提高油田機采系統地面效率技術研究及應用

王 曼 楊 會 豐 張 倩 覃 川

（1.長慶油田分公司油氣工藝研究院；2.低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室）

提高油田機采系統地面效率技術研究及應用

王 曼1,2楊 會 豐1,2張 倩1,2覃 川1,2

（1.長慶油田分公司油氣工藝研究院；2.低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室）

以節能降耗為目標，通過機采井地面效率的影響因素分析，闡述了提高抽油機井地面效率的途徑及措施。通過平衡優化，合理匹配電動機，節能設備的應用及加強抽油機井生產管理等綜合治理措施，使安塞油田抽油機井地面效率獲得提高。

抽油機 電動機 系統效率 無功功率

安塞油田屬于典型的低滲、低產油田，其開發基本采用定向井、叢式井組方式，全部采用有桿泵機械采油方式生產。2011年機采井開井 5381 口，所用抽油機以5型和6型常規游梁式抽油機、異相曲柄抽油機、復合平衡抽油機為主。油井電動機總數 5381 臺， 電 動 機功率 以 13.5kW 和 15kW 為 主，油井電動機平均功率因數為 0.3。

安 塞 油 田 生 產 原 油 年 耗 電 量 42381.83 × 104kWh， 原 油 生 產 單耗 為 119.78kWh/t， 油 井 提 液 單耗 61.03kWh/t， 占 生 產 用 電 的 50.95% ， 油 井 的 地面效率為 41.32%，因此，提高抽油機井地面效率，對于降低安塞油田生產成本，具有十分重要的意義。

1 影響抽油機井地面效率的因素

抽油機井系統效率是指將井內液體提升至地面所需的有效功率與輸入功率的比值。以光桿懸繩器為 界 ， 系統效率分為地面效率和井下效率兩部分[1]。 其中影響抽油機井機采系統效率的主要節點在地面部分。地面效率是指懸繩器以上的機械傳動效率和電動 機 效 率 的 乘 積[2]。 地 面 部 分 的 能 量 主 要 損 失 在 電動機和抽油機上。

電動機在工作時分為有功功率和無功功率。電動機負載率小，則電動機無功功率較大；反之，則電動機無功功率較小。無功功率大，則系統效率低。

在油田中，游梁式抽油機的結構與深井泵的工作特點相結合，形成了特有的負荷特性--周期性交變負荷。當抽油機不平衡時，電動機軸上會出現負扭矩。此時，三相異步電動機運行轉速大于同步轉速 時 處 于 發電狀態 ， 并 產 生 負功[3]， 影響地面 效 率 。

2 提高抽油機井地面效率的途徑及方法

根據影響因素分析，提高地面效率主要有提高電動機效率和抽油機效率。

提高地面效率對策見圖1。

圖1 提高地面效率對策圖

3 提高地面效率的措施及現場應用

3.1提高電動機效率

提高電動機效率要從減少負功、降低無功功率兩方面，提高有功節電率。

3.1.1 減少電動機負功

減少電動機負功主要在于調整抽油機平衡。當抽油機在重載時，電動機從電網汲取了過多的能量，這部分能量轉化為旋轉慣性能儲存于平衡塊中；當抽油機輕載時，平衡塊將這部分慣性能釋放出來，驅使電動機的轉速超過旋轉磁場的同步轉速，此時電動機做“負功”。電動機會在不平衡時出現做負功現象，根據電能→機械能→電能的轉化過程，轉化效率一般只有60%，且發電相位落后于供電相位。因此，提高抽油機平衡，減少造成負功的影響因素，可提高地面效率。

1） 對于供液不足容易發生液面撞擊等情況的油井，應用功率法調平衡比較適用。

2） 早期投運的抽油機由于油田開發動態變化，部分抽油機由于負荷加大，超載的情況越來越嚴重，故障損壞頻繁，從 2003 年開始安塞油田先后投入 199.8 萬元，采用復合平衡技術陸續對 235臺超負荷抽油機進行了加裝尾平衡的改造，改善了抽油機連桿、尾軸承、曲柄銷等部件的受力狀況，降低了抽油機的沖擊負荷，解決了抽油機平衡問題 ， 經 過 測 試平衡率由 72.1%提 高 到 92.6% ， 滿 足了生產實際需要。

3） 對于老舊的游梁式抽油機，無法通過上述兩種方法調平衡的油井，進行了平衡自動調節裝置的試驗，可以實時調整抽油機的平衡狀態，達到提高地面效率的目的。經測試，有功節電率 7.9%，無功節電率 25.8%，綜合節電率 9.8%。

3.1.2 降低無功功率，提高有功節電率

1）合理匹配電動機，提高電動機負載率

異步電動機所耗用的無功功率是由其空載時的無功功率和一定負載下無功功率增加值兩部分所組成。所以要改善異步電動機的功率因數就要防止電動機的空載運行并盡可能提高負載率。

