通過優(yōu)化管理提高抽油機(jī)井系統(tǒng)效率

呂英凱呂文凱周貴軍

（1.大慶油田有限責(zé)任公司華誼井下作業(yè)公司；2.大慶油田有限責(zé)任公司第一采油廠）

通過優(yōu)化管理提高抽油機(jī)井系統(tǒng)效率

呂英凱1呂文凱2周貴軍2

（1.大慶油田有限責(zé)任公司華誼井下作業(yè)公司；2.大慶油田有限責(zé)任公司第一采油廠）

抽油機(jī)是人工舉升的主要方式，其在生產(chǎn)運(yùn)行中要消耗大量的電能。采取有效的節(jié)能措施，提高抽油機(jī)系統(tǒng)效率，可使投入產(chǎn)出比增加，獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益。通過對抽油機(jī)井系統(tǒng)效率影響因素分析，采取了參數(shù)優(yōu)化、平衡調(diào)整、皮帶調(diào)整等降能耗措施，提高了抽油機(jī)系統(tǒng)效率。

抽油機(jī) 系統(tǒng)效率 參數(shù)優(yōu)化 節(jié)能措施

有桿泵抽油系統(tǒng)的目的是將地面的電能轉(zhuǎn)化為井下液體的能量，使井下液體流到地面。整個(gè)系統(tǒng)工作時(shí)，就是一個(gè)能量不斷傳遞和轉(zhuǎn)化的過程，每一次能量的傳遞和轉(zhuǎn)化都存在著能量的損失，抽油機(jī)井從地面設(shè)備供入系統(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，這一將液體舉升到地面的有效做功能量與系統(tǒng)輸入能量之比值，稱為抽油機(jī)井的系統(tǒng)效率。降低每一傳遞過程中的能量損失，也就提高了系統(tǒng)效率。

1 影響抽油機(jī)系統(tǒng)效率的主要因素

系統(tǒng)效率是衡量抽油機(jī)井能耗的重要指標(biāo)，系統(tǒng)其他參數(shù)還包括日產(chǎn)液量、動液面深度、油壓、套 壓 和 耗 電 量 （電 流 、 電 壓 、 有 效 功 率）等[1]。

抽油機(jī)系統(tǒng)效率受多方面因素的影響，包括地面系統(tǒng)和井下系統(tǒng)兩部分，地面系統(tǒng)包括抽油機(jī)、電動機(jī)、沖程、沖速、平衡度、皮帶、減速箱、四連桿、井口油壓、套壓、盤根的影響，井下系統(tǒng)包括管、桿（直徑、長度）、泵深、沉沒度、摩阻、抽油泵、原油黏度、氣體、結(jié)蠟、地層供液的影響。

1.1抽油機(jī)的影響

在技術(shù)上常規(guī)型抽油機(jī)能耗高于節(jié)能抽油機(jī)，對能耗高的常規(guī)抽油機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造，是降低抽油機(jī)能耗的一個(gè)重要方法。在管理上加強(qiáng)抽油機(jī)的維護(hù)保養(yǎng)工作，抽油機(jī)狀況越好，能耗將越低，系統(tǒng)效率越高。

1.2電動機(jī)的影響

受抽油機(jī)工作性質(zhì)的影響，電動機(jī)負(fù)荷變化極大，油井產(chǎn)能的不同，油田中電動機(jī)功率不同。當(dāng)電動機(jī)在額定負(fù)荷或額定負(fù)荷附近運(yùn)行，則電動機(jī)屬于節(jié)能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。但多數(shù)抽油機(jī)（尤其是常規(guī)游梁式抽油機(jī)）在工作過程中，為滿足啟動或最大功率點(diǎn)的要求，其電動機(jī)的平均輸出功率與輸出功率之 比 通 常 為 0.3～0.4， 有 的 更 低 。 因 此 在 大 多 數(shù) 時(shí)間里電動機(jī)處于輕載運(yùn)行，即所謂“大馬拉小車”的情況，其效率因數(shù)都很低，這就造成較大的能量損失。合理匹配電動機(jī)可以很好地提高系統(tǒng)效率。目前現(xiàn)場應(yīng)用的高轉(zhuǎn)差電動機(jī)、永磁電動機(jī)、雙功率電動機(jī)等節(jié)能電動機(jī)節(jié)電效果都較好。

1.3油層供液能力與抽油參數(shù)的影響

根據(jù)油層供液能力選擇合理的抽汲參數(shù)，保證油井在合理舉升高度、高產(chǎn)量下生產(chǎn)，系統(tǒng)效率較高。如果出現(xiàn)供大于采時(shí)，導(dǎo)致產(chǎn)液量相對偏低、舉升高度相對偏小，系統(tǒng)效率較低；當(dāng)采大于供時(shí)，盡管有較高的產(chǎn)液量，一但出現(xiàn)供液不足時(shí)，產(chǎn)量偏低，舉升高度大，能耗損失大，系統(tǒng)效率也會較低。

