油機系統(tǒng)效率隨著沖次的降低而增加。隨著沖程長度的增加，沖次下降，能耗降低。

2.2.4桿柱組合不同，抽油機井系統(tǒng)效率不同

較重的抽油桿柱能耗大、光桿功率增大、井下效率降低；當(dāng)沖程、沖次及泵徑不變，僅僅改變桿柱組合，對系統(tǒng)效率影響不大。

2.2.5泵徑不同，抽油機系統(tǒng)效率不同

隨著泵徑的增大，系統(tǒng)效率降低，抽油系統(tǒng)所需輸入功率增大，從而導(dǎo)致電機額定功率的增加。如果油層供液充足，隨著泵徑的增大，井下功率將會增加，井下效率將會增加。

2.3 調(diào)整抽油機平衡率

平衡率對抽油機井能耗和系統(tǒng)效率都有一定影響。對同樣一口抽油機井，平衡率在85%～100%之間的要比平衡率小于85%的井系統(tǒng)效率高1%～3%。

2.4 加強抽油機的科學(xué)管理

在現(xiàn)場管理中，經(jīng)常采取的方法有定期檢查傳動裝置，定期更換減速箱內(nèi)機油，提高地面?zhèn)鲃硬糠中剩粚τ谟蜌獗雀叩挠途畱?yīng)采取適當(dāng)加大泵的沉沒度，定期放套管氣等措施，以提高泵的充滿系數(shù)；加強特殊井的分類維護；保持抽油機的較高的平衡度等。

2.5 認(rèn)真解決抽油機電動機的欠載問題

電動機運行的效率取決于負(fù)載率β，輕載時電動機的效率很低，而當(dāng)負(fù)載增加到一定值時變化則很小。當(dāng)β<0.4，效率的變化不大，在負(fù)載率β=0.75左右時，效率達(dá)到最高值。

3.結(jié)論與認(rèn)識

3.1 加強油井的日常管理有助于提高系統(tǒng)效率

1）采油隊?wèi)?yīng)該制定切實可行的抽油機井管理制度，不定期的對油井運行情況進行抽查，檢查負(fù)載率和工作制度是否合理，對電流不平衡、參數(shù)配置不合適和負(fù)載率焦低的油井，及時通過調(diào)平衡，調(diào)參數(shù)、更換電機等具體措施解決，提高電動機負(fù)載率，從而提高機采井的系統(tǒng)效率。

2）優(yōu)化設(shè)計抽油機井的生產(chǎn)參數(shù)，可以達(dá)到提高系統(tǒng)效率的目的。從而達(dá)到提高抽油機系統(tǒng)的整體管理水平。

參考文獻

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