白璐

（新疆油田公司陸梁油田作業(yè)區(qū)，新疆 克拉瑪依 834000）

陸梁油田作業(yè)區(qū)機(jī)采系統(tǒng)占總耗電的59.5%，為油田第一耗電大戶。對(duì)陸梁油田作業(yè)區(qū)1121口抽油機(jī)井進(jìn)行了機(jī)采系統(tǒng)效率現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，并收集了相關(guān)地質(zhì)參數(shù)、高壓物性參數(shù)、生產(chǎn)參數(shù)。測(cè)試正常井平均系統(tǒng)效率為19.59%，平均單井電機(jī)輸入功率5.71kW，平均單井日耗電137.04kWh，平均單井年耗電為45223kWh，電價(jià)按0.679元/kWh計(jì)，平均單井年耗電費(fèi)30706元。作業(yè)區(qū)抽油機(jī)井的平均系統(tǒng)效率低于油田公司，與股份公司水平相比還有較大的差距。

1 存在問題及影響因素分析

抽油井系統(tǒng)效率低是陸梁油田作業(yè)區(qū)機(jī)采系統(tǒng)存在的主要問題，造成抽油井系統(tǒng)效率低的原因，主要有以下幾個(gè)方面。

（1）舉升參數(shù)還有優(yōu)化空間。6型、8型抽油機(jī)最佳沉沒度在150～350m（當(dāng)前平均576m），10型、12型抽油機(jī)最佳沉沒度在300～600m（當(dāng)前平均813m），目前舉升參數(shù)存在較大優(yōu)化空間。

（2）抽油機(jī)負(fù)載率低。經(jīng)統(tǒng)計(jì)陸梁油田作業(yè)區(qū)抽油機(jī)負(fù)載率偏低，平均46.8%，低于50%的井占63.2%，隨著機(jī)型的增大負(fù)載逐漸降低，其中12型抽油機(jī)負(fù)載率低于50%的占68.7%。大馬拉小車的現(xiàn)象比較嚴(yán)重，從而導(dǎo)致系統(tǒng)效率偏低。

（3）電機(jī)負(fù)載率低。測(cè)試了陸梁油田1121口抽油井，電機(jī)平均功率利用率為23.4%，其中電機(jī)平均功率利用率低于20%有389口，占總測(cè)試井?dāng)?shù)的34.7%，形成了大馬拉小車的現(xiàn)象。

（4）偏磨現(xiàn)象突出。油田開發(fā)要達(dá)到長沖程，低沖次的目標(biāo)，但受制于目前抽油機(jī)最小沖次4次/min的限制，抽汲參數(shù)已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)需求，形成了“快馬拉小車”。沖次越高，抽油桿疲勞周期越短，同時(shí)加劇桿管偏磨，導(dǎo)致檢泵周期的縮短。

陸梁油田抽油機(jī)井平均沖次4.57次/min，偏磨導(dǎo)致檢泵占影響因素的22.6%，偏磨現(xiàn)象比較明顯。

2 機(jī)采系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)分析

通過對(duì)抽油機(jī)采油系統(tǒng)的分析，我們可以將其劃分為地面和井下兩部分，并使用光桿懸繩器來進(jìn)行區(qū)分。在功率傳遞過程中，地面?zhèn)鲃?dòng)系統(tǒng)由電機(jī)、傳動(dòng)帶、減速器和四連桿機(jī)構(gòu)構(gòu)成；而井下系統(tǒng)則由盤根盒、抽油桿、抽油泵和管柱等構(gòu)件組成。根據(jù)抽油機(jī)系統(tǒng)效率分析的節(jié)點(diǎn)理論，在整個(gè)傳動(dòng)過程中，各個(gè)節(jié)點(diǎn)處均存在不同程度的功率損耗。

2.1 機(jī)采系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)能耗分析-電動(dòng)機(jī)

抽油機(jī)的能耗損失主要源自其負(fù)載率過低，從而導(dǎo)致“大馬拉小車”現(xiàn)象的出現(xiàn)。當(dāng)電機(jī)負(fù)荷水平較低時(shí)，它的性能也較差，這不僅會(huì)導(dǎo)致裝機(jī)容量的浪費(fèi)，還會(huì)降低其經(jīng)濟(jì)性。相反，如果電機(jī)負(fù)荷水平較高，它可能會(huì)減少使用壽命，甚至損壞。因此，為了節(jié)約和延長其使用壽命，電機(jī)必須處于適當(dāng)?shù)呢?fù)荷水平。

