吳存金+楊世東+高三保

[摘 要]通過對中原油田分公司部分機械采油井耗能設備進行詳細的分析，找出了影響機械采油系統(tǒng)效率的諸因素。在做好參數(shù)優(yōu)化工作的同時，針對影響系統(tǒng)效率的主要因素，堅持“系統(tǒng)優(yōu)化、綜合配套”的原則，將油藏與工程、地面與地下有機結合起來，積極采用國內(nèi)外成熟有效的新工藝、新技術，進一步提高了抽油機井系統(tǒng)效率。

[關鍵詞]抽油機井；系統(tǒng)優(yōu)化；綜合配套；系統(tǒng)效率

中圖分類號：TE933.1 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）14-0063-01

1 前言

目前，中原油田分公司普遍使用的是抽油機機械采油法。應用抽油機井生產(chǎn)系統(tǒng)采油的目的是將地面能量通過抽油機—抽油桿—抽油泵傳遞給井筒中的生產(chǎn)流體將其舉升到地面，整個系統(tǒng)的工作過程就是能量不斷傳遞與轉(zhuǎn)化的過程，而在能量傳遞和轉(zhuǎn)化的每一環(huán)節(jié)均會產(chǎn)生能量損失。從地面供入系統(tǒng)提供的能量扣除系統(tǒng)中的各種損失，就是系統(tǒng)給井筒流體的有效能量，其與系統(tǒng)輸入能量之比即為抽油機井的系統(tǒng)效率。

2 影響抽油機系統(tǒng)效率的因素分析

2.1 抽油機工作狀態(tài)和載荷特性對系統(tǒng)效率的影響

抽油機的傳動系統(tǒng)從動力端到懸點，一般經(jīng)過減速、換向兩個階段，如果換向機構的輸入轉(zhuǎn)速與懸點運動周期的比等于1，如現(xiàn)在廣泛使用的游梁式抽油機，則減速系統(tǒng)的傳動比就較大，要實現(xiàn)低沖次就較為困難。然而在油藏開發(fā)中后期，二類儲量動用程度不斷上升，油稠造成摩擦阻力增大，稠油井需要低沖次運行來提高泵效和降低能耗，游梁式抽油機不經(jīng)過改造和其它配套很難實現(xiàn)低沖次。

游梁式抽油機的平衡率對抽油機井的系統(tǒng)效率影響較大，平衡差的油井能耗大，系統(tǒng)效率低。同時抽油機平衡狀況的好壞，直接影響抽油機連桿機構、減速箱和電機的效率與壽命，對抽油桿的工作狀況也影響很大。因此，對于抽油機平衡狀況的判斷和及時調(diào)整，必須給予重視。在旋轉(zhuǎn)平衡或復合平衡方式的抽油機上，調(diào)整平衡最方便的方法是調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)平衡塊的平衡半徑。實踐表明，通過合理地調(diào)整平衡，每口油井可減少有功功率0.3-1.5Kw，平均節(jié)電0.5Kw，節(jié)電效果顯著。

2.2 電動機的工作特性對系統(tǒng)效率的影響

電動機是油田抽油機井的主要動力設備，也是油田主要的耗能設備之一，機采系統(tǒng)的耗電量最終也體現(xiàn)在電動機耗電上。所以對電機的節(jié)能效果的要求越來越高，因此電動機及其相關改造是提高機采系統(tǒng)效率項目中不可回避的問題。

電機負載率是指運行中電動機實際輸出功率N2與額定功率的比值。

電機的負載率及功率因數(shù)越低，電動機的效率越低。

3 提高抽油機系統(tǒng)效率的對策探討

3.1 應用小型抽油機

由于目前油井供液能力比較強，導致油井的負荷較輕，大部分油井負荷都在60kN以下，采用6型抽油機就能維持油井的正常生產(chǎn)。而中原油田分公司大部分抽油機是6型以上的大抽油機，而且老化比較嚴重。為此，加大了抽油機更換力度，根據(jù)油井負荷情況，將負荷小的普通抽油機更換為6型抽油機。6型機采用雙驢頭結構，這種結構利用變徑原理，做到上沖程平衡扭矩大，下沖程平衡扭矩小，從而更好的與驢頭負荷相匹配，降低電機負荷扭矩波動量，使負荷扭矩更平穩(wěn)，達到節(jié)能降耗的目的。

3.2 應用新型電機

3.2.1 應用永磁同步電機

稀土永磁電動機是一種新型節(jié)能電機，其轉(zhuǎn)子主要由稀土永磁體構成，所以不用勵磁，從而省去了勵磁功率，當永磁同步電動機同步運轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子既無銅耗，又無鐵耗，提高了效率，降低了耗損，因無功功率很小，其功率因數(shù)很高。

