于慶（大慶油田有限責(zé)任公司第九采油廠）

提高抽油機(jī)井系統(tǒng)效率的對(duì)策分析

于慶（大慶油田有限責(zé)任公司第九采油廠）

摘要：抽油機(jī)井系統(tǒng)效率是反映機(jī)采系統(tǒng)高效舉升的綜合指標(biāo)，系統(tǒng)效率越高，則無(wú)效損耗越低，為了進(jìn)一步降低機(jī)采井運(yùn)行成本，根據(jù)抽油機(jī)井的實(shí)際運(yùn)行情況，在分析系統(tǒng)效率影響因素的基礎(chǔ)上，提出了提高抽油機(jī)井系統(tǒng)效率的相應(yīng)對(duì)策，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施抽油機(jī)井237井次，年節(jié)電102×104kWh，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益63.3萬(wàn)元，取得了較好的節(jié)能成果。

關(guān)鍵詞：系統(tǒng)效率；影響因素分析；對(duì)策；節(jié)能降耗

近幾年，通過(guò)開(kāi)展系統(tǒng)分析，整體優(yōu)化，按照以優(yōu)化抽油機(jī)選型為龍頭控制新井機(jī)采能耗，以應(yīng)用節(jié)能設(shè)備為進(jìn)攻措施實(shí)現(xiàn)老井規(guī)模節(jié)電，以精細(xì)機(jī)采管理為基礎(chǔ)鞏固節(jié)能效果，以技術(shù)進(jìn)步為依托拓展節(jié)能空間的整體節(jié)能思路，共實(shí)施各類節(jié)能措施498井次，同時(shí)又深入開(kāi)展了泵效挖潛工作，系統(tǒng)效率由12.4%提高到13.1%。

1　系統(tǒng)效率影響因素分析

為了進(jìn)一步降低機(jī)采井運(yùn)行成本，深入挖潛系統(tǒng)效率提升空間，根據(jù)抽油機(jī)井的實(shí)際運(yùn)行情況從系統(tǒng)效率各節(jié)點(diǎn)出發(fā)，深入分析各影響因素（表1），明確挖潛主要方向。以光桿功率為節(jié)點(diǎn)將系統(tǒng)效率分為地面效率和井下效率2大部分，通過(guò)挖潛系統(tǒng)效率來(lái)提升空間。

式中：η——系統(tǒng)效率，無(wú)量綱；

P有——有效功率，kW；P光——光桿功率，kW；Pλ——輸入功率，kW；η地面——地面效率，無(wú)量綱；η井下——井下效率，無(wú)量綱。

1.1地面因素

1）部分抽油機(jī)井使用的電動(dòng)機(jī)能量損耗較高，而配置的額定功率遠(yuǎn)大于抽油機(jī)實(shí)際輸入功率，存在"功率不匹配"現(xiàn)象，造成負(fù)載率偏低，無(wú)功功率偏大，影響電動(dòng)機(jī)效率。

表1　各節(jié)點(diǎn)效率及對(duì)系統(tǒng)效率的影響

2）傳動(dòng)皮帶和減速箱對(duì)機(jī)采效率的影響主要表現(xiàn)在傳動(dòng)過(guò)程中摩擦造成的功率損失。

3）抽油機(jī)四連桿機(jī)構(gòu)對(duì)機(jī)采系統(tǒng)效率的影響主要體現(xiàn)在摩擦傳動(dòng)過(guò)程的功率損失和在往復(fù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的彈性變形所造成的損失。抽油機(jī)各部件松動(dòng)或潤(rùn)滑保養(yǎng)不好，造成抽油機(jī)各部件之間的摩擦、變形，致使抽油機(jī)不平穩(wěn)運(yùn)行，從而無(wú)功耗電，影響機(jī)采效率。在提高地面效率方面，主要挖潛方向?yàn)殡妱?dòng)機(jī)效率。

對(duì)負(fù)載率低的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行“大調(diào)小”，可提高抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)負(fù)載率，降低油井能耗，提高機(jī)采系統(tǒng)效率。針對(duì)電動(dòng)機(jī)存在的“大馬拉小車”現(xiàn)象，重點(diǎn)采用永磁和司達(dá)電動(dòng)機(jī)替換原有電動(dòng)機(jī)，提高功率因數(shù)，降低裝機(jī)容量。近幾年，更換永磁和司達(dá)節(jié)能電動(dòng)機(jī)93臺(tái)，統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量、參數(shù)變化不大的66口井，隨著電動(dòng)機(jī)服役時(shí)間的延長(zhǎng)，能耗呈逐年上升趨勢(shì)，見(jiàn)圖1、圖2。

