高含水期機采系統效率提升對策探究

宋先龍

摘要：抽油機井升舉過程是一個能量不斷轉化和傳遞的過程，在每一次轉化和傳遞中都將損失一部分能量。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，該有效能量與系統輸入能量的比值稱為抽油機井系統效率。抽油機井系統效率是衡量油井工作水平的重要因素，也是一項反映油井工作效率和用電損耗的重要指標。提高抽油機井系統效率已經成為油田節能降耗、降低生產成本、提高經濟效益的一個重要途徑。

關鍵詞：機采系統效率；地面因素；井下因素；結構分析；對策

針對機采系統效率偏低的現狀，結合目前提高抽油機井系統效率的措施和方法，從地面和井下兩個部分論述了提高抽油機系統效率的重要性和必要性，分析了油田抽油機井系統效率低的原因和影響系統效率的主要因素及系統效率的分布規律。最后，提出了提高抽油機系統效率的有效途徑。

1 抽油機井系統效率的組成

根據抽油機系統工作特點，可將抽油機井的系統效率分為地面和井下兩部分。系統效率的計算公式為：

式中：K—有效載荷系數；η1—電動機效率，%；η2—皮帶效率，%；η3—減速箱效率%；η4—四連桿機構效率，%；η5—盤根盒效率，%；η6—抽油桿效率，%；η7—抽油泵效率，%；η8—管柱效率，%。

2 影響機采系統效率因素分析

2.1 影響地面系統效率因素分析

影響抽油機系統效率的地面部分設備主要有電動機、皮帶、減速箱和四連桿機構，各部分的能量損失不同。1）電動機：電動機效率與電動機類型、電動機質量、抽油機平衡、電動機匹配、電動機老化等有關。其中電動機類型、電動機的匹配和抽油機的平衡度是影響電動機效率的主要因素。2）皮帶：采用三角皮帶傳動時，由于彈性方面的原因，產生彈性變形能量損失，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。皮帶傳動效率與皮帶松緊、兩輪對正度、輪軸同心度有關，其中皮帶松緊度是影響皮帶傳動效率的最重要因素。3）減速箱：減速箱中一般有三對人字齒輪，齒輪在轉動時，相齒合的齒面間有相對滑動，因此就要發生摩擦，產生能量損失，同時，三副軸承也要產生摩擦損失。影響減速箱效率的主要因素是齒輪及軸承的潤滑度。一般出問題少，對機采系統效率影響較小。4）四連桿機構：在抽油井四連桿機構中共有三副軸承和一根鋼絲繩，四連桿機構效率與軸承摩擦力損失及驢頭鋼絲繩變形損失有關。因此軸承是否潤滑，鋼絲繩的變形程度大小是影響四連桿效率的主要因素，因采油隊一般都實施了嚴格的保養制度，所以出問題少，對機采系統效率影響較小。5）抽油機平衡：平衡率較差時，電動機會在沖程周期運行的某一時間段出現做負功（即發電）現象，根據電能→機械能→電能的轉化過程，轉化效率只有50%，即電動機做1 kWh負功，電網系統需要消耗2 kWh。抽油機平衡是影響電動機效率，進而影響系統效率的主要因素。

2.2 影響井下系統效率因素分析

影響抽油機系統效率的井下部分設備主要有盤根盒、抽油桿、抽油泵和管柱，各部分的能量損失。1）盤根盒：盤根盒過緊、井口偏中會造成懸點載荷增加，磨阻增大，效率降低。影響盤根盒效率主要因素是盤根盒的松緊度以及驢頭井口對中程度。2）抽油桿傳動：井斜、抽油桿及油管彎曲會造成抽油桿磨阻增加，能耗增大。沖程、沖速、泵徑匹配不合理，桿速增加，也會造成傳動效率下降。沖程、沖速、泵徑匹配不合理和抽油桿及油管的彎曲是影響抽油桿轉動效率的兩個主要因素。3）抽油泵：抽油泵功率損失主要包括機械摩擦損失功率、抽油泵容積損失功率和抽油泵水力損失功率。抽油泵機械摩擦損失功率及水力損失功率由泵的結構等決定，在黏度不高的情況下一般很小，抽油泵效率與泵充滿系數（即通常說的泵效）