電機的效率與其功率利用率有較大的關系，電機是以磁場為媒體進行能量轉(zhuǎn)換的以一種機電產(chǎn)品。根據(jù)電機學原理，異步電機的轉(zhuǎn)速不可能等于氣隙內(nèi)旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速，原因在于必須在轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)產(chǎn)生感應電動勢和感應電流，從而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。為使轉(zhuǎn)子繞組上有電流流過，除感生方式外，也可以采用傳導方式，即同步電機轉(zhuǎn)子產(chǎn)生電流的方法。為建立機電能量轉(zhuǎn)換所需的磁場，電動機的磁路需要一定的磁勢源進行勵磁，有電勵磁和永磁兩種方式，前者需外接電源供給能量進行勵磁，如交流勵磁電動機和一部分同步電動機；后者是采用永磁材料的固有特性，經(jīng)預先磁化后不需外加能量就能建立起永久磁場，這就是同步永磁電機（圖1、圖2）。

抽油機用永磁同步電機具有體積小、重量輕、結構簡單、起動力矩大、過載能力強、效率高、功率因數(shù)高、運行穩(wěn)定等優(yōu)點，集中了異步電機和同步電機的優(yōu)點，克服了兩者的缺點。同普通電機相比具有以下特點：

效率高：采用永磁材料代替電勵磁，減少了勵磁損耗；采用同步工作方式，轉(zhuǎn)子與定子旋轉(zhuǎn)完全同步，無轉(zhuǎn)差率損耗（普通電機轉(zhuǎn)差率2%～5%，高轉(zhuǎn)差率電機8～12%）；普通電機額定效率為90%，永磁同步電機額定效率可達94%，經(jīng)優(yōu)化設計使高效區(qū)得到延寬，可大幅度提高整個沖程內(nèi)的平均運行效率，平均效率一般可提高12%以上。

功率因數(shù)高：永磁電機的功率因數(shù)通過轉(zhuǎn)子永磁體磁場決定，因此可獲得較高的功率因數(shù)，可以達到0.90，輕載時還高于此值，一般運行在0.9以上，無功節(jié)電效果相當顯著。共安裝18臺，安裝后平均單井日節(jié)電36.2kWh/d，系統(tǒng)效率提高2.9%。變速器具有結構簡單，運行可靠，傳動效率高的特點，現(xiàn)場試驗證明普通電機+變速器可以替代電磁調(diào)速電機實現(xiàn)稠油井的小參數(shù)運行。

3.4 應用變頻節(jié)能裝置

根據(jù)部分油井供液能力的變化規(guī)律，當油井供液不足或是熱采井轉(zhuǎn)周中后期，泵效就開始明顯衰減，系統(tǒng)效率減低。游梁式抽油機的啟動電流為其正常工作時最大電流的5～6倍，而變頻調(diào)速后抽油機啟動電流接近抽油機正常工作時的最大電流，功率因數(shù)由使用游梁式抽油機時的0.3～0.5上升到0.95以上。

軟啟動功能。應用變頻調(diào)速技術對抽油機實現(xiàn)軟啟動，啟動平穩(wěn)，啟動電流大幅度降低。啟動抽油機時，速度可以從零慢慢升至給定速度，時間長至120秒，啟動電流不超過電機的額定電流，這樣可減少抽油機配備電機功率30%，提高了電機負載率。

降低無功功率。變頻器工作為交-直-交方式，首先將交流電整流成直流電，直流電的電能是單向輸送的，所以理論上功率因數(shù)應為1.0，現(xiàn)場應用中都在0.95以上。

4 優(yōu)化調(diào)整應用效果

調(diào)查表明，抽油機井系統(tǒng)效率由2015年的26.0%提高到2016年的31.2%。通過系統(tǒng)效率優(yōu)化，累計年節(jié)電120萬KWh；同時，提高機械采油的技術管理水平，使抽油機井機采系統(tǒng)效率顯著提高，設備配套能力增強，同時減少作業(yè)井次，節(jié)約成本，同時保持較高時率，減少作業(yè)占產(chǎn)，效益顯著，有很好的推廣應用價值。同時探索出一條系統(tǒng)的、成熟的提高機采系統(tǒng)效率配套技術為其他區(qū)塊的類似改造提供成熟、有效的配套技術和管理運行經(jīng)驗。

參考文獻

[1] 趙華，畢新忠等，抽油機井系統(tǒng)效率測試及應用研究.石油和化工節(jié)能，2010.1.