影響抽油機系統效率因素分析與改進措施效果

曲春蕾

【摘 要】通過對孤島采油廠采油三礦抽油機井耗能情況進行詳細的分析，找出了影響系統效率的諸因素。在做好參數優化工作的同時，針對影響系統效率的主要因素，將油藏與工程、地面與地下有機結合起來，積極采用國內外成熟有效的新工藝、新技術，進一步提高了抽油機井系統效率。

【關鍵詞】抽油機井；系統優化；系統效率；措施效果

抽油機井系統效率是指提高抽油機井機采系統效率工作具有增產降耗、延長系統使用壽命、降低操作成本等作用，是采油工程主要技術指標。

一、抽油機系統效率影響因素分析

1.1 抽油機工作狀態和載荷特性對系統效率的影響

抽油機的傳動系統從動力端到懸點，一般經過減速、換向兩個階段，如果換向機構的輸入轉速與懸點運動周期的比等于1，如現在廣泛使用的游梁式抽油機，則減速系統的傳動比就較大，要實現低沖次就較為困難。然而在油藏開發中后期，二類儲量動用程度不斷上升，油稠造成摩擦阻力增大，稠油井需要低沖次運行來提高泵效和降低能耗，游梁式抽油機不經過改造和其它配套很難實現低沖次。

1.2 電動機的工作特性對系統效率的影響

電動機是油田抽油機井的主要動力設備，也是油田主要的耗能設備之一，機采系統的耗電量最終也體現在電動機耗電上。對電機的節能效果的要求越來越高，電動機及其相關改造是提高機采系統效率項目中不可回避的問題。

電機的負載率及功率因數越低，電動機的效率越低。

二、提高抽油機系統效率的措施

2.1 應用新型抽油機

2.1.1 應用小型抽油機

由于目前油井供液能力比較強，導致油井的負荷較輕，大部分油井負荷都在60kN以下，采用6型抽油機就能維持油井的正常生產。而采油廠大部分抽油機是8型以上的大抽油機，而且老化比較嚴重。為此，孤島采油廠加大了抽油機更換力度，根據油井負荷情況，將負荷小的普通抽油機更換為6型抽油機。6型機采用雙驢頭結構，上沖程平衡扭矩大，下沖程平衡扭矩小，從而更好的與驢頭負荷相匹配，降低電機負荷扭矩波動量，使負荷扭矩更平穩，達到節能降耗的目的。

2.1.2 應用異相型游梁式抽油機

異相型抽油機具有峰值扭矩低、所需電動機功率低等特點，運轉時平衡效果較好。其中25口測試井中，平衡度在85%以上的占62%，高于其它類型游梁機。通過與相同井況使用的常規機相比，異相型游梁機在同樣井況下動載小，減速器所需扭矩小，平衡效果好，異相型抽油機的系統效率比常規型機高2.5%～4%。

2.1.3 應用無游梁式抽油機

目前采油廠常用的無游梁式抽油機主要是皮帶式抽油機，其中勝利油田設計的皮帶機有9臺，占抽油機總數的0.41%。

勝利皮帶機采用長沖程、低沖次，減少了沖程損失，由于其懸點運動的勻速克服了游梁機高速時的供液不足現象，提高了泵的充滿系數，同時改善了井下管柱的載荷狀況，延長了油井免修期，提高了油井利用率。

2.2 應用新型電機

2.2.1 應用永磁同步電機

稀土永磁電動機是一種新型節能電機，其轉子主要由稀土永磁體構成，所以不用勵磁，從而省去了勵磁功率，當永磁同步電動機同步運轉時，轉子既無銅耗，又無鐵耗，提高了效率，降低了耗損，因無功功率很小，其功率因數很高。

根據電機學原理，異步電機的轉速不可能等于氣隙內旋轉磁場的同步轉速，原因在于必須在轉子繞組內產生感應電動勢和感應電流，從而產生電磁轉矩。為使轉子繞組上有電流流過，除感生方式外，也可以采用傳導方式，即同步電機轉子產生電流的方法。為建立機電能量轉換所需的磁場，電動機的磁路需要一定的磁勢源進行勵磁，有電勵磁和永磁兩種方式，前者需外接電源供給能量進行勵磁，如交流勵磁電動機和一部分同步電動機；后者是采用永磁材料的固有特性，經預先磁化后不需外加能量就能建立起永久磁場，這就是同步永磁電機（圖1、圖2）。

抽油機用永磁同步電機具有體積小、重量輕、結構簡單、起動力矩大、過載能力強、效率高、功率因數高、運行穩定等優點。同普通電機相比具有以下特點：

效率高：采用永磁材料代替電勵磁，減少了勵磁損耗；采用同步工作方式，轉子與定子旋轉完全同步，無轉差率損耗（普通電機轉差率2%～5%，高轉差率電機8～12%）；普通電機額定效率為90%，永磁同步電機額定效率可達94%，經優化設計使高效區得到延寬，可大幅度提高整個沖程內的平均運行效率，平均效率一般可提高12%以上。

功率因數高：永磁電機的功率因數通過轉子永磁體磁場決定，因此可獲得較高的功率因數，可以達到0.90，輕載時還高于此值，一般運行在0.9以上，無功節電效果相當顯著。到2018年11月底，共在采油管理三區抽油井上安裝18臺，單井日節電36.2kWh/d，系統效率提高2.9%。

2.4 應用變頻節能裝置

當油井供液不足或是熱采井轉周中后期，泵效就開始明顯衰減，系統效率減低。游梁式抽油機的啟動電流為其正常工作時最大電流的5～6倍，而變頻調速后抽油機啟動電流接近抽油機正常工作時的最大電流，功率因數由使用游梁式抽油機時的0.3～0.5上升到0.95以上。

軟啟動功能。應用變頻調速技術對抽油機實現軟啟動，啟動平穩，啟動電流大幅度降低。啟動抽油機時，速度可以從零慢慢升至給定速度，時間長至120秒，啟動電流不超過電機的額定電流，這樣可提高電機負載率。降低無功功率。目前在采油管理三區10口供液不足的油井安裝了變頻裝置，電機功率因數在0.95以上，平均單井節電60Kwh，提高系統效率15%以上，效果非常顯著。

三、措施效果分析

調查表明，采油管理三區抽油機井系統效率由2016年的26.0%提高到2018年的30.2%。通過系統效率優化，累計年節電220萬KWh；由于生產系統協調運作，單井平均檢泵周期延長30天減少作業22次，節約作業成本220萬元；由于采油時率延長，油井的有效生產時間可以延長110天，累計多產油396t。通過對油井進行系統化優化，提高油井系統效率，實施地面管理工作將油井平衡度提高15%，對比去年同期節省電量3.46萬kwh。

同時，提高機械采油的技術管理水平，使抽油機井機采系統效率顯著提高，設備配套能力增強，同時減少作業井次，節約成本，同時保持較高時率，減少作業占產，有很好的推廣應用價值。同時探索出一條系統的、成熟的提高機采系統效率配套技術為其他區塊的類似改造提供成熟、有效的配套技術和管理運行經驗。

【參考文獻】

[1]趙華，畢新忠等，抽油機井系統效率測試及應用研究 石油和化工節能 2010.1

[2]梁爽等，抽油機系統能量損失因素分析與降耗措施《中國科技博覽》2014年 第6期

[3]國家發展和改革委員會.SY/75264-2006.油田生產系統能耗測試和計算方法.北京：石油工業出版社，2006.