安塞油田抽油井電動機大馬拉小車現象非常普遍 ，電 動 機負 載 率平 均 24.6%， 平均功 率因數 0.3。有針對性的更換小功率電動機，可降低電動機運行無功功率，提高電動機功率因數，降低有功耗能，提高系統效率。

2）應用高效電動機

應用永磁電動機。根據抽油機的工作特性，要求電動機能夠滿足啟動扭矩大、有一定承受過載的能力、在較大的負荷率下工作效率較高條件，因此，永磁同步電動機是較理想的選擇。安塞油田應用永磁同步電動機 716臺，通過對60臺稀土永磁同步電動機安裝前后效果測試對比，平均功率因數由0.36 上 升 到 0.81， 平 均 系 統 效 率 由 18.84% 上 升 至20.83%， 提 高 了 1.99 個百分點 ， 日 耗 電 量 由 60.72 kWh 降 低 至 47.27kWh， 平 均 單 井 日 節 電 13.45 kWh，平均有功節電率 5.55%，取得了較好的效果見表1。

應用多功率電動機。多功率電動機是根據抽油機負載大小實時功率轉換實現節能的，因此多功率電動機適合應用于井況不穩定的井。自 2008 年以來，更換應用多功率電動機334臺，通過對35臺多功率電動機安裝前后效果測試對比，平均功率因數由 0.33 上 升 到 0.54， 平 均 系統 效 率 由 18.97% 上 升 至20.15%，見表2。

表1 永磁電動機使用前后效果對比

表2 多功率電動機應用前后效果對比

3）應用集中控制節能裝置

由于安塞油田油井大部分為叢式井組開發，因此抽油機應用了集中控制節能裝置，該裝置優化集成了共直流母線、無功補償、無級變頻調參、軟啟動等多項節能技術。自 2008 年以來在安塞油田 19個井組共計 87口油井進行了試驗評價，經測試，平均有功功率由 11.19kW 降低到 6.23kW，平均無功 功 率 由 37.74kvar降 低 到 3.32kvar， 平 均 功 率 因數由 0.331 提高 到 0.96，平均系 統 效 率 達 到 25.12%。

3.2提高抽油機效率

3.2.1 應用新型節能抽油機

CYJ7-2.5-26HY 型整體彎游梁式抽油機是針對低 滲 透 油 藏 而設 計 的 新 型節 能 抽 油 機[4]（圖2）， 解決了長慶油田部分油井使用8型機懸點載荷過剩，使用 6 型 機 懸 點 載 荷 不足的問題，實現 2.5/min 超低沖速，電動機可以靈活選取，對于產液量較低、要求沖速低時，選用 Y180L-12/11kW 電動機，對于產液量較高、要求沖速較高時，選用 Y200L-8/ 15kW 電動機，滿足低滲透油田開采的生產需要。（該型抽油機采用游梁平衡方式，平衡率高，節能效果較好）。安塞油田應用了 148 臺 7 型節能抽油機，平均系統效率達到 25.23%，經測試，有功節電率達到 8.7%以上。

3.2.2 強化抽油機管理，降低機械摩擦損耗

在抽油機抽油的能量傳遞過程中，抽油機能量損失在摩擦損耗中，因此，強化抽油機維護保養，降低機械摩擦損耗，是提高機采系統效率的重要方面。主要包括電動機、抽油機、井口各運動摩擦部位的潤滑、驢頭校偏、皮帶輪“四點一線”及皮帶松緊調整及更換磨損嚴重變速箱等。

圖2 整體彎游梁式抽油機

4 結論和認識

1）合理匹配電動機，降低電動機運行的無功功率，提高電動機功率因數，提高電動機效率。

2）應用高效電動機及集中控制節能裝置，減少電動機內部損耗，變頻調參，提高電動機功率因數。

3） 調整抽油機平衡，減小電動機軸功率波動，減少負功現象，提高電動機效率。

4）應用節能抽油機等高效抽油設備及做好抽油機的維護保養，是提高地面效率的重要方面。

[1]崔振華.機械采油系統工程[M].北京:石油工業出版社, 1998,44-48.

[2]鐘功祥,梁政,彭彩珍.提高機抽井系統效率的重要措施[J].鉆采工藝,2003,26(3):50-52.

[3]薄保中,楊新海,王軍民,等.抽油機負功與電機功率測試 儀 表 的 合 理 選 擇 [J].石 油 工 業 技 術 監 督,2000，16 (2):1-3.

[4]黃偉,劉顯,吉效科,等.CYJ7-2.5-26HY型抽油機設計及應用[J].石油礦場機械,2010,39(5):33-35.

10.3969/j.issn.2095-1493.2013.003.006

2012-11-28）

王曼，2009年畢業于西安石油大學，主要從事油田節 能 方 面 的 生 產 管 理 和 科 研 工 作 ， E-mail： Wman_cq@petrochina. com.cn，地址：陜西省西安市未央區明光路長慶油田油氣工藝研究院，710021。