抽油機(jī)地面效率現(xiàn)狀調(diào)查與分析

李敏 王文秀 秦曉東 趙志民 張召德

（大港油田公司第四采油廠 天津 300280）

1 概述

根據(jù)抽油機(jī)系統(tǒng)工作的特點(diǎn)，要將抽油機(jī)系統(tǒng)的效率分為兩部分，即地面效率和井下效率。以光桿懸繩器為界，懸繩器以上的機(jī)械傳動效率和電機(jī)運(yùn)行效率的成績?yōu)榈孛嫘?；懸繩器以下到抽油泵，再由抽油泵到井口（包括回壓）的效率為井下效率。要想提高整個抽油機(jī)系統(tǒng)效率，必須針對影響抽油機(jī)系統(tǒng)效率的主要因素，從提高油井井下效率、地面效率入手。全面提高機(jī)采井系統(tǒng)效率是不斷降低油井運(yùn)行能耗，改善油井生產(chǎn)工況，進(jìn)而提高油井開發(fā)效益的有效技術(shù)手段，是提高油田工作水平的一個重要方面，同時這也符合大港油田可持續(xù)發(fā)展的實(shí)際需要。

2 定義及影響因素

應(yīng)用有桿抽油系統(tǒng)的目的是將地面的電能傳遞給井下液體，從而舉升井下液體。整個系統(tǒng)工作時，就是一個能量不斷傳遞和轉(zhuǎn)化的過程，在能量的每一次傳遞時都將損失一定的能量，從地面供入系統(tǒng)的能量扣除系統(tǒng)的各種損失以后，就是系統(tǒng)所給液體的有效能量。這一為將液體舉升至地面的有效做功能量與系統(tǒng)輸入能量之比值即為抽油機(jī)系統(tǒng)效率。

抽油機(jī)的輸入功率（P入）

拖動抽油機(jī)的電動機(jī)的輸入功率為抽油機(jī)的輸入功率。

抽油機(jī)的光桿功率（P光）

光桿提升液體和克服井下各種阻力所消耗的功率為抽油機(jī)的光桿功率。

抽油機(jī)系統(tǒng)的有效功率（P水）

在一定的揚(yáng)程下，將一定排量的井下液體提升到地面所需要的功率叫有效功率，也叫水功率。

光桿功率與電動機(jī)輸入功率的比值就是地面效率，地面部分能量損失發(fā)生在電動機(jī)、皮帶和減速箱、四連桿機(jī)構(gòu)中，因此，通過對電機(jī)和抽油機(jī)的合理優(yōu)化，可以提高地面效率。

3 現(xiàn)狀調(diào)查

對大港油田采油四廠101臺抽油機(jī)進(jìn)行調(diào)查與測算。在101臺抽油機(jī)中，有常規(guī)抽油機(jī)12臺，復(fù)合平衡抽油機(jī)21臺，下偏杠鈴抽油機(jī)52臺，雙驢頭11臺，皮帶機(jī)5臺，平均地面效率為68.66%。其生產(chǎn)廠家為大港中成、蘭州石化、蘇州吳縣、新苑科技、勝利高原、大港長虹、大港億州；所配備的電機(jī)主要為高轉(zhuǎn)差、永磁電機(jī)。

不同類型抽油機(jī)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

由上表可以看出，我廠下偏杠鈴抽油機(jī)較多，占總臺數(shù)的51.5%，其次為復(fù)合平衡抽油機(jī)和常規(guī)抽油機(jī)，雙驢頭和皮帶機(jī)所占比例較少，其中下偏杠鈴抽油機(jī)的地面效率相對較高，常規(guī)抽油機(jī)較低。從地面效率和系統(tǒng)效率綜合上來考慮，下偏杠鈴型抽油機(jī)也最為占優(yōu)。

4 不同類型抽油機(jī)地面效率分析

4.1 常規(guī)抽油機(jī)

