提升有桿泵采油系統效率的方法研究

張永光

（中國石油集團渤海石油裝備制造有限公司遼河熱采機械制造分公司，遼寧 盤錦 124010）

1 機械采油有桿泵采油系統組成

有桿泵采油的三大主要裝備有抽油機、抽桿和抽油泵。抽油泵可分為：管式泵和桿式泵。管式泵的結構簡單、成本低，在相同油管直徑下允許下入的泵徑較桿式泵大，因而排量大；桿式泵檢泵方便，但結構復雜，制造成本高，在相同油管直徑下允許下入的泵徑比管式泵小。桿式泵適用于下泵深度大、產量較小的油井。

有桿泵抽油的主要參數，沖程：光桿（或柱塞）上、下運動一次稱為一個沖程。光桿沖程：光桿從上死點到下死點的距離，用S表示。柱塞沖程：柱塞在上、下死點間的位移。沖次:每分鐘內完成沖程的次數，用n來表示。沉沒度：抽油泵的吸入閥與動液面之間的相對高度。動液面：抽油機正常生產時，井口至液面的距離。沉沒壓力（泵口壓力）：作用在泵吸入口處的環形空間壓力。影響泵效的主要因素：(1)抽油桿柱和油管柱的彈性伸縮；(2)氣體和充不滿的影響；(3)漏失影響；(4)體積系數的影響。

載荷作用下的柱塞沖程，柱塞沖程損失的構成：液柱載荷交替地由油管轉移到抽油桿柱和由抽油桿柱轉移到油管，使桿柱和管柱發生交替地伸長和縮短。上沖程：載荷由從油管轉移到抽油桿，抽油桿伸長，油管縮短；下沖程：載荷由從抽油桿轉移到油管，油管伸長，抽油桿縮短。柱塞沖程損失由抽油桿柱伸縮與油管伸縮共同造成的。

2 影響有桿泵系統效率的主要原因

2.1 電機負載率的影響。常用電機最佳運行效率在額定負載附近，即在0.7～1.1之間，而現場上大多數電機的負載率都比較低，一般只有30%左右。因此“大馬拉小車”是造成電機運行效率低的主要原因。油田的實驗表明，提高電機負載率5%～10%，系統效率可提高2%～4%，節電率可達10%左右。

2.2 抽油機的影響。普通游梁式抽油機采用的是對稱循環工作方式，上下沖程的運行時間相同，平衡重和懸點負荷重對曲柄軸產生的迭加扭矩呈周期性波動，其幅度和頻率都比較大。抽油機的這種工作狀況對三相異步電動機來說是不理想的，造成能耗偏高、系統效率偏低。

2.3 傳動皮帶的影響。采用三角皮帶傳動時，由于其彈性方面的原因，其張緊程度難以保證，不可避免地要出現相互錯動、打滑和震動，造成部分能量損失。

2.4 平衡程度的影響。抽油機的平衡程度反映了抽油機運行的平穩程度，其好壞直接影響到抽油機的耗電量，現場測試表明，在不同的平衡狀況下，電動機電流有較大差異，從而造成輸入功率的變化。即使抽油機軸功率相同，也可能造成輸入功率有較大的變化。

2.5 盤根的影響。盤根在使用中與光桿摩擦產生阻力，根據其材質及壓緊程度的不同產生的阻力有較大的變化，由于阻力的作用，造成耗電量的增加。

2.6 油管伸縮的影響。由于油管下端不固定，所以油管的伸縮會使地面傳遞下去的功率和沖程損失一部分，特別是深抽井，油管的伸縮帶來的損失最大。

2.7 氣體對泵的影響。泵的充滿程度是影響泵效的主要因素之一。在生產過程中由于氣體的影響，使泵不能有效充滿，降低了泵的排量及井下效率。隨著深井泵工作時間的延長，各種磨損也隨之增加，造成深井泵的漏失，從而使泵效降低。

2.8 抽油桿彎曲及摩擦的影響。在抽油過程中，抽油桿柱有時和油管摩擦，特別是抽油桿的下部彎曲，造成有效載荷的波動，使系統效率降低。

3 有桿泵系統效率提升的方法

3.1 合理配置電機。配置電機應充分利用電機的負載能力，盡量做到使電機的負載率達到或接近最佳負載率，即在0.7～1.1之間。生產過程中，可按實測功圖采用如下公式計算光桿功率，合理選擇電機。

P光桿=（Pmax-Pmin）S·N·103/59976；式中 P光桿-光桿功率，kW；Pmax-實測最大負荷，kN；Pmin-實測最小負荷，kN；S-沖程，m；N-沖次，次/min。

3.2 采用節能設備和裝置。使用新型節能系列電機，選用高效傳動帶。采用窄形聯組帶或齒形同步帶，以克服因震動、打滑現象造成的損失。使用普通三角帶以每組5根為最佳組合。使用節能抽油機，在油井上使用的節能抽油機主要有兩種：一種是異向曲柄平衡抽油機，另一種是鏈條抽油機，這兩種油機懸點運動均勻、電機損耗小、工作電流小、效率高。使用節能控制柜，特別是ZJK智能節電控制器和Power P1anner電動機高效節能器的節能效果較好。

3.3 采用終端無功補償，提高功率因數。目前，全廠所有的抽油機自控箱都安裝了電力電容器，全部實現了對線路的無功補償，功率因數由補償前的不足0.4提高到現在的0.55左右，效果非常明顯。使用抽油機診斷技術。對抽油機井生產過程中的諸如環空液面、沉沒度、供液能力、參數匹配、平衡塊位置設置、桿柱應力、泵的充滿程度、活塞沖程、凡爾漏失、間隙漏失等因素進行綜合分析和處理，可有效地提高機械采油系統效率。

3.4 采用有桿泵智能控制系統對系統進行有效合理的控制。智能控制技術包括兩個實時概念：（1）實時監測，即采集井下動液面數據和/或示功圖的能力；（2）實時控制，即通過自動執行機構控制抽汲強度的能力。

4 有桿泵系統技術改進應用實例

前不久從勝利濱南采油廠傳來好消息，勝利采油院有桿泵助力深抽技術春節期間連干三口井，都取得圓滿成功。解決了該采油廠常規有桿泵不能滿足深抽提液要求，小排量電泵能耗高、成本大等問題，為其上產助了一臂之力。有桿泵助力深抽技術是該院采機所科研人員自主研發的一項新技術，該項技術充分借力抽油泵大、小柱塞面積差產生的向上的助推力，達到節能降耗的目的。此前該項技術已在河口采油廠、石油開發中心等單位現場應用十余口井，取得良好應用效果。此次針對濱南采油廠油藏特征和生產情況，科研人員還配套了脫接、油氣分離等技術。

截至目前，三口井都看到明顯增油效果，其中BNB665-1井實施該項技術前日產液僅0.2噸，泵效下降至12.6%，實施助力深抽提液技術，下泵深度由原來的1692米加深到2400米，日產液量穩定在每天6噸左右，日產油2.8噸，泵效達到49.5%，增油效果十分明顯。

[1]楊東輝，任遠.有桿泵深抽技術泵效提高47%[N].中國石化報，2010.

[2]杜宇恒.有桿泵深抽技術在遼河油田深井開采中的應用研究[D].北京：中國石油大學，2010.

[3]龔大利.有桿抽油系統經濟運行措施優化研究[D].大慶：大慶石油學院，2010.

[4]王延生.高氣液比有桿泵井高效舉升技術研究[D].北京：中國石油大學，2010.