提升有桿泵采油系統(tǒng)效率的方法研究

張永光

（中國石油集團(tuán)渤海石油裝備制造有限公司遼河熱采機(jī)械制造分公司，遼寧 盤錦 124010）

1 機(jī)械采油有桿泵采油系統(tǒng)組成

有桿泵采油的三大主要裝備有抽油機(jī)、抽桿和抽油泵。抽油泵可分為：管式泵和桿式泵。管式泵的結(jié)構(gòu)簡單、成本低，在相同油管直徑下允許下入的泵徑較桿式泵大，因而排量大；桿式泵檢泵方便，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，在相同油管直徑下允許下入的泵徑比管式泵小。桿式泵適用于下泵深度大、產(chǎn)量較小的油井。

有桿泵抽油的主要參數(shù)，沖程：光桿（或柱塞）上、下運(yùn)動一次稱為一個沖程。光桿沖程：光桿從上死點(diǎn)到下死點(diǎn)的距離，用S表示。柱塞沖程：柱塞在上、下死點(diǎn)間的位移。沖次:每分鐘內(nèi)完成沖程的次數(shù)，用n來表示。沉沒度：抽油泵的吸入閥與動液面之間的相對高度。動液面：抽油機(jī)正常生產(chǎn)時，井口至液面的距離。沉沒壓力（泵口壓力）：作用在泵吸入口處的環(huán)形空間壓力。影響泵效的主要因素：(1)抽油桿柱和油管柱的彈性伸縮；(2)氣體和充不滿的影響；(3)漏失影響；(4)體積系數(shù)的影響。

載荷作用下的柱塞沖程，柱塞沖程損失的構(gòu)成：液柱載荷交替地由油管轉(zhuǎn)移到抽油桿柱和由抽油桿柱轉(zhuǎn)移到油管，使桿柱和管柱發(fā)生交替地伸長和縮短。上沖程：載荷由從油管轉(zhuǎn)移到抽油桿，抽油桿伸長，油管縮短；下沖程：載荷由從抽油桿轉(zhuǎn)移到油管，油管伸長，抽油桿縮短。柱塞沖程損失由抽油桿柱伸縮與油管伸縮共同造成的。

2 影響有桿泵系統(tǒng)效率的主要原因

2.1 電機(jī)負(fù)載率的影響。常用電機(jī)最佳運(yùn)行效率在額定負(fù)載附近，即在0.7～1.1之間，而現(xiàn)場上大多數(shù)電機(jī)的負(fù)載率都比較低，一般只有30%左右。因此“大馬拉小車”是造成電機(jī)運(yùn)行效率低的主要原因。油田的實(shí)驗(yàn)表明，提高電機(jī)負(fù)載率5%～10%，系統(tǒng)效率可提高2%～4%，節(jié)電率可達(dá)10%左右。

2.2 抽油機(jī)的影響。普通游梁式抽油機(jī)采用的是對稱循環(huán)工作方式，上下沖程的運(yùn)行時間相同，平衡重和懸點(diǎn)負(fù)荷重對曲柄軸產(chǎn)生的迭加扭矩呈周期性波動，其幅度和頻率都比較大。抽油機(jī)的這種工作狀況對三相異步電動機(jī)來說是不理想的，造成能耗偏高、系統(tǒng)效率偏低。

2.3 傳動皮帶的影響。采用三角皮帶傳動時，由于其彈性方面的原因，其張緊程度難以保證，不可避免地要出現(xiàn)相互錯動、打滑和震動，造成部分能量損失。

2.4 平衡程度的影響。抽油機(jī)的平衡程度反映了抽油機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)程度，其好壞直接影響到抽油機(jī)的耗電量，現(xiàn)場測試表明，在不同的平衡狀況下，電動機(jī)電流有較大差異，從而造成輸入功率的變化。即使抽油機(jī)軸功率相同，也可能造成輸入功率有較大的變化。

2.5 盤根的影響。盤根在使用中與光桿摩擦產(chǎn)生阻力，根據(jù)其材質(zhì)及壓緊程度的不同產(chǎn)生的阻力有較大的變化，由于阻力的作用，造成耗電量的增加。

2.6 油管伸縮的影響。由于油管下端不固定，所以油管的伸縮會使地面?zhèn)鬟f下去的功率和沖程損失一部分，特別是深抽井，油管的伸縮帶來的損失最大。

2.7 氣體對泵的影響。泵的充滿程度是影響泵效的主要因素之一。在生產(chǎn)過程中由于氣體的影響，使泵不能有效充滿，降低了泵的排量及井下效率。隨著深井泵工作時間的延長，各種磨損也隨之增加，造成深井泵的漏失，從而使泵效降低。