我廠常規(guī)抽油機(jī)有12臺，是由3個不同廠家生產(chǎn)的4種不同沖程抽油機(jī)，平均地面效率為66.25%（具體見下表），其中地面效率最大的是由蘇州市吳縣石油機(jī)械廠生產(chǎn)的4.8米沖程12型抽油機(jī)且配置三相永磁同步電動機(jī)。從地面效率和系統(tǒng)效率綜合上來考慮，這種配置的平均效率也較高。

序號 臺數(shù) 沖程 類型 生產(chǎn)廠家地面效率臺數(shù) 類型電機(jī) 系統(tǒng)效率113.312型 蘭州石油化工機(jī)械廠 1 三項(xiàng)永磁同步 12.0356.01233.612型 蘭州石油化工機(jī)械廠2 三項(xiàng)永磁同步 39.5774.21 三相超高轉(zhuǎn)差率 33.0755.211 三相超高轉(zhuǎn)差率 8.5944.611 三相異步電動機(jī) 10.4574.571 三項(xiàng)永磁同步 36.3677.4243612型 中成機(jī)械制造有限公司 3 稀土永磁三相同步 24.0272.3352614型 中成機(jī)械制造有限公司 2 三相異步電動機(jī) 26.6661.39合計(jì) 1225.666.25334.812型 蘇州市吳縣石油機(jī)械廠

4.2 復(fù)合平衡抽油機(jī)

我廠復(fù)合平衡抽油機(jī)有21臺，均為大港油田中成機(jī)械制造公司生產(chǎn)的6米沖程抽油機(jī)，平均地面效率為67.16%（具體情況見下表）。由下表可以看出，地面效率最大的是6米沖程12型抽油機(jī)且配置三相異步電動機(jī)的。但是從系統(tǒng)效率與地面效率綜合考慮6米沖程12型抽油機(jī)配置三相超高轉(zhuǎn)差率電動機(jī)的占優(yōu)。

序號 臺數(shù) 沖程 類型 生產(chǎn)廠家 電機(jī) 系統(tǒng)效率1 三相異步電動機(jī) 26.4179.314 三相超高轉(zhuǎn)差率 37.7570.239 稀土永磁三相同步 27.861.331 三項(xiàng)永磁同步 10.9369.5826614 大港油田中成機(jī)械制造 5 三相異步電動機(jī) 30.9873.631 稀土永磁三相同步 9.1355.19合計(jì) 2121 - 29.4167.16臺數(shù) 類型115612 大港油田中成機(jī)械制造地面效率

4.3 下偏杠鈴抽油機(jī)

我廠下偏杠鈴抽油機(jī)有52臺，除板南3-1K的抽油機(jī)是由新世紀(jì)制造有限公司生產(chǎn)的外，其余51臺都由天津新苑科技生產(chǎn)的5米沖程12型抽油機(jī)，平均地面效率為70.12%（具體情況見下表）。由下表可以看出，平均地面效率最大的是由新世紀(jì)機(jī)械制造有限公司生產(chǎn)的6米沖程12型且配置稀土永磁三相同步電機(jī)。從系統(tǒng)效率與地面效率綜合考慮最優(yōu)的配置是由天津新苑科技生產(chǎn)的5米沖程12型且配置三項(xiàng)超高轉(zhuǎn)差率電機(jī)。

序號 臺數(shù) 沖程 類型 生產(chǎn)廠家 電機(jī) 系統(tǒng)效率地面效率臺數(shù) 類型4 三相異步電動機(jī) 22.6464.5636 三相超高轉(zhuǎn)差率 30.5571.4610 三項(xiàng)永磁同步 28.1967.321 稀土永磁三相同步 / 70.2521612 大港油田中成機(jī)械制造 1 稀土永磁三相同步 21.7379.94合計(jì) 5229.3670.12151512 大港油田中成機(jī)械制造

4.4 雙驢頭抽油機(jī)

我廠雙驢頭抽油機(jī)有11臺，均為5米沖程，9臺由大港油田中成機(jī)械制造生產(chǎn)的12型，1臺由大港油田長虹修造公司生產(chǎn)的14型，1臺大港憶州石油機(jī)械生產(chǎn)的CYJS型，平均地面效率為66.65%（具體情況見下表），可以看出，平均地面效率最大的是由大港油田憶州石油機(jī)械公司生產(chǎn)的5米沖程CYJS型抽油機(jī)且配置三相超高轉(zhuǎn)差率電機(jī)。從系統(tǒng)效率與地面效率綜合考慮，我們認(rèn)為由大港油田中成機(jī)械制造生產(chǎn)的5米沖程12型且配置三項(xiàng)永磁同步電機(jī)的最優(yōu)。

