油井系統效率提升配套工藝技術與應用探討

楊彬　孫榮　蘭華政　王洪　衛時剛

摘 要：抽油機井系統的功率損失分布于八個環節之中。由于油藏構造的復雜性、地層的非均質性和污染程度的不同，往往不能準確地預測油井產能。機采井的系統效率是機采井能源利用水平的主要指標。對以機采井為主要生產方式的油田而言，實現降本增效的一個重要的途徑就是提高機采井的系統效率。國內外研究資料表明：抽油機井系統效率的理論上限為49%，理論下限41%。通過應用節能減速裝置、電泵轉抽、參數優化，合理沉沒度等措施提高了機采井的系統效率，對油田節能降耗具有一定的借鑒作用。

關鍵詞：機采井；系統效率；節能減速；參數優化；合理沉沒度

降低抽油井的能耗，唯一的途徑就是提高油井的系統效率。通過改進電機的性能，提高效率；利用變頻技術，降低耗電量；使用新型抽油機，提高傳動效率等。通過地面技術水平的提高和制定合理工作制度，充分利用現有資源，提高油井的系統效率。

1 系統效率影響因素

抽油機井能量傳遞分為地面和地下多個環節，以光桿懸繩器為界，可將系統分為地面和井下兩部分。地面部分又可細分為電機、減速箱及皮帶、四連桿四環節；井下部分可細分為密封盒、抽油桿、抽油泵、管柱四部分，地面井下共八部分，抽油機井系統的功率損失分布于八個環節之中。由于油藏構造的復雜性、地層的非均質性和污染程度的不同，往往不能準確地預測油井產能。有些油井受注采關系的影響，投產后能量下降很快；有些井注水見效，產能又有所回升。這些動態變化都造成了一些油井供排關系的不協調，出現高沉沒度或供液不足的現象，很大程度上影響著油井機采系統效率。

2 新技術應用與效果

2.1 永磁電機

永磁電機與普通三相異步電動機相比，不需要無功勵磁電流。可以顯著提高功率因素。通過減少定子電流和定子電阻損耗，電機效率提高2-8%。永磁電機在25-120%額定負荷范圍內，均可保持較高的效率和功率因素。高效高起動轉矩同步電機比普通感應電機的起動扭矩大50-100%。可以代替大一號電機座號，節電率在20%左右。在5口井上進行試驗，功率因素提高0.44，系統效率提高4%。在實際使用中，電機的功率降低一個等級，功率因素普遍較高。

2.2 變頻調速技術

變頻調速技術是通過改變電流的頻率，實現電機轉速的改變。現在采用的變頻裝置是由整流器和逆變器組成。整流器先將50赫茲的交流電變成直流電，再由逆變器變換成頻率可調的三相交流電。由于變頻器可實現低速、輕載啟動，因此降低電機的匹配功率，提高功率因素。變頻柜地使用，可由普通電機代替調速電機，較好地解決了電磁調速電機效率低地原因。2016年試驗12口井，節電率21%。功率因素提高0.3，系統效率提高9.2%。變頻柜代替普通自控箱，如果使用普通電機替代電磁調速電機，沖數低的井效果明顯。沖數高于6次，效果較差。如果用電磁調速電機替代普通電機，則無效果。因此，變頻技術主要在低沖數井上使用普通電機替代電磁調速電機效果明顯。

2.3永磁電機和變頻技術結合使用

稠油熱采區塊原油粘度高，采用電熱桿、空心桿、和雙泵等采油工藝，沖數都在4次以下。在一個蒸汽吞吐周期的生產過程中，抽油機負荷和沖數變化較大。使用37KW調速電機，雖然實現了無級調速，但由于匹配功率較大，造成系統效率低。電機的功率因素低、效率低，造成整條線路的電壓降大，影響油井正常生產。采用變頻柜實現電機無級調速，降低電機的匹配功率；采用永磁電機，提高功率因素和啟動扭矩，單井系統效率大幅度提高。目前已使用13臺，平均節電36.5%，功率因素提高0.435，系統效率提高10.2%。其缺點是負荷較大井，30KW永磁電機無法正常生產，對于抽油機卸載也有一定的困難。

2.4 機械調速

通過變速箱降低電機輸出轉速，電機啟動扭矩降低，電機匹配功率減少，提高電機的負載率。由此提高電機的效率。現場使用中，可以用17KW的電機代替55KW電機，節電42%，功率因素提高0.4，系統效率提高8.02%。在該技術使用前，對于供液差的砂河街井，由于泵掛深，負荷重，都使用12型抽油機，匹配55KW普通三相異步電動機或37KW電磁調速電機，耗電量大，功率因素低。不僅單井系統效率低，也造成整個電網的線損增加。對于低液量、低粘度的油井，因為使用電磁調速電機的低效率和大功率三相異步電動機，造成電機效率低，整條線路的功率因素低。使用DCJ系列電機后，節電效果極為明顯。但由于無法實現無級調速，在稠油井的使用中受到一定的限制。

2.5無游量式抽油機的使用

游量式抽油機井系統效率低的主要原因，是四連桿旋轉運動造成電機負荷的不均勻性。而無游量式抽油機解決了該問題。無游量式抽油機在上下沖程中，抽油機負荷是光桿負荷和平衡配重的差，基本是穩定。這樣電機輸出的扭矩是衡定的。因此電機效率較高。目前使用的生產皮帶抽油機和智能滾筒式抽油機，節電效果較好，平均單井日節電115度，節電率60%。無游量式抽油機的缺點是沖數低、理論排量低。適合于稠油、低液量井。

3 結論

1）永磁電機取代普通電機，可以提高單井的系統效率。同時功率因素的提高，降低電網的線損。油井的沖數超過5次后，應用永磁電機，投入少，效益高。2）通過變頻技術實現沖數的無級調節，配備普通電機，低沖數時效果更好。配備永磁電機，效果好于普通電機。適用于稠油井，特別是低沖數井，大幅度提高油井的系統效率。3）機械變速，適用于低沖數、光桿不緩下的油井。投入較小，節電效果好。4）無游量式抽油機節電效果明顯，適用于稠油、低液量井。新投產的稠油井優先選用無游量式抽油機。低液量、泵掛深的油井亦可采用無游量式抽油機。但不適用于供液較好的油井。

參考文獻：

[1]趙玉波. 抽油機井提高系統效率方法探討[J]. 石油石化節能. 2016（05）

[2]鄭海金，鄧吉彬. 抽油機井系統效率潛力評價與分布規律研究[J]. 節能技術. 2015（02）