抽油機井提高系統效率方法探討

趙玉波（大慶油田有限責任公司第一采油廠）

抽油機井提高系統效率方法探討

趙玉波（大慶油田有限責任公司第一采油廠）

有桿抽油系統效率的高低，對能耗影響較大，獲得較高的系統效率可起到節約能量提高經濟效益的目的。通過對抽油設備、抽汲參數及技術管理等影響抽油機井系統效率因素的分析，結合實際提出整改措施，從優化抽油機井參數設計、優化管桿組合、應用低轉速電動機及變頻調速裝置，以及進行稀土永磁電動機改造試驗等方面進行降低能耗、提高系統效率的試驗，見到了較好的效果。在提高抽油機井系統效率方面總結了現場比較實用的方法，為節能降耗工作提供了一定的可供借鑒的經驗。

抽油機 系統效率 技術管理

D O I:10.3969/j.i ssn.2095-1493.2011.05.016

應用有桿抽油系統的目的是將地面的電能傳遞給井下液體，從而舉升井下液體。整個系統工作時，就是一個能量不斷傳遞和轉化的過程，在每一次傳遞時都將損失一定的能量。從地面供入系統的能量扣除系統的各種損失以后，就是系統所給液體的有效能量，將液體舉升至地面的有效做功能量與系統輸入能量之比即為抽油機系統效率[1]。公式表達如下：

式中：

η——抽油機系統效率，%；

P水——抽油機有效功率，kW；

P入——抽油機輸入功率，kW。

由于能量在轉換和傳遞過程中總會發生不可避免的損失，在此過程中如果損失的能量小，則可獲得較高的輸出能量（有效功率P水），系統效率就會越高，反之，系統效率越低。要提高抽油機系統效率，就要努力減少抽油系統各部分的功率損失。

系統效率與油井本身條件密切相關，在油井條件一定的情況下，主要影響因素也是一定的。

1 系統效率影響因素分析

1.1 抽油設備對系統效率的影響

1.1.1 電動機部分功率損失

理論研究表明[2]，抽油機工作時，當其工作負荷在60%～100%PN范圍內時，電動機損耗約為10%；當負荷變化極大（特別是當抽油機平衡不良時，其電動機輸出功率可能在-20%PN至120%PN的范圍內變化）時，電動機損耗可高達30%～40%。為降低電動機的損耗，應盡量使電動機工作時的平均功率達到電動機額定功率PN的35%以上。

1.1.2 皮帶傳動部分功率損失

主要是磨擦損失，一般為2%左右。實驗表明，在我國現有技術條件下聯組窄V帶是值得推薦使用的傳動帶。

1.1.3 減速箱部分功率損失

主要是傳動過程中的磨擦損失。減速箱中有3副軸承，一般為滾動軸承，傳動磨擦損失約為3%；另外，減速箱中還有3對人字齒輪，齒輪傳動時相嚙合的齒面間有相對滑動，磨擦損失約為3%；如果減速箱潤滑不良，損失還會增大，效率將下降。要提高這部分效率需要保持良好的潤滑狀態。

1.1.4 四連桿部分功率損失

主要是磨擦損失及驢頭鋼絲繩變形損失，一般約為5%；如果潤滑不好，損失還會增大，效率將下降。

另外，還有抽油桿功率、抽油泵功率及管柱功率的損失。

1.2 抽汲參數對系統效率的影響

研究與試驗表明，抽汲參數（沖速n、沖程S、泵徑D、下泵深度L以及抽油桿尺寸）對抽油系統效率（特別是井下效率）影響較大。抽汲參數匹配的好與差，系統效率相差近10%。無論哪一種桿柱，隨著沖程長度的增加、沖速下降，其能耗也下降；較大的泵徑配以合理的沖程、沖速，也可使其能耗下降，系統效率提高（圖1）。