當(dāng)抽油機(jī)平衡失調(diào)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致大量電能損失。當(dāng)抽油機(jī)的平衡性變差時(shí)，電機(jī)的輸出功率會(huì)增加，導(dǎo)致消耗更多的電能。經(jīng)過實(shí)際測(cè)試，當(dāng)平衡率處于80%～110%時(shí)，抽油機(jī)的消耗量將達(dá)到最低水平。當(dāng)平衡率超過120%時(shí)，耗電量會(huì)增加0.25kW·h，而當(dāng)平衡率低于70%時(shí)，耗電量會(huì)增加約0.15kW·h。顯然，抽油機(jī)具有良好的平衡性，有助于提升電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率。

現(xiàn)場(chǎng)建議：（1）根據(jù)抽油機(jī)工作特點(diǎn)及機(jī)型大小匹配電機(jī)，提高電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率（大于35%）和功率因數(shù)（大于0.4）；（2）調(diào)好抽油機(jī)平衡，減少電機(jī)損耗。

2.2 機(jī)采系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)能耗分析-傳動(dòng)帶

皮帶的傳動(dòng)效率在理想情況下高達(dá)98%。皮帶的損耗可以分為兩類：（1）不受負(fù)載影響的損耗；（2）由于負(fù)載的不斷增加，導(dǎo)致的損耗也會(huì)發(fā)生改變。第一類損失是由于皮帶輪的彎曲而產(chǎn)生的，這種損失取決于皮帶的類型、結(jié)構(gòu)和直徑；摩擦損失在輪槽中的變化主要取決于拉力、皮帶輪的安裝位置和尺寸，這些因素都會(huì)影響輪槽的性能；風(fēng)阻損失；當(dāng)使用多條皮帶傳動(dòng)時(shí)，由于皮帶長度的不一致性，導(dǎo)致負(fù)載分布不均，從而導(dǎo)致功率損失。第二類損失包括：由于彈性滑動(dòng)而產(chǎn)生的影響；打滑導(dǎo)致?lián)p失?；瑒?dòng)摩擦損失是由于輪槽與皮帶之間的徑向接觸造成的。

現(xiàn)場(chǎng)建議：（1）皮帶的尺寸大小與皮帶輪槽匹配，最好選擇窄V型皮帶。（2）皮帶松緊保持適中，并保證“四點(diǎn)一線”調(diào)整到位。（3）調(diào)好抽油機(jī)平衡，抽油機(jī)平衡率越低，皮帶打滑磨損的越嚴(yán)重。（4）觀察皮帶間是否有油垢或則其他雜質(zhì)，及時(shí)清理干凈，保持皮帶清潔。

2.3 機(jī)采系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)能耗分析-減速箱

游梁式抽油機(jī)的減速箱一般采用三軸兩級(jí)減速，減速箱部分的損失分為軸承損失與齒輪損耗。一副軸承的損失大約為1%，即減速箱部分的軸承損失約3%。在兩個(gè)人字形齒輪之間的傳動(dòng)過程中，由于存在相互的滑動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致摩擦損失的增大，從而提高了動(dòng)力的消耗，并降低了傳動(dòng)效率。一對(duì)齒輪傳動(dòng)功率損失大約為2%，即減速箱齒輪損失大約為4%。綜上所述，減速箱部分的功率損失大約為7%。如果減速箱的軸承、齒輪部分潤滑效果不好、保養(yǎng)不良，損失將會(huì)增加，效率下降。

現(xiàn)場(chǎng)建議：（1）減速箱中潤滑油不足或者油質(zhì)問題都可能導(dǎo)致其效率過低，應(yīng)定期檢查添加或更新。（2）保持減速箱內(nèi)部軸承齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)部件完好，出現(xiàn)問題及時(shí)更換。（3）保持減速箱內(nèi)油道通暢，如有堵塞，需返廠解體清洗。

2.4 機(jī)采系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)能耗分析-四連桿

四連桿機(jī)構(gòu)的性能受到多種因素的影響，其中最重要的是軸承的磨損和由于鋼絲繩的變形而造成的損失。軸承部分的損失大約為3%。鋼絲繩的損失大約為2%。因此，四連桿機(jī)構(gòu)的能量消耗大約只有5%，也就是說，它的效率高達(dá)95%。當(dāng)然，如果四連桿機(jī)構(gòu)的軸承缺乏足夠的潤滑和維護(hù)，會(huì)降低其效率，也會(huì)帶來更多的損耗。

現(xiàn)場(chǎng)建議：（1）保證各個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)部件，尤其是軸承潤滑到位，保持機(jī)體無異常響動(dòng)。（2）對(duì)老化部件及時(shí)維修更新，降低機(jī)件間的摩擦損耗。