根據(jù)能耗上升速度，投資回收期按照2年計(jì)算，司達(dá)電動(dòng)機(jī)和永磁電動(dòng)機(jī)在服役第9年和第7年時(shí)應(yīng)該更換。

表2　油井生產(chǎn)數(shù)據(jù)表

表3　油井生產(chǎn)數(shù)據(jù)表

圖1　66口井電動(dòng)機(jī)效率變化曲線

圖2　電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)投資回收期

1.2井下因素

1）盤根盒的影響主要表現(xiàn)在光桿與盤根盒中密封填料的摩擦損失，尤其在密封填料的材質(zhì)、產(chǎn)出液含水率的高低和井口對(duì)中程度等方面。

2）抽油桿的影響體現(xiàn)在抽油桿功率的損失，包括抽油桿與油管的摩擦損失、抽油桿與井下液體的摩擦損失和桿柱彈性伸縮損失，與生產(chǎn)參數(shù)的確定有直接關(guān)系。

3）抽油泵效率是機(jī)采系統(tǒng)井下效率重要的一部分，其功率損失主要為抽油泵柱塞與襯套之間的摩擦損失、泵漏失損失和產(chǎn)出液流經(jīng)泵閥時(shí)由于水力引起的功率損失。

4）油管柱功率損失直接影響到機(jī)采系統(tǒng)效率的高低，其損失主要包括油管漏失損失、產(chǎn)出液與油管內(nèi)壁產(chǎn)生的摩擦損失和油管彈性伸縮損失。在提高井下效率方面，主要挖潛方向?yàn)楸眯Ш蜅U柱效率。

1.2.1泵效

沉沒(méi)度與泵效有密切關(guān)系，隨著沉沒(méi)度的增加，泵效增加，當(dāng)沉沒(méi)度達(dá)到一定值時(shí)，泵效增加趨于變緩。含水超過(guò)90%的井，合理沉沒(méi)度應(yīng)保持在200～250 m，含水低于80%的井，沉沒(méi)度在350 ～400 m，泵效達(dá)到最大。通過(guò)實(shí)施提高泵效調(diào)整抽油機(jī)井110井次，使泵效提高2.6百分點(diǎn)。在堅(jiān)持動(dòng)態(tài)調(diào)整基礎(chǔ)上，將工作方向由挖潛主要因素向挖潛全部因素轉(zhuǎn)變，將工作重點(diǎn)由調(diào)整地面參數(shù)向優(yōu)化井下管柱轉(zhuǎn)變，進(jìn)一步深入挖潛泵效提升空間。

1.2.2桿柱效率

近幾年，以合理流壓理論為基礎(chǔ)，不斷優(yōu)化桿柱組合及下泵深度，通過(guò)優(yōu)化桿柱組合降低載荷的空間已經(jīng)很小，在泵效挖潛研究過(guò)程中得出高含水井合理沉沒(méi)壓力控制在1.2 MPa左右即可獲得較高泵效，因此對(duì)于高含水井在保證供采協(xié)調(diào)基礎(chǔ)上，可以進(jìn)一步加大桿柱組合優(yōu)化力度，減少桿管無(wú)效損失，提高系統(tǒng)效率。

1）泵深不變時(shí)，不同桿徑組合對(duì)系統(tǒng)效率影響分析，見(jiàn)表2。綜合考慮載荷與彈性形變對(duì)系統(tǒng)效率影響時(shí)，在泵深1418 m情況下，桿柱組合由22 mm×19 mm降為19 mm×16 mm組合時(shí)，系統(tǒng)效率提升1.9百分點(diǎn)（圖3），輸入功率減少0.5 kW（圖4）。

圖3　桿柱組合與系統(tǒng)效率關(guān)系曲線圖

圖4　桿柱組合與輸入功率關(guān)系曲線圖

2）桿柱組合、舉升高度不變時(shí)，泵深變化對(duì)系統(tǒng)效率影響分析，見(jiàn)表3。綜合考慮載荷與彈性形變對(duì)系統(tǒng)效率影響時(shí)，在桿柱組合為25 mm×22 mm，舉升高度413 m的情況下，泵掛上提100 m系統(tǒng)效率提高0.2百分點(diǎn)，消耗功率下降0.1 kW；泵掛上提300 m系統(tǒng)效率提高0.6百分點(diǎn)，消耗功率下降0.2 kW；泵掛上提500 m，系統(tǒng)效率提高1百分點(diǎn)，輸入功率下降0.4 kW，見(jiàn)圖5、圖6。

