鄭冬梅 辛平

摘 要：有桿抽油作為石油工業(yè)傳統(tǒng)的采油方式之一，在采油工程中一直占主導地位，而抽油機是石油開采中重要的機械采油設備。隨著油田開發(fā)的不斷深入，采油成本逐年遞增，抽油系統(tǒng)效率成為衡量一個油田開發(fā)水平的重要指標。因此，開展抽油機井系統(tǒng)效率影響因素研究，找出影響系統(tǒng)效率的敏感因素，對油田提高采油系統(tǒng)效率及節(jié)能降耗具有很重要的意義。有桿抽油系統(tǒng)的能耗是一個復雜而繁瑣的課題，理論研究和實踐結果表明，有桿抽油的系統(tǒng)能耗與系統(tǒng)效率有密切聯(lián)系，一般來說系統(tǒng)效率越高，噸液所需能量損耗越??；系統(tǒng)效率越低，噸液所需能量損耗越大；有桿抽油系統(tǒng)效率的高低基本上反映了有桿抽油技術能耗的總體水平。在實際生產(chǎn)中影響抽油機系統(tǒng)效率的因素較多，主要包括地層因素、設備條件、管理水平等各種因素的影響。有桿抽油系統(tǒng)將地面的電能經(jīng)過相關的傳遞設備轉(zhuǎn)換成機械能，從而將液體從油井舉升至地面。在整個系統(tǒng)中每個子系統(tǒng)都有能量損失，經(jīng)過幾個環(huán)節(jié)的能量傳遞，能量消耗逐漸增大，系統(tǒng)效率逐漸降低。

關鍵詞：抽油系統(tǒng)效率；節(jié)能降耗；變頻技術；工作制度

抽油系統(tǒng)效率成為衡量一個油田開發(fā)水平的重要指標。因此，開展抽油機井系統(tǒng)效率影響因素研究，找出影響系統(tǒng)效率的敏感因素，對油田提高采油系統(tǒng)效率及節(jié)能降耗具有很重要的意義。通過改進電機的性能，提高效率；利用變頻技術，降低耗電量；使用新型抽油機，提高傳動效率等。通過地面技術水平的提高和制定合理工作制度，充分利用現(xiàn)有資源，提高油井的系統(tǒng)效率。

1系統(tǒng)效率偏低的原因分析

（1）有桿泵井生產(chǎn)系統(tǒng)壓力分布剖面

在進行多相管流井筒流動壓力分布計算時，粟以下為垂直多相管流，5點的壓力可以應用多相管流井筒流動壓力分布計算相關式直接進行計算；但栗以上為環(huán)空多相管流，計算c點的壓力時，在多相管流井筒流動壓力分布計算相關式中，要用水力直徑代替油管直徑，用環(huán)空過流面積代替油管過流面積，方可進行計算。

（2）游梁式抽油機因其結構簡單、制造容易、維修方便等優(yōu)點，得到普遍使用。但四連桿機構的旋轉(zhuǎn)運動造成電機負荷的不均勻性，從而降低了三相異步電動機的效率。同時因其高啟動扭矩，又造成大馬拉小車的現(xiàn)象。稠油井多，大量使用電磁調(diào)速電機。雖然實現(xiàn)了平穩(wěn)無級調(diào)速，但低速時電機損耗大效率低。這是系統(tǒng)效率偏低的主要原因。

2 新技術應用與效果

2.1 永磁電機

永磁電機與普通三相異步電動機相比，不需要無功勵磁電流。可以顯著提高功率因素。通過減少定子電流和定子電阻損耗，電機效率提高2-8%。永磁電機在25-120%額定負荷范圍內(nèi)，均可保持較高的效率和功率因素。高效高起動轉(zhuǎn)矩同步電機比普通感應電機的起動扭矩大50-100%?？梢源娲笠惶栯姍C座號，節(jié)電率在20%左右。在5口井上進行試驗，功率因素提高0.44，系統(tǒng)效率提高4%。在實際使用中，電機的功率降低一個等級，功率因素普遍較高。