序號 臺數(shù) 沖程 類型 生產(chǎn)廠家 電機(jī) 系統(tǒng)效率地面效率臺數(shù) 類型2 三相異步電動機(jī) 19.9160.685 三相超高轉(zhuǎn)差率 35.1963.952 三相永磁同步 39.4370.91215 CYJS 大港油田憶州石油機(jī)械 1 三相超高轉(zhuǎn)差率 33.2974.5131514 長虹修造 1 三相超高轉(zhuǎn)差率 37.7666.48合計(jì) 1133.6466.6519512 大港油田中成機(jī)械制造

4.5 皮帶機(jī)

我廠的5臺皮帶機(jī)，均由中美合資東營勝利高原有限公司生產(chǎn)，都為7米沖程，電機(jī)都為三項(xiàng)異步電動機(jī)，平均地面效率為69.79%（見下表），從地面效率和系統(tǒng)效率上綜合來看，這種配置的平均效率都較高。

臺數(shù) 沖程 類型 生產(chǎn)廠家地面效率臺數(shù) 類型電機(jī) 系統(tǒng)效率57中美合資東營勝利高原 5 三相異步電動機(jī) 25.2569.79

5 結(jié)論

通過對101臺抽油機(jī)地面效率的調(diào)查分析，我們可以得出以下結(jié)論：

5.1 單純從地面效率來看，我廠5種類型的抽油機(jī)中，下偏杠鈴型抽油機(jī)的地面效率最高，其次為皮帶機(jī)、復(fù)合平衡抽油機(jī)及雙驢頭，常規(guī)抽油機(jī)最低。

5.2從地面效率和系統(tǒng)效率綜合考慮，5種類型的抽油機(jī)里，下偏杠鈴型抽油機(jī)最為占優(yōu)，我廠抽油機(jī)大部分為下偏杠鈴型。

5.3 不同類型抽油機(jī)由于沖程、生產(chǎn)廠家及所配置電機(jī)型號不同，其地面效率也有很大差別。

5.4 從地面效率和系統(tǒng)效率綜合來考慮，通過分析我們認(rèn)為對于不同類型抽油機(jī)，以下配置最為占優(yōu)：

1）常規(guī)抽油機(jī)中最優(yōu)的是配置是由蘇州市吳縣石油機(jī)械廠生產(chǎn)的4.8米沖程12型抽油機(jī)且配置三相永磁同步電動機(jī)。

2）復(fù)合平衡抽油機(jī)中最優(yōu)的配置是由大港油田中成制造機(jī)械廠生產(chǎn)的6米沖程12型抽油機(jī)配置三相超高轉(zhuǎn)差率電動機(jī)的占優(yōu)。

3）下偏杠鈴型抽油機(jī)中最優(yōu)的配置是由天津新苑科技生產(chǎn)的5米沖程12型且配置三相超高轉(zhuǎn)差率電機(jī)。

4）雙驢頭抽油機(jī)中最優(yōu)的配置是由大港油田中成機(jī)械制造生產(chǎn)的5米沖程12型且配置三相永磁同步電機(jī)的最優(yōu)。

5）皮帶機(jī)最優(yōu)的配置是由中美合資東營勝利高原有限公司生產(chǎn)的7米沖程且配置三相異步電動機(jī)。

6 提高抽油機(jī)地面效率的認(rèn)識

6.1 通過對大港油田采油四廠抽油機(jī)地面效率的調(diào)查分析，我們得出了最高地面效率抽油機(jī)及電機(jī)之間的最優(yōu)配置，從最優(yōu)配置來考慮，目前我們需要調(diào)整有：

