抽油機井沖速對系統效率的影響

鄒洪超 楊振東 靳慶凱 黃玉晶

摘 要：抽油機--深井泵的有桿泵采油方式是國內外油田普遍采用的采油方式之一。原油開采目前普遍應用的有桿泵采油是利用電能驅動地面抽油機，通過抽油桿帶動深井泵上、下往復運動，將原油經井筒舉升至地面。抽油系統運行是一個能量不斷傳遞、轉換的過程，經過幾個環節的能量傳遞，能量消耗增大，油井系統效率降低。在保證油井具有一定產量的前提下，調整油井的沉沒度、泵徑、沖程、沖速等生產參數，提高或保持抽油井的系統效率在一定的合理范圍內，達到節能降耗，提高經濟效益目的。

關鍵詞：系統效率;沖速;輸入功率

有桿泵抽油系統效率即為井下液體舉升至地面的有效功率與抽油機輸入功率之比。有桿泵抽油系統效率分為地面和井下效率兩部分。進一步分解為電動機效率、皮帶--減速箱效率、四連桿機構效率、密封盒效率、抽油桿效率、深井泵效率、油管功率損失效率。抽油系統效率計算公式中，在有效功率（油井產量、舉升高度等）保持不變的前提下，降低抽油機輸入功率，就可以顯著提高油井系統效率，降低油井能耗，節省用電成本。

1 系統效率的影響因素分析

1.1 地面因素分析

井口：抽油機光桿不對中，造成光桿與井口偏磨或抽油桿與油管偏磨，增加抽油機的負荷;井口盤根盒過緊，增加抽油機負荷。回壓：井口溫度低，管線距離長，油稠含水低，流動阻力大，回壓升高，增加油井負荷。抽油機潤滑：抽油機減速箱、中軸、尾軸等旋轉機構需要潤滑的部位，未能按要求加注潤滑油，增加摩擦阻力，造成油井負荷增加。傳動皮帶：皮帶過松，導致皮帶輪打滑，降低傳動效率;皮帶過緊，減少皮帶使用壽命，同時會增加負荷，導致電機輸入功率上升。電機：電機功率利用率低，不是節能電機，增加油井的輸入功率。抽油機平衡度：抽油機平衡度低，上、下行電機電流差別大，油井負荷波動變化幅度大，造成電機輸入功率增大。地面生產參數：油井沖程、沖速選用不當，存在浪費電能的問題。

1.2 地下因素分析

泵、管、桿的組合：抽油泵的泵型、泵徑、下入深度選用不合理，抽油泵下入深度增加，沉沒度過大，抽油桿直徑過大，增加抽油機負荷，浪費電能。出沙結蠟：油井出沙、結蠟嚴重，增加抽油泵活塞摩擦阻力，油管結蠟嚴重，管徑縮小，增大油流阻力，增加油井負荷（見表1）。

2 輸入功率的主要影響因素分析

油井各個環節的負荷增大，都會使電機輸入功率上升，耗電量增加，噸液耗電量增大。系統效率計算公式，油井有效功率中的產液量、舉升高度，受到下泵深度，油井供液能力的限制，調整余地并不大。而油井平衡度、盤根盒松緊、皮帶松緊、抽油機潤滑、選用電機功率大小，油井沖速等方面可以調整的余地較大，也是提高抽油機井系統效率的主要工作方向。為了從中找出影響電機輸入功率增大的主要因素，通過每個影響因素調整前、后的輸入功率數據對比，找出其中的主要因素。

測量抽油機平衡度與電機輸入功率數值的變化關系：平衡度在80%時，電機輸入功率7.1kW;平衡度在90%時，電機輸入功率6.9kW;平衡度在100%時，電機輸入功率6.8kW;抽油機平衡度在100%時與80%時相比，輸入功率對比下降0.3kW。測量傳動皮帶松緊度與輸入功率變化的關系：傳動皮帶調節器位置調整到60%脹緊度時，輸入功率為6.12kW;傳動皮帶調節器位置調整到80%脹緊度時，輸入功率為6.24kW;傳動皮帶調節器位置調整到100%脹緊度時（皮帶脹緊度達到最大），輸入功率為6.33kW;傳動皮帶松緊度60%-100%時，輸入功率變化的差值為0.21kW，這一數據說明皮帶不是“越緊越好”。抽油機潤滑調整與輸入功率變化的關系：抽油機潤滑保養項目包括各潤滑點加注黃油，減速箱更換機油。潤滑保養前輸入功率6.24kW，潤滑保養后輸入功率6.19kW。潤滑保養前、后的輸入功率對比下降0.05kW。抽油機更換電機：10型抽油機使用37kW電機，輸入功率7.33kW，更換為30kW電機后，輸入功率7.12kW，輸入功率下降0.21kW。抽油機井沖速與輸入功率的變化關系：調沖速的方法采用變頻器調整頻率的大小，達到所需要的抽油機沖速。沖速調至3次/min，輸入功率為3.94kW;沖速調至4次/min，輸入功率為5.25kW;沖速調至5次/min，輸入功率為6.58kW;沖速調至6次/min（使用變頻50Hz），輸入功率為7.6kW。油井不使用變頻器，直接使用工頻（50Hz）啟動抽油機，此時抽油機沖速為6次/min，輸入功率為7.4kW。抽油機沖速由6次/min調低至3次/min，輸入功率下降3.66kW。抽油機沖速同樣是6次/min時，使用變頻器與使用工頻啟動抽油機相比，輸入功率上升0.2kW，這一數據說明，使用50Hz時，不使用變頻器，輸入功率降低，更省電。

為提高抽油機井系統效率，以降低輸入功率為目標所做的抽油機井工作狀況調整工作中，根據測試結果計算，抽油機平衡度調整后，輸入功率下降4.2%;傳動皮帶松緊度調整后，輸入功率下降3.3%;抽油機潤滑保養調整后，輸入功率下降0.8%;抽油機更換小型電機后，輸入功率下降2.9%;抽油機沖速調整后，輸入功率下降48.2%。其中抽油機沖速調整后輸入功率下降最多，所占比重最大。作業區生產井，按產量分類將油井分為A、B、C三類。A類井日產液30方以上，B類井日產液15-30方，C類井日產液15方以下。將C類井作為低效節能重點井管理，逐步摸索適合的沖次匹配。試驗結果表明，C類油井，在供液能力保持不變的情況下，沖速使用4次/min與6次/min相比，油井產量無明顯下降，比較穩定，油井輸入功率平均下降2.6kW，系統效率由18.6%提高至24.3%。

3 結論

根據測試結果得出結論，抽油機井沖速由高到低調整后，輸入功率下降最為明顯，抽油機井沖速的變化，是輸入功率的主要影響因素。除按照“五率”要求，保養維護抽油機，使其處于最佳運行狀態。在保障油井產量穩定的同時，適當下調抽油機沖速，可以大幅度降低輸入功率，提高系統效率，節省單井耗電量，降低噸液耗電成本。如需使用工頻50Hz生產時，應使用工頻直接驅動電機，如使用變頻器將頻率調至50Hz驅動電機，會增加耗電量，同時變頻器長期超頻使用，會增加變頻器故障率，減少變頻器使用壽命。