1.4泵況的影響

泵況的好壞決定了油井產(chǎn)量和舉升高度。抽汲參數(shù)合理情況下，泵況好，產(chǎn)量高，舉升高度合理，系統(tǒng)效率高。

1.5原油物性的影響

原油組分中，如果重質(zhì)含量（膠質(zhì)、瀝青質(zhì)和蠟質(zhì)）越高，舉升液體過程中需要克服的摩擦阻力越大，電動機(jī)所消耗的能量也就越大。在相同條件下，這種井的系統(tǒng)效率相對較低。

2 日常管理對抽油機(jī)井系統(tǒng)效率的影響

提高抽油機(jī)井系統(tǒng)效率從硬件上來說，可以投入節(jié)能設(shè)備，如節(jié)能抽油機(jī)、節(jié)能電動機(jī)、節(jié)能電控箱等。在此我們只談在不投入節(jié)能設(shè)備的情況下，在現(xiàn)有設(shè)備生產(chǎn)情況下通過加強(qiáng)日常管理提高抽油機(jī)井系統(tǒng)效率，降低能耗。

2.1加強(qiáng)抽油機(jī)維護(hù)保養(yǎng)

2.1.1 加強(qiáng)“五率”管理工作

抽油機(jī)“五率”是指緊固、潤滑、對中、平衡、水平。加強(qiáng)抽油機(jī)各連接部位的緊固，各運(yùn)動部位的潤滑，井口對中，抽油機(jī)水平達(dá)到要求，可以減少能耗損失，對提高系統(tǒng)效率有好處。特別是平衡率狀況對系統(tǒng)效率有一定的影響，平衡狀況好（平衡率 85%～100%），電動機(jī)負(fù)載均勻，減少能耗損失，系統(tǒng)效率高。1—7月共調(diào)平衡 221井次，對比 153 井 次 ， 在 產(chǎn) 量 和 舉 升 高 度 基 本 不 變 的 情 況下 ， 調(diào) 平 衡 前 后 對 比 平 均 有 功 功 率 下 降 0.72kWh，系 統(tǒng) 效 率 提 高 1.34 個(gè) 百 分 點(diǎn) ， 噸 液 百 米 耗 電 下 降0.13kWh，詳見 表1。

表1 平衡調(diào)整能耗效果對比

2.1.2 合理調(diào)整盤根皮帶松緊度

目前抽油機(jī)均使用窄V聯(lián)組帶，這種帶傳動動力大，摩擦損失小，滑差率小，丟轉(zhuǎn)少，傳動效率最高達(dá) 98%，并且?guī)л喼睆胶蛯挾榷济黠@減小。經(jīng)現(xiàn)場實(shí)測，使用這種傳動帶比使用普通三角帶平均可 節(jié) 電 2.5%。加強(qiáng)傳 動 皮 帶 的 日常檢查 ， 保 證 皮 帶張緊度適中，及時(shí)調(diào)整和更換影響傳動的皮帶，以提高皮帶的傳動效率。6口井皮帶松緊度試驗(yàn)結(jié)果見表2。

從皮帶能耗變化試驗(yàn)數(shù)據(jù)上看，由緊到松變化有 功 也 是 下 降 的 ， 最 緊 到 最 松 有 功 平 均 相 差 0.67 kW，有功功率最低點(diǎn)不在最松處。

在抽油機(jī)井皮帶最松與最緊之間有最佳功率值 ， 現(xiàn) 場可以 在 最 松 的 情 況 下再 緊 0.6～1.2cm， 能夠達(dá)到能耗最低。

表2 皮帶松緊平均能耗變化試驗(yàn)數(shù)據(jù)

盤根盒部分的損失主要是摩擦損失，該項(xiàng)損失與抽油機(jī)的安裝情況、光桿的表面加工質(zhì)量、盤根的松緊和密封材料有密切關(guān)系。光桿和盤根一定的條件下，合理調(diào)整盤根的松緊度能減小摩擦力和功率損耗，提高系統(tǒng)效率。10口井的試驗(yàn)效果見表3。

表3 盤根松緊平均能耗變化試驗(yàn)數(shù)據(jù)

從電流變化情況看，調(diào)整盤根松緊對電流的影響不大，隨著盤根由松到緊或由緊到松試驗(yàn)可看出，最松到最緊上下電流均上升1～2A。

從有功功率上看，隨著盤根由松到緊變化有功功 率 是 上 升 的 ， 最 松 到 最 緊 有 功 功 率 平 均 上 升 0.52 kW ， 上 升 3.7 個(gè) 百 分 點(diǎn) ， 平 均 日 節(jié) 電 12.48kWh。

2.2合理匹配電動機(jī)

電動機(jī)匹配是否合理直接影響系統(tǒng)效率。對電動 機(jī) 利 用 率 低 于 30%井 以 下 的 18口 井 進(jìn) 行 了 對 比 ，裝 機(jī) 功 率 由 47.5kW 下 降 到 31.5kW， 下 降 了 16 kW； 有 功 功 率 由 11.2kW 下 降 到 9.07kW， 下 降 了2.13kW； 平 均 系 統(tǒng) 效 率 由 34.69% 上 升 到 35.48% ，上 升 了 0.79 個(gè) 百 分 點(diǎn) ； 平 均 噸 液 百 米 耗 電 下 降 了0.04kWh， 日 節(jié)電 51.2kWh。

