抽油機井系統效率提升探討

閆靜（大慶油田有限責任公司第二采油廠）

1 系統效率的影響因素

抽油機抽汲工作時， 就是一個能量不斷傳遞和轉化的過程， 能量每一次傳遞和轉化都將有一定的損失。從地面供入系統的能量扣除各種損失后， 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。以光桿、懸繩器為界，對抽油機井系統能耗進行節點分析，其分為地面及地下兩部分。地面部分有皮帶、減速箱、四連桿、電動機4 個節點，地下部分有盤根盒、抽油桿、管柱、抽油泵4個節點。

系統效率只取決于損失功率與輸入功率之比，即在輸入功率一定的情況下，損失功率越大，系統效率越低；反之，系統效率就越高。因此，要提高系統效率，就要減少有桿抽油系統各部分的功率損失，進而提高各節點的效率。

東北石油大學王素玲教授曾對抽油機各部分效率與系統效率的關系進行了研究。研究結果表明，抽油機運行過程中，電動機效率、抽油泵效率、抽油桿效率及管柱效率損失率相對較高，是影響系統效率的主要因素（表1）。

1）電動機效率。電動機輸出功率與輸入功率的比值為電動機效率。一般電動機銘牌上標注的電動機效率是在負載率高于60%的情況下的數據。主要功率損失包括控制箱性能單一，缺少電容補償、生產參數自動調節等功能。由于電動機功率因數低，無法滿足抽油機運行參數的調整，致使抽油機參數不合理。普通電動機運行時，因其功率因數比較低造成供電線路的無功損耗增加，或電動機經過多次維修后絕緣等性能變差，使得電動機效率變差。

2）抽油泵效率。其主要的功率損失為抽油泵柱塞與襯套之間的摩擦損失、泵漏失損失（又稱容積損失），原油流經泵閥時由于水力阻力引起的功率損失（又稱水力損失）。

3）抽油桿效率。其主要的功率損失為抽油桿與油管的摩擦損失、抽油桿與液體之間的摩擦損失、桿柱彈性伸縮損失。

4）管柱效率。其主要的功率損失為油管漏失損失、液體與油管內壁產生的摩擦損失、油管彈性伸縮損失。

表1 抽油機各節點能耗狀況理論分析結果

2 各部分效率與系統效率的關系

2.1 電動機效率與系統效率

選取5 口抽油機井，統一應用高轉差節能型電動機[1-6]，應用前后分別進行電能參數測試，2012年機采井應用節能設備效果見表2。其中，電動機效率提高21.9個百分點，系統效率提升6.5個百分點，單井日節電20.8 kWh，效果明顯。

表2 2012年機采井應用節能設備效果

2.2 抽油泵效與系統效率

選取低沉沒度井，通過套管灌水間隔固定時間進行測試，繪制抽油機井泵效、沉沒度、系統效率三者關系曲線[7-8]。測試結果表明，隨著抽油機井沉沒度的逐漸升高，泵效升高，系統效率提高；當沉沒度達到一定高度時，泵效達到高值，系統效率最高；當沉沒度繼續升高時，泵效保持穩定，系統效率開始下降，抽油機井沉沒度、泵效、系統效率關系曲線見圖1。隨后對全區抽油機井進行統計分析，統計分析結果與試驗結果相符，抽油機井沉沒度調整在200～300m，系統效率最高，能效利用率最高，抽油機井不同沉沒度分級下泵效、系統效率統計見表3。

圖1 抽油機井沉沒度、泵效、系統效率關系曲線

表3 抽油機井不同沉沒度分級下泵效、系統效率統計

2.3 抽油桿、管柱效率與系統效率

影響桿管效率主要因素是摩擦阻力。通過大量作業井跟蹤及數據分析，發現結蠟井驢頭交變載荷大、電流高，反映出來的問題是桿管摩阻大。抽油機井熱洗是為了防止原油中的蠟在油管壁上附著、聚集，影響油井生產而采取的一種利用熱介質加熱井筒進行化蠟的措施，可以減輕抽油機井下桿管的摩擦。對10 口結蠟井進行數據跟蹤，并將其與作業后桿管清潔狀態下測試數據進行對比（表4）。比對結果表明，測試電流下降6 A，交變載荷下降15 kN，單井日節電13.5 kWh。

表4 10口結蠟井結蠟前后測試數據對比

2.4 四連桿機構效率與系統效率

除上述主要影響因素外，還對抽油機四桿機構與系統效率關系進行了實驗分析。通過四連桿的優化設計和抽油機平衡方式的完善來改變抽油機曲柄軸凈扭矩曲線的形狀和大小，使其波動平坦，減少負扭矩，從而減小抽油機的周期載荷系數，提高電動機的工作效率，達到節能的目的。 選取不同機型、不同產液級別的5 口抽油機井進行試驗。在平衡塊可調整區間，等距離選取6 個點作為平衡重心半徑，再依據試驗得出的數據繪制單井日耗電量與平衡率[9]的關系曲線。由圖2 可知，平衡率在88%～93%日耗電量最少。

圖2 機采井日耗電量與平衡率關系曲線

3 生產實際調整情況

依據上述分析意見，對某區塊抽油機井進行生產調整。

3.1 提高電動機效率

更換節能電動機30 臺，措施井系統效率提高4.07個百分點，累計節電6.57×104kWh。

3.2 提高抽油泵效率

轉型8口井，措施井系統效率提高4個百分點，累計節電10.04×104kWh；抽油機井檢換小泵12 井次，螺桿泵檢換小泵1 井次，措施井系統效率提高3.62 個百分點，累計節電0.87×104kWh；參數調整281 井次，其中間抽225 井次、參數調小45井次、電泵縮油嘴0 井次、螺桿調小轉速11 井次，措施井系統效率提高2.59個百分點，累計節電17.81×104kWh。

3.3 其他措施

合理安排洗井周期，平均電流下降1.5 A，系統效率提升0.52個百分點，累計節電4.3×104kWh。

地面平衡調整95 井次，措施井系統效率提高0.23個百分點，累計節電2.28×104kWh。

4 結論

抽油機電動機效率、抽油泵效率、抽油桿效率及管柱效率為影響系統效率的主要因素。抽油泵效率優化上，可以通過參數調整、管柱調整等措施調整供排關系，將沉沒度調整至200～300m，系統效率最高，能耗效率最高。合理安排洗井周期，可以降低抽油機運行電流，降低交變載荷，從而降低桿管摩擦阻力，進而提升桿管效率，提升系統效率。地面平衡調整、盤根調整雖然對系統效率影響占比較小，但仍是不可忽視的部分，依然存在較大節能潛力。