2.5 機(jī)采系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)能耗分析-盤根盒

盤根盒過松，會(huì)產(chǎn)生井液漏失，過緊則增加能耗損失，同時(shí)縮短填封材料的使用壽命。光桿上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，與盤根盒內(nèi)填料之間的摩擦力是造成盤根盒損失的主要原因，而這種摩擦力的大小取決于填封材質(zhì)、接觸面積、工作壓力、沖程、沖次等因素，一般來說，隨著這些因素的增加，摩擦力也會(huì)相應(yīng)增大。

現(xiàn)場(chǎng)建議：（1）查看驢頭是否偏斜，如果偏斜需要立即測(cè)量歸正。（2）若密封方式與井口不匹配，需要調(diào)整改變密封類型。（3）密封松緊度不當(dāng)，需要適度調(diào)節(jié)。

2.6 機(jī)采系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)能耗分析-抽油桿

抽油桿的性能受到多種因素的影響，其中最大的影響因素包括抽油桿與提升液體之間的摩擦力，以及抽油桿與油管之間的阻力，這些都會(huì)對(duì)抽油桿的效率產(chǎn)生影響。隨著油藏的開采，由于含水量的增加、結(jié)蠟和出砂的加劇，抽油桿和油管之間的摩擦力也會(huì)變得更強(qiáng)，這不僅會(huì)降低系統(tǒng)的運(yùn)行效率，還會(huì)縮短設(shè)備的使用壽命。

現(xiàn)場(chǎng)建議：（1）為了提高抽油桿的效率，建議降低沖次和沖程，上提泵掛深度，優(yōu)化抽油桿的桿徑和材質(zhì)組合，以減少黏滯功率損耗和滑動(dòng)功率損耗。（2）由于井下蠟堵在抽油桿提拉過程中形成損耗，需要化蠟清理，降低蠟堵。（3）桿管摩擦損耗，導(dǎo)致效率低下，需要及時(shí)調(diào)整或配套扶正器、加重桿等設(shè)施。

2.7 機(jī)采系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)能耗分析-抽油泵

抽油泵是將井下液體提升至地面的主要設(shè)備，提升過程中存在一定的能量損失，主要包括機(jī)械損耗、容積損耗和水力損耗。

現(xiàn)場(chǎng)建議：（1）通過查詢抽油泵示功圖，判斷故障原因，及時(shí)進(jìn)行故障整改。（2）由于泵體本身的機(jī)械原因?qū)е碌男实拖拢枰皶r(shí)維修換泵。（3）做好清防蠟工作，保證井液過流通道暢通。（4）氣體影響明顯的井，可安裝氣錨、提高泵效。

3 機(jī)采系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 總體設(shè)計(jì)思路

針對(duì)陸梁油田抽油機(jī)井的日產(chǎn)液情況，按照“一井一策”的總體思路，分類進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)并配套地面設(shè)備。

（1）產(chǎn)液量小于10t/d，優(yōu)化設(shè)計(jì)沖次在1.5～2.5次范圍內(nèi)的油井，采用機(jī)械調(diào)速節(jié)能拖動(dòng)裝置，部分產(chǎn)液波動(dòng)大的油井采用雙速節(jié)能拖動(dòng)裝置。（說明：機(jī)械調(diào)速節(jié)能拖動(dòng)裝置由齒輪變速箱、電機(jī)、皮帶輪組裝而成，以小功率電機(jī)為驅(qū)動(dòng)力，采用皮帶輪傳動(dòng)方式，以小齒輪帶大齒輪實(shí)現(xiàn)降低轉(zhuǎn)速。有單速、雙速兩種，沖次調(diào)節(jié)范圍1.5～4次/min）。

（2）產(chǎn)液量大于10t/d，優(yōu)化設(shè)計(jì)沖次在2.5～3.5次范圍內(nèi)的油井，采用慢速電機(jī)，部分產(chǎn)液波動(dòng)大的油井采用雙速電機(jī)。（說明：應(yīng)用慢速電機(jī)后沖次可降低為原來的0.5～0.67倍。有單速、雙速兩種，沖次調(diào)節(jié)范圍2.5～5次/min。）

3.2 “一井一策”單井設(shè)計(jì)方法

3.2.1 確定生產(chǎn)目標(biāo)

確定生產(chǎn)目標(biāo)是進(jìn)行機(jī)采系統(tǒng)設(shè)計(jì)的前提，生產(chǎn)目標(biāo)共五個(gè)參數(shù)：產(chǎn)液量、含水率、動(dòng)液面、油壓、套壓，其中產(chǎn)液量、動(dòng)液面是最關(guān)鍵的兩個(gè)參數(shù)。