1.3 技術管理對系統效率的影響

國內外的研究表明，技術管理工作對抽油機系統效率影響較大，從式（1）得知，在輸入功率一定時，如獲得較高的有功功率P水即可獲得較高的系統效率，而

式中：

α——深井泵排量系數，%；

H——有效揚程，m;

Q理——深井泵理論排量，m3/s；

ρ——液體密度，kg/m3；

g——重力加速度，m/s2。

從公式（2）可以看出，抽汲參數一定時，有效功率受有效揚程與深井泵排量系數的影響，深井泵排量系數一般與泵型有關，而有效揚程與日常技術管理密切相關。

從水力模型試驗可得，一般隨有效揚程的增加，系統效率增加，但二者之間并非線性關系；隨著有效揚程的增加，系統效率增加的趨勢逐漸變緩，直到達到最大。因為當下泵深度一定時，隨有效揚程的增加，抽油井沉沒度逐漸變小，導致抽油泵的排量系數下降，使抽油泵產量減小，進而影響系統效率的提高；所以，有效揚程并非越高越好，這就要求必須確定一個合理的舉升高度，采取相應的措施，使系統效率達到較高水平。

不論是節約能量還是提高經濟效益，都要求有桿抽油系統有較高的系統效率。從測得數據看，2009年作業區抽油機系統效率只有31.07%，系統效率偏低，還有很大潛力可以挖掘；若能將系統效率提高1個百分點，年可節約電量80.6×104kW·h，可獲得經濟效益47.89×104元。

2 剖析原因，綜合治理，提高抽油機井系統效率[3]

通過以上影響因素分析，有針對性地采取措施提高系統效率，見到了一定效果。

2.1 適時調參，優化參數

根據油井的動態變化情況，確定合理舉升高度。以合理流壓為依據，進行參數優化，適時調參，共進行參數調整25口井，可對比22口井（調大參數5口井，調小參數17口井，其中調小沖程4口井，調小沖速13口井），平均單井日產液由8.8 t增加至9.1 t，日產油由3.0 t穩定在3.0 t，日耗電由183 kW·h下降至160 kW·h，下降了23 kW·h，平均單井系統效率從調前的16.4%上升到18.7%，上升了2.3個百分點；其中調大參數5口井，平均單井日產液由14.3 t增加至15.5 t，日產油4.3 t穩定在4.4 t,日耗電由178 kW·h增加至218 kW·h，增加了40 kW·h，平均單井系統效率從調前的17.3%上升到19.6%，上升了2.3個百分點；調小參數17口井，平均單井日產液由7.1 t穩定在7.3 t，日產油2.7 t穩定在2.6 t,日耗電由184 kW·h下降至143 kW·h，下降了41 kW·h，平均單井系統效率從調前的14.7%上升到17.5%，上升了2.8個百分點。

2.2 應用低轉速電動機及變頻調速裝置，降低能耗，提高效率

2010年3月，在供液能力低、間抽生產的3口井上安裝了低轉速電動機。應用前后對比，平均單井沖速由5 min-1下調至2.1 min-1，3口井均由間抽生產轉為連續生產，平均單井日產液由0.53 t增加到1.57 t，增加了1.04 t，日產油由0.52 t增加到1.53 t，增加了1.01 t，日耗電由104 kW·h下降到50 kW·h，下降了54 kW·h，系統效率由2.2%提高到11.6%，提高了9.4個百分點。截至目前已累計節電2.6308×104kW·h。

2010年3月，在2口井上安裝了變頻裝置，應用前后對比，油井生產參數合理，產量增加，能耗降低，系統效率效果明顯。平均單井日產液由1.6 t增加到2.2 t，增加了0.6 t，日產油由1.6 t增加到1.9 t，增加了0.3 t，日耗電由103 kW·h下降到44 kW·h，下降了59 kW·h，系統效率由6.1%提高到18.9%，提高了12.8個百分點。截至目前已累計節電1.9277×104kW·h。