2.3優(yōu)化抽油機(jī)工作參數(shù)

在參數(shù)調(diào)整上，抽油機(jī)井遵循長沖程、慢沖速的原則，以地質(zhì)開發(fā)需要為前提，每月根據(jù)油井變化情況及時(shí)協(xié)調(diào)好注采關(guān)系，合理調(diào)整工作參數(shù)。在滿足現(xiàn)有技術(shù)裝備（抽油機(jī)與電動機(jī)）工作能力以及滿足油井配產(chǎn)要求的前提下，合理選擇抽汲參數(shù)（沖程、沖速、泵徑）、下泵深度與抽油桿柱尺寸，以達(dá)到能耗小、效率高的目的。

表4 抽汲參數(shù)下調(diào)能耗效果對比

對油層供液能力差的井實(shí)施換小泵、下調(diào)參和間抽的模式。對供液能力強(qiáng)的井實(shí)施換大泵、上調(diào)參的模式。抽油機(jī)采油系統(tǒng)抽汲參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)就是通過合理優(yōu)化機(jī)采井參數(shù)，確保機(jī)、桿泵平穩(wěn)運(yùn)行，抽汲參數(shù)合理，提高運(yùn)行效率，降低能耗。由于抽油機(jī)井上調(diào)參、換大泵后產(chǎn)量上升，有功功率消耗大，在此只分析抽汲參數(shù)下調(diào)井能耗變化情況。

2012 年 1—8月 份 泵 徑 大 換 小 11 口 井 ， 在 7 口井前后日產(chǎn)液、舉升高度基本不變的情況下，有功功 率 下 降 1.75kW， 系 統(tǒng) 效 率 提 高 了 5.36 個(gè) 百 分點(diǎn) 。 下 調(diào) 沖 程 11 口 井 ， 對 比 10口 井 ， 在 前 后 日 產(chǎn)液、舉升高度變化不大的情況下，有功功率下降1.65kW ， 系 統(tǒng) 效 率 提 高 了 2.31 個(gè) 百 分 點(diǎn) 。 下 調(diào) 沖速 53 口 井 ， 對 比 47 口 井 ， 在 前 后 日 產(chǎn) 液 、 舉 升 高度 變 化 不 大的 情 況 下 ， 有 功 功 率下 降 3.9kW， 系 統(tǒng)效 率 提 高了 1.7 個(gè) 百 分點(diǎn) （表4）。

2.4加強(qiáng)泵況管理，降低無效耗能

泵況管理做到“三及時(shí)”，即及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)匯報(bào)、及時(shí)處理和出措施方案，保證異常井及時(shí)得到恢復(fù)，降低無效耗能。對于斷脫井經(jīng)證實(shí)處理無效后，停機(jī)待處理，正常后方可啟機(jī)，減少不必要的能耗。

3 結(jié)論

1）注 重 日常管 理 及保養(yǎng) 工 作； 定 期檢查 傳 動裝置，傳動皮帶要松緊適中，隨時(shí)處理減速箱漏油，定期更換減速箱內(nèi)機(jī)油，以減少地面?zhèn)鲃硬糠值哪芎摹?/p>

2）及時(shí)調(diào) 整 抽油機(jī) 的平衡 ， 保持抽 油 機(jī)合 適的平衡度。

3）經(jīng) 常 調(diào) 整 皮 帶 、 光 桿 盤 根 盒 使 其 松 緊 適度；定期調(diào)整設(shè)備，使懸繩器、光桿與井口對中，減少光桿與盤根和抽油桿與油管的摩擦耗能。

4）根據(jù)井 況 的變化 ，及時(shí) 優(yōu) 選抽汲 參 數(shù)， 確保抽油機(jī)采油系統(tǒng)工作在最優(yōu)抽汲參數(shù)下。

5）找 到 主 要 影 響 因 素 后 ， 根 據(jù) 現(xiàn) 場 實(shí) 際 情況，制定可行性的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，必須具有可操作性。

6）加強(qiáng)管理，保證抽油機(jī)泵況良好。

7）對于油 氣 比高的 油井應(yīng) 采 取適當(dāng) 加 大泵 的沉沒度，加裝油氣分離器和定期放套管氣等措施，以提高泵的充滿系數(shù)。

[1]胡博仲,周繼德,徐國興.有桿泵井參數(shù)優(yōu)選和診斷技術(shù)[M].北京:石油工業(yè)出版社,1999.

10.3969/j.issn.2095-1493.2013.012.018

2013-03-07）

呂英凱，1995年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院 （石油工程專業(yè)），從事工藝技術(shù)管理工作，E-mail：Luyingkai@petrochina.com.cn，地址：黑龍江省大慶油田有限責(zé)任公司華誼井下作業(yè)公司，163162。