圖5　上提泵掛長(zhǎng)度與系統(tǒng)效率關(guān)系曲線

圖6　上提泵掛長(zhǎng)度與輸入功率關(guān)系曲線

2　提高機(jī)采井系統(tǒng)效率的對(duì)策

通過(guò)分析找出影響機(jī)采井系統(tǒng)效率的因素，從地面和井下入手，對(duì)抽油機(jī)井進(jìn)行綜合治理，提高了機(jī)采井系統(tǒng)效率，在降本增效方面取得了明顯的效果。

2.1地面因素

1）及時(shí)調(diào)整抽油機(jī)平衡，提高機(jī)采系統(tǒng)效率。調(diào)平衡60口抽油機(jī)，系統(tǒng)效率由原來(lái)的11.8%提高到了12.3%，平均單井日節(jié)電3.1 kWh。

2）合理匹配電動(dòng)機(jī)降低電動(dòng)機(jī)功率，減小空耗損失提高機(jī)采系統(tǒng)效率。更換節(jié)能電動(dòng)機(jī)11口抽油機(jī)，功率因數(shù)平均超過(guò)0.85，負(fù)載率平均提高近1倍，系統(tǒng)效率由原來(lái)的18.5%提高到了25.7%。

3）認(rèn)真落實(shí)機(jī)械設(shè)備的緊固、潤(rùn)滑、保養(yǎng)、調(diào)整工作，確保抽油機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。對(duì)于服役年限超過(guò)15年，配件磨損嚴(yán)重，導(dǎo)致單井能耗高的37口抽油機(jī)進(jìn)行更換，有效的減少了無(wú)功損失，降低了有功功率，提高了機(jī)采系統(tǒng)效率。

以提高地面系統(tǒng)效率為目的，共實(shí)施抽油機(jī)井108井次，平均單井日節(jié)電10.9 kWh，年節(jié)電55.6×104kWh，每度電按0.621 4元計(jì)算，年創(chuàng)節(jié)電經(jīng)濟(jì)效益34.5萬(wàn)元。

2.2井下因素

1）加大桿柱組合優(yōu)化力度。通過(guò)采取上提泵掛措施，優(yōu)化設(shè)計(jì)10口抽油機(jī)，不僅節(jié)省了大量的管桿材，而且在節(jié)能降耗延長(zhǎng)機(jī)采系統(tǒng)效率，偏磨治理，延長(zhǎng)檢泵周期中也取得很大效益。

2）供液差井采用合理工作制度。針對(duì)一些供液能力較差的井，我們采取“合理泵徑、長(zhǎng)沖程、慢沖速”的經(jīng)濟(jì)調(diào)參理念，提高抽油泵的充滿程度，減少抽油泵來(lái)回往復(fù)的無(wú)用功。調(diào)小參數(shù)11口抽油機(jī)，系統(tǒng)效率由原來(lái)的10.6%提高到了12.7%，平均單井日節(jié)電4.6 kWh。針對(duì)嚴(yán)重供液不足或間歇出油的油井，新增間歇采油72口抽油機(jī)，間歇采油調(diào)整制度36口抽油機(jī)，泵效提高，電動(dòng)機(jī)負(fù)載率提高，并且由于減少開(kāi)井時(shí)間而節(jié)約用電量。

以提高井下系統(tǒng)效率為目的，共實(shí)施抽油機(jī)井129口，平均單井日節(jié)電9.8 kWh，年節(jié)電46.4× 104kWh，年創(chuàng)節(jié)電經(jīng)濟(jì)效益28.8萬(wàn)元。通過(guò)以上2方面措施的實(shí)施，年節(jié)電102×104kWh，經(jīng)濟(jì)效益63.3萬(wàn)元。

3　結(jié)論

針對(duì)抽油機(jī)系統(tǒng)效率的現(xiàn)狀，全面分析了影響抽油機(jī)系統(tǒng)效率的影響因素，確定電動(dòng)機(jī)效率，泵效和桿柱效率為主要影響要素，在現(xiàn)場(chǎng)采取更換節(jié)能電動(dòng)機(jī)和抽油機(jī)，優(yōu)化設(shè)計(jì)，加強(qiáng)調(diào)平衡和參數(shù)調(diào)整等措施，有效的提高抽油機(jī)系統(tǒng)效率，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗和節(jié)約成本的目的。

（編輯沙力妮）

DOI:10.3969/j.issn.2095-1493.2016.01.003

作者簡(jiǎn)介：于慶，2006年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院，從事機(jī)采管理工作，E-mail：2377307898@qq.com，地址：黑龍江省大慶油田有限責(zé)任公司第九采油廠，163000。

收稿日期2015-05-25