2.3 引用EMCO節能模式，進行稀土永磁電動機改造試驗

試驗采取滾動方式運行，第一批改造電動機于2010年9月2日安裝運行，目前已見到較好的節能降耗效果。

14口井平均原裝機功率25.3 kW，目前29.3 kW；原正常生產大小載荷55/24 kN，目前53/25 kN；原正常生產上下電流29/25 A，目前21/16 A。平均單井日產液由11.1 t穩定在11.3 t，日產油由1.7 t穩定在1.7 t，平均單井日耗電由179 kW·h下降至122 kW·h，下降了57 kW·h，系統效率由19.3%提高至22.3%，提高了3個百分點。

2.4 優化抽汲參數設計，提高效率

根據油井生產動態情況，結合油井施工作業對11口井進行了參數優化設計（換泵及優化管桿組合）。

對流壓偏高的7口井換大泵，可對比3口井。平均單井日產液由13.0 t增加至15.7 t，日產油由3.2 t上升到3.6 t,日耗電由151 kW·h增加到197 kW·h，系統效率由16.3%提高到20.2%，提高了3.9個百分點。

對流壓偏低的4口井換小泵，可對比2口井。平均單井日產液由8.8 t下降到6.1 t，日產油2.4 t下降到1.9 t,日耗電由287 kW·h減少到215 kW·h，系統效率由6.1%提高到6.4%，提高了0.3個百分點。

3 結論及幾點建議

（1）提高系統效率是一項長期、基礎、綜合的工作，提高系統效率對節約能耗和提高經濟效益有很大好處。

（2）從以上分析可以看出，提高系統效率的主要工作是加強管理（技術管理、生產管理）。技術管理包括機桿泵的選擇、地面抽汲參數的調整、檢泵作業、調平衡及各種節能設施的應用；各項生產管理工作的好壞直接影響系統效率的高低，為此，要加強基礎的管理工作，從一點一滴做起，努力提高管理水平及系統效率。

（3）從目前測得系統效率數據看，所測得297口井中有120口井系統效率低于10%，系統效率偏低：①參數匹配不合理，“大馬拉小車”現象比較嚴重，這部分井均為10型抽油機，而油井產液量均較低，日產液小于5 t井98口，日產液5～10 t井13口，日產液大于10 t井僅9口；另外，就電動機而言，也存在此現象，120口井中有84口井的負載率低于60%，使電動機處于輕載運行，這時電動機部分的損失遠遠大于10%，對提高系統效率極為不利，建議對這部分井有條件換上功率小一級的電動機；②5口井泵況不好，舉升高度小，導致系統效率低，目前已作業處理；③部分井因供液能力增加，原抽汲參數偏小，舉升高度變小，導致系統效率低，建議這部分井隨作業更換大泵。

（4）目前對系統效率的測試計算籠統，未將地面、井下效率分解，至使整改工作針對性不強，建議下步計算時采用式（3）：

式中：

η——抽油機系統效率，%；

P光——抽油機光桿效率，%；

η井下——抽油機井下效率，%；

η地面——抽油機井下效率，%。

P光可由金時測試系統求得，分別計算出井下效率及地面效率，了解到各部分效率情況，有針對性地進行整改。對地面效率低的加強日常管理工作，對井下效率低的可加強技術管理工作，達到提高效率的目的。

[1]胡博仲.有桿泵井的參數優選和診斷技術[M].北京：石油工業出版社，1999.

[2]王洪勛.采油工藝原理[M].北京：石油工業出版社，1989.

[3]夏艷鐸.油田電力系統效率分析及節電技術研究應用[C]//中國石油股份公司油氣田節能技術交流文集.2006.

趙玉波，2005年畢業于東北電力大學，助理工程師，從事電力管理工作，E-mail：tianyonghai@petrochina.com.cn，地址：大慶市第一采油廠第七油礦生產辦，163001。

2011-05-12)