2.8 抽油桿彎曲及摩擦的影響。在抽油過程中，抽油桿柱有時和油管摩擦，特別是抽油桿的下部彎曲，造成有效載荷的波動，使系統(tǒng)效率降低。

3 有桿泵系統(tǒng)效率提升的方法

3.1 合理配置電機(jī)。配置電機(jī)應(yīng)充分利用電機(jī)的負(fù)載能力，盡量做到使電機(jī)的負(fù)載率達(dá)到或接近最佳負(fù)載率，即在0.7～1.1之間。生產(chǎn)過程中，可按實(shí)測功圖采用如下公式計(jì)算光桿功率，合理選擇電機(jī)。

P光桿=（Pmax-Pmin）S·N·103/59976；式中 P光桿-光桿功率，kW；Pmax-實(shí)測最大負(fù)荷，kN；Pmin-實(shí)測最小負(fù)荷，kN；S-沖程，m；N-沖次，次/min。

3.2 采用節(jié)能設(shè)備和裝置。使用新型節(jié)能系列電機(jī)，選用高效傳動帶。采用窄形聯(lián)組帶或齒形同步帶，以克服因震動、打滑現(xiàn)象造成的損失。使用普通三角帶以每組5根為最佳組合。使用節(jié)能抽油機(jī)，在油井上使用的節(jié)能抽油機(jī)主要有兩種：一種是異向曲柄平衡抽油機(jī)，另一種是鏈條抽油機(jī)，這兩種油機(jī)懸點(diǎn)運(yùn)動均勻、電機(jī)損耗小、工作電流小、效率高。使用節(jié)能控制柜，特別是ZJK智能節(jié)電控制器和Power P1anner電動機(jī)高效節(jié)能器的節(jié)能效果較好。

3.3 采用終端無功補(bǔ)償，提高功率因數(shù)。目前，全廠所有的抽油機(jī)自控箱都安裝了電力電容器，全部實(shí)現(xiàn)了對線路的無功補(bǔ)償，功率因數(shù)由補(bǔ)償前的不足0.4提高到現(xiàn)在的0.55左右，效果非常明顯。使用抽油機(jī)診斷技術(shù)。對抽油機(jī)井生產(chǎn)過程中的諸如環(huán)空液面、沉沒度、供液能力、參數(shù)匹配、平衡塊位置設(shè)置、桿柱應(yīng)力、泵的充滿程度、活塞沖程、凡爾漏失、間隙漏失等因素進(jìn)行綜合分析和處理，可有效地提高機(jī)械采油系統(tǒng)效率。

3.4 采用有桿泵智能控制系統(tǒng)對系統(tǒng)進(jìn)行有效合理的控制。智能控制技術(shù)包括兩個實(shí)時概念：（1）實(shí)時監(jiān)測，即采集井下動液面數(shù)據(jù)和/或示功圖的能力；（2）實(shí)時控制，即通過自動執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制抽汲強(qiáng)度的能力。

4 有桿泵系統(tǒng)技術(shù)改進(jìn)應(yīng)用實(shí)例

前不久從勝利濱南采油廠傳來好消息，勝利采油院有桿泵助力深抽技術(shù)春節(jié)期間連干三口井，都取得圓滿成功。解決了該采油廠常規(guī)有桿泵不能滿足深抽提液要求，小排量電泵能耗高、成本大等問題，為其上產(chǎn)助了一臂之力。有桿泵助力深抽技術(shù)是該院采機(jī)所科研人員自主研發(fā)的一項(xiàng)新技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)充分借力抽油泵大、小柱塞面積差產(chǎn)生的向上的助推力，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。此前該項(xiàng)技術(shù)已在河口采油廠、石油開發(fā)中心等單位現(xiàn)場應(yīng)用十余口井，取得良好應(yīng)用效果。此次針對濱南采油廠油藏特征和生產(chǎn)情況，科研人員還配套了脫接、油氣分離等技術(shù)。

截至目前，三口井都看到明顯增油效果，其中BNB665-1井實(shí)施該項(xiàng)技術(shù)前日產(chǎn)液僅0.2噸，泵效下降至12.6%，實(shí)施助力深抽提液技術(shù)，下泵深度由原來的1692米加深到2400米，日產(chǎn)液量穩(wěn)定在每天6噸左右，日產(chǎn)油2.8噸，泵效達(dá)到49.5%，增油效果十分明顯。

[1]楊東輝，任遠(yuǎn).有桿泵深抽技術(shù)泵效提高47%[N].中國石化報(bào)，2010.

[2]杜宇恒.有桿泵深抽技術(shù)在遼河油田深井開采中的應(yīng)用研究[D].北京：中國石油大學(xué)，2010.

[3]龔大利.有桿抽油系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行措施優(yōu)化研究[D].大慶：大慶石油學(xué)院，2010.

[4]王延生.高氣液比有桿泵井高效舉升技術(shù)研究[D].北京：中國石油大學(xué)，2010.