1）常規(guī)抽油機(jī)配置中有3臺需要調(diào)整，主要是所配置電機(jī)不符合要求，這種配置平均系統(tǒng)效率僅10.35%，平均地面效率58.4%，達(dá)不到平均水平。應(yīng)調(diào)整為3臺三相永磁同步電機(jī)，可使系統(tǒng)效率得到提高。

2）復(fù)合平衡抽油機(jī)有2臺需要調(diào)整，這兩臺配置的平均系統(tǒng)效率僅10.03%，平均地面效率62.3%，達(dá)不到平均水平。根據(jù)最優(yōu)配置所配置電機(jī)應(yīng)為三相超高轉(zhuǎn)差率電機(jī)，因此應(yīng)調(diào)整為2臺三相超高轉(zhuǎn)差率電機(jī)，可使系統(tǒng)效率得到提高。

3）下偏杠鈴抽油機(jī)有4臺需要調(diào)整，目前這四臺平均系統(tǒng)效率22%，平均地面效率64%，根據(jù)最優(yōu)配置所配置電機(jī)應(yīng)為三相超高轉(zhuǎn)差率電機(jī)，因此應(yīng)調(diào)整為4臺三相超高轉(zhuǎn)差率電機(jī)，可使平均系統(tǒng)效率達(dá)到30%，平均地面效率70%。。

4）雙驢頭有2臺需要調(diào)整，其配置電機(jī)為三相異步電動機(jī)，平均系統(tǒng)效率20%，平均地面效率60%，根據(jù)最優(yōu)配置所配置電機(jī)應(yīng)為三項(xiàng)永磁同步電機(jī)，因此應(yīng)調(diào)整為2臺三項(xiàng)永磁同步電機(jī)，可使系統(tǒng)效率得到提高。

5）皮帶機(jī)這種抽油機(jī)生產(chǎn)廠家、沖程及所配置電機(jī)都符合最優(yōu)配置，無需調(diào)整。

6.2 從各種抽油機(jī)地面效率的最優(yōu)配置中可以看出，超高轉(zhuǎn)差電機(jī)和三相永磁電機(jī)效果最好，超高轉(zhuǎn)差電機(jī)具有其獨(dú)特的特點(diǎn)，提高了轉(zhuǎn)自電阻，也就獲得了超高轉(zhuǎn)差率15%，由于轉(zhuǎn)差率的提高，使電機(jī)的機(jī)械性能變軟，即當(dāng)抽油機(jī)的負(fù)載扭矩增大時，電機(jī)轉(zhuǎn)速下降，這就使電機(jī)的功率和電流變化趨于平穩(wěn)，基本消除了負(fù)扭矩，提高了功率因素，降低了電動機(jī)的耗電量，從而使抽油機(jī)井的系統(tǒng)效率得到提高。三相永磁電機(jī)具有體積小，損耗低，效率高等優(yōu)點(diǎn)，節(jié)電率在20%左右，工作可靠性也優(yōu)于其他電機(jī)，有推廣使用價值。

6.3 結(jié)合現(xiàn)場生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，合理制定抽油機(jī)工作制度也是提高系統(tǒng)效率的一部分，在抽油機(jī)井工作參數(shù)中，沖次對系統(tǒng)的工況影響最大，科學(xué)合理的調(diào)小抽油機(jī)的沖次可以提高系統(tǒng)效率、提高泵效、節(jié)電，減少桿、管磨損以及油管套管磨損，延長桿、管及油井的壽命，延長檢泵周期。在滿足抽油機(jī)系統(tǒng)條件的情況下，趨向于“沖次最小化、沖程最大化、泵深合理化”，從而提高整體效率。

6.4 通過對抽油機(jī)地面效率的研究分析，得出了抽油機(jī)系統(tǒng)效率的最優(yōu)配置，是我廠抽油機(jī)都能在最優(yōu)配置下達(dá)到最佳生產(chǎn)狀態(tài)，同時，加強(qiáng)機(jī)-泵-桿的優(yōu)化設(shè)計(jì)，加強(qiáng)電機(jī)管理及提高日常管理水平，在實(shí)際生產(chǎn)中，根據(jù)油井不同情況進(jìn)行認(rèn)真分析，從而提高抽油機(jī)整體系統(tǒng)效率。