產(chǎn)液量。目標(biāo)產(chǎn)液量一般以地質(zhì)設(shè)計(jì)提供的產(chǎn)液為準(zhǔn)。

動(dòng)液面。生產(chǎn)平穩(wěn)的井，動(dòng)液面的取近18個(gè)月的平均值；如果動(dòng)液面逐漸上升或下降，產(chǎn)液量趨于增加或減少，說明該井地層供液能力增強(qiáng)或減弱，則應(yīng)按最近一個(gè)月的平均產(chǎn)液量來確定；如果產(chǎn)液量明顯減少，動(dòng)液面逐漸上升，說明該井管漏或泵漏或雙漏，則應(yīng)按正常生產(chǎn)時(shí)的動(dòng)液面來確定。

含水率、油壓、套壓。含水率取最近一個(gè)正常生產(chǎn)月的數(shù)值，油壓、套壓取最近1個(gè)月的數(shù)值。

3.2.2 不同類型井的設(shè)計(jì)思路

（1）“三低井”設(shè)計(jì)。“三低井”即產(chǎn)液低、泵效低、沉沒度低且示功圖呈現(xiàn)“刀把狀”的井，這類井生產(chǎn)參數(shù)偏大，可以直接進(jìn)行地面“降桿速”調(diào)參，檢泵設(shè)計(jì)時(shí)，加深泵掛、降低桿速。

（2）“三高井”設(shè)計(jì)?！叭呔奔串a(chǎn)液高、液面高、泵效高且示功圖正常的井，這類井檢泵設(shè)計(jì)時(shí)增大泵徑、上提泵掛、降低桿速。

（3）“常規(guī)井”設(shè)計(jì)?！俺Ｒ?guī)井”即產(chǎn)液量在均值附近、動(dòng)液面平穩(wěn)且示功圖正常的井，這類井檢泵設(shè)計(jì)時(shí)降低桿速，但不建議大幅上提泵掛。

（4）“提液井”設(shè)計(jì)。生產(chǎn)中時(shí)常進(jìn)行提液設(shè)計(jì)，這類井應(yīng)根據(jù)新的目標(biāo)產(chǎn)量，通過IPR曲線預(yù)測(cè)新的動(dòng)液面。

（5）“新投井”設(shè)計(jì)。新投產(chǎn)的井根據(jù)試油資料確定生產(chǎn)目標(biāo)，進(jìn)行能耗最低機(jī)采系統(tǒng)設(shè)計(jì)，后期密切跟蹤生產(chǎn)動(dòng)態(tài)，及時(shí)開展地面參數(shù)的匹配調(diào)整。

4 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施及效果

現(xiàn)場(chǎng)完成實(shí)施300井，完成改造后測(cè)試300井，已安裝地面設(shè)備174臺(tái)（慢速電機(jī)155臺(tái)，抽油機(jī)傳動(dòng)裝置19臺(tái)）。

4.1 提效降耗

實(shí)施井產(chǎn)液量增加，提效降耗效果顯著：平均系統(tǒng)效率提高9.74%，平均節(jié)電率26.86%，平均單井日節(jié)電49.3kWh。

改造前：平均單井產(chǎn)液量21.2t/d，平均產(chǎn)液單耗7.03kWh/t，平均系統(tǒng)效率21.49%。

改造后：平均單井產(chǎn)液量26.1t/d，平均產(chǎn)液單耗5.14kWh/t，平均系統(tǒng)效率31.23%。

4.2 降本增產(chǎn)

（1）節(jié)約桿管。實(shí)施井泵掛上提，液面下降，平均沉沒度從767.5m變?yōu)?17.8m，共節(jié)約桿管22852.8m，桿管按110元/m計(jì)，節(jié)約生產(chǎn)成本251萬元。

（2）提液增油。平均單井增液4.9t/d，實(shí)施井增加液量1327t/d，增加油量53.5t/d。截至7月底，累計(jì)增加液量139335t，累計(jì)增加油量5617t。按原油價(jià)格2200元/噸計(jì)算，創(chuàng)產(chǎn)值1236萬元。

5 結(jié)語

（1）通過對(duì)各影響因素技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行分析得出，對(duì)于地面系統(tǒng)，最大節(jié)能潛力在于優(yōu)化電機(jī)負(fù)載率以及日常抽油機(jī)平衡的調(diào)整。井下系統(tǒng)影響因素中，抽油桿的摩擦損失、抽油泵的容積損失和水力損失是影響井下系統(tǒng)效率的關(guān)鍵。

（2）已實(shí)施的300井提效降耗效果顯著。產(chǎn)液增加（平均由21.2t/d上升至26.1t/d），平均產(chǎn)液單耗節(jié)能率下降26%以上，平系統(tǒng)效率提高9.7%，達(dá)到了提效降耗的目的。

（3）實(shí)施井節(jié)約桿管22853m，節(jié)約成本251萬元。