有桿泵抽油井系統(tǒng)效率因素分析與提效降耗對(duì)策

徐濤+馮全梅+王春霞+臧君

摘要：影響有桿泵抽油機(jī)井系統(tǒng)效率的因素較多，它不僅受抽油設(shè)備和抽油參數(shù)的影響，而且還受油井管理水平和井況的影響。由于能量在轉(zhuǎn)換和傳遞過程中，總會(huì)發(fā)生能量損失，全面提高抽油機(jī)井系統(tǒng)效率是不斷降低油井運(yùn)行費(fèi)用，改善油井生產(chǎn)工況，提高抽油機(jī)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(gè)重要方面，也是實(shí)現(xiàn)油田可持續(xù)發(fā)展的重要保證。

關(guān)鍵詞：有桿泵；抽油機(jī)井；系統(tǒng)效率；影響因素；節(jié)能降耗；油井工況

本文從有桿泵抽油機(jī)井的井下工具、地面設(shè)備、配套設(shè)施等各個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)影響有桿泵機(jī)采系統(tǒng)效率的因素進(jìn)行了細(xì)致地分析，并針對(duì)各影響因素提出了有效的對(duì)策，對(duì)于提高有桿泵抽油機(jī)井的系統(tǒng)效率，降低油井運(yùn)行成本，實(shí)現(xiàn)油井節(jié)能降耗，具有一定的指導(dǎo)意義。全面提高抽油機(jī)井系統(tǒng)效率是不斷降低油井運(yùn)行費(fèi)用，改善油井生產(chǎn)工況，提高抽油機(jī)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(gè)重要方面，也是實(shí)現(xiàn)油田可持續(xù)發(fā)展的重要保證。

1 抽油機(jī)井系統(tǒng)效率定義

抽油機(jī)井系統(tǒng)效率是指將液體舉升至地面的有效做功能量與系統(tǒng)輸入的能量之比，即系統(tǒng)的有效功率與輸入功率的比值。

其中，輸入功率由現(xiàn)場測試取得，有效功率由下式計(jì)算：

（1）

式中： Pe有效功率，Kw；Q一一油井日產(chǎn)液量，m3/d；

2 抽油機(jī)井系統(tǒng)效率影響因素分析

影響有桿泵抽油機(jī)井系統(tǒng)效率的因素較多，它不僅受抽油設(shè)備和抽油參數(shù)的影響，而且還受油井管理水平和井況的影響。由于能量在轉(zhuǎn)換和傳遞過程中，總會(huì)發(fā)生能量損失，用Pi表示輸入功率，用Pe表示有效功率，用△P表示損失功率，則有：Pi=Pe+△P 根據(jù)抽油機(jī)井系統(tǒng)的組成情況，可以把損失功率△P分解為8個(gè)部分，即：

（1）電動(dòng)機(jī)損失部分功率△P1：當(dāng)電動(dòng)機(jī)輸出功率為額定輸出功率的60-100%時(shí)，電動(dòng)機(jī)的工作效率與額定效率接近或相等，否則將低于額定效率；而在抽油機(jī)工作時(shí)，負(fù)荷變化極大，所以其電動(dòng)機(jī)的工作效率低于其額定效率。據(jù)資料顯示，電動(dòng)機(jī)的額定效率約為90%，而應(yīng)用于抽油機(jī)上的工作效率只有70%左右，這部分功率損失對(duì)系統(tǒng)效率的影響很大。

（2）帶傳動(dòng)部分的損失△P2：油田應(yīng)用較為普遍的普通V帶、窄V帶和同步帶的效率一般在在95%左右，即這部分的損失功率為5%。

（3）減速器部分的損失△P3：減速器損失分軸承損失和齒輪損失兩部分，一副軸承的功率損失約為1%，共三副合計(jì)為3%，一副齒輪功率損失為2%，三副為6%，故減速器的損失功效率9%。

（4）四連桿部分的損失△P4：四連桿結(jié)構(gòu)中有三副軸承和一根鋼絲繩，三副軸承的損失為3%，鋼絲繩的變形損失為2%，所以四連桿部分的損失功效為5%。

（5）盤根盒部分的損失△P5：抽油機(jī)工作時(shí)，由于光桿與盤根盒中的填料有相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生磨擦，引起功率損失：

△P5=F×v/1000=9.8×f×k×π×d×p×h×v/1000（2）

式中：F-磨擦力；f-磨擦系數(shù)；h一有效密封高度；d一光桿直徑；v一光桿運(yùn)動(dòng)速度；k一系數(shù)，由密封材質(zhì)確定。可見盤根盒部分損失與密封材質(zhì)、光桿直徑、運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)。

（6）抽油桿部分的損失△P6：抽油機(jī)工作時(shí)，抽油桿（或節(jié)箍）與油管、液柱發(fā)生磨擦造成的功率損失，根據(jù)理論計(jì)算和實(shí)測結(jié)果顯示，功率損失部分的大小于下泵深度、原油粘度成正比，與抽油桿運(yùn)動(dòng)速