2.2 變頻調(diào)速技術

變頻調(diào)速技術是通過改變電流的頻率，實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)速的改變?，F(xiàn)在采用的變頻裝置是由整流器和逆變器組成。整流器先將50赫茲的交流電變成直流電，再由逆變器變換成頻率可調(diào)的三相交流電。由于變頻器可實現(xiàn)低速、輕載啟動，因此降低電機的匹配功率，提高功率因素。變頻柜地使用，可由普通電機代替調(diào)速電機，較好地解決了電磁調(diào)速電機效率低地原因。2013年以來試驗20口井，節(jié)電率21%。功率因素提高0.3，系統(tǒng)效率提高9.2%。變頻柜代替普通自控箱，如果使用普通電機替代電磁調(diào)速電機，沖數(shù)低的井效果明顯。沖數(shù)高于6次，效果較差。如果用電磁調(diào)速電機替代普通電機，則無效果。因此，變頻技術主要在低沖數(shù)井上使用普通電機替代電磁調(diào)速電機效果明顯。

2.3永磁電機和變頻技術結合使用

稠油熱采區(qū)塊原油粘度高，采用電熱桿、空心桿、和雙泵等采油工藝，沖數(shù)都在4次以下。在一個蒸汽吞吐周期的生產(chǎn)過程中，抽油機負荷和沖數(shù)變化較大。使用37KW調(diào)速電機，雖然實現(xiàn)了無級調(diào)速，但由于匹配功率較大，造成系統(tǒng)效率低。電機的功率因素低、效率低，造成整條線路的電壓降大，影響油井正常生產(chǎn)。采用變頻柜實現(xiàn)電機無級調(diào)速，降低電機的匹配功率；采用永磁電機，提高功率因素和啟動扭矩，單井系統(tǒng)效率大幅度提高。目前已使用13臺，平均節(jié)電36.5%，功率因素提高0.435，系統(tǒng)效率提高10.2%。其缺點是負荷較大井，30KW永磁電機無法正常生產(chǎn)，對于抽油機卸載也有一定的困難。

2.4 機械調(diào)速

通過變速箱降低電機輸出轉(zhuǎn)速，電機啟動扭矩降低，電機匹配功率減少，提高電機的負載率。由此提高電機的效率。現(xiàn)場使用中，可以用17KW的電機代替55KW電機，節(jié)電42%，功率因素提高0.4，系統(tǒng)效率提高8.02%。在該技術使用前，對于供液差的砂河街井，由于泵掛深，負荷重，都使用12型抽油機，匹配55KW普通三相異步電動機或37KW電磁調(diào)速電機，耗電量大，功率因素低。不僅單井系統(tǒng)效率低，也造成整個電網(wǎng)的線損增加。對于低液量、低粘度的油井，因為使用電磁調(diào)速電機的低效率和大功率三相異步電動機，造成電機效率低，整條線路的功率因素低。使用DCJ系列電機后，節(jié)電效果極為明顯。但由于無法實現(xiàn)無級調(diào)速，在稠油井的使用中受到一定的限制。

2.5 無游量式抽油機的使用

游量式抽油機井系統(tǒng)效率低的主要原因，是四連桿旋轉(zhuǎn)運動造成電機負荷的不均勻性。而無游量式抽油機解決了該問題。無游量式抽油機在上下沖程中，抽油機負荷是光桿負荷和平衡配重的差，基本是穩(wěn)定。這樣電機輸出的扭矩是衡定的。因此電機效率較高。目前使用的勝利高原公司生產(chǎn)的皮帶抽油機和山東創(chuàng)新技術有限公司生產(chǎn)的智能滾筒式抽油機，節(jié)電效果較好，平均單井日節(jié)電115度，節(jié)電率60%。無游量式抽油機的缺點是沖數(shù)低、理論排量低。適合于稠油、低液量井。

3 結 論

1）永磁電機取代普通電機，可以提高單井的系統(tǒng)效率。同時功率因素的提高，降低電網(wǎng)的線損。油井的沖數(shù)超過5次后，應用永磁電機，投入少，效益高。2）通過變頻技術實現(xiàn)沖數(shù)的無級調(diào)節(jié)，配備普通電機，低沖數(shù)時效果更好。配備永磁電機，效果好于普通電機。適用于稠油井，特別是低沖數(shù)井，大幅度提高油井的系統(tǒng)效率。3）機械變速，適用于低沖數(shù)、光桿不緩下的油井。投入較小，節(jié)電效果好。4）無游量式抽油機節(jié)電效果明顯，適用于稠油、低液量井。新投產(chǎn)的稠油井優(yōu)先選用無游量式抽油機。低液量、泵掛深的油井亦可采用無游量式抽油機。但不適用于供液較好的油井。

參考文獻：

[1]薛世君. 提高抽油井機采系統(tǒng)效率的做法及效果[J]. 內(nèi)蒙古石油化工. 2012（04）