密切相關，也與泵的漏失量密切相關，影響抽油泵效率的主要因素是泵效及漏失量，在供液不足的油井中，泵的充滿系數與生產參數密切相關。4）油管柱：管柱效率損失包括容積損失和原油沿油管流動引起的功率損失（即水力損失）組成，在管柱不漏的情況下，影響管柱效率的主要因素是泵掛深度、原油黏度、結蠟程度等。

3 提高抽油機系統效率的有效途徑

提高系統效率主要有兩個方面，即提高地面系統效率和提高井下系統效率。

3.1 提高地面系統效率的途徑

地面系統效率主要由電動機效率、抽油機效率組成。提高地面系統效率也就是提高電動機效率和提高抽油機效率，提高地面部分系統效率的流程。

3.1.1 提高電動機效率

目前抽油機井使用的部分電動機能量損耗仍然較高，而且配置的額定功率遠大于抽油機實際輸入功率，存在“功率不匹配”現象，造成負載率和功率因數偏低，無功功率偏大是影響電動機效率的重要因素。1）合理匹配電動機。普通三相異步電動機一般在負載率85%時效率最高，電動機的負載率及功率因數越低，電動機的效率越低。對于電動機匹配不合理、大馬拉小車的現象，若有針對性地進行更換小電動機工作，可降低電動機運行無功功率，降低電動機空載運行有功功率，提高電動機功率因數，降低有功耗能提高效率。系統效率隨著電動機功率利用率的提高而提高。2）應用高效電動機Y系列三相異步電動機在額定功率的85%運行時，效率和功率因數呈現最大值，而當負載降低時效率和功率因數都隨之下降，能耗隨之增大。抽油機的扭矩特點是波動較大，且存在負扭矩，因此Y系列電動機經常不在最佳狀態下運行。高效節能電動機在較寬的載荷率下工作效率較高，在低負載率時效率較高，具有啟動扭矩大，功率因數高的特點。3）提高抽油機平衡度。抽油機運行不平衡，會造成電動機運行電流和功率因數波動過大，甚至造成電動機在沖程某一階段出現負功現象，造成不必要的電耗。抽油機平衡度調整的最終目的有兩個，一是保證抽油機安全運行，二是節能。通過調整平衡塊重心的位置，使上沖程與下沖程消耗電能近似相等，達到最節能的效果。

3.1.2 提高抽油機效率

1）推廣應用高效抽油機。使用皮帶式抽油機。該機沖程長，沖速小，泵的充滿系數高。而且皮帶具有吸收震動的作用，換向平穩，沖速慢，所以機泵慣性載荷、動載荷小。使用雙驢頭抽油機。同常規型抽油機結構基本一樣，但將曲柄上的平衡重轉到另一側的驢頭上，載荷的周期性變化小，電動機匹配小，節能效果好。2）強化抽油機保養，降低機械摩擦損耗。在能量傳遞過程中，抽油機的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，是提高抽油機效率的重要方面。主要包括電動機、抽油機、井口各運動摩擦部位的潤滑、校偏、皮帶輪“四點一線”、皮帶松緊調整及更換磨損嚴重變速箱等。

3.1.3 優化沉沒度。沉沒度對泵效及系統效率影響很大，沉沒度過大造成抽油機上下行程懸點載荷增加，磨阻增大，管柱效率降低，地面能耗增加；沉沒度過小會降低泵效。泵掛深度變化時，油井產液量隨下泵深度的增加，有先上升后降低的規律。沉沒度過大，不但對提高產量無益，反而會增加懸點載荷，增大電動機負荷，降低系統效率，在現場生產中當動液面確定時，沉沒度的選擇直接決定泵掛深度，因此，合理選擇沉沒度對油井系統效率的提高十分重要。

參考文獻

1.馬春玲，王艷豐，鄭慧娟.抽油機井系統效率的管理因素分析[J].石油石化節能，2016，2（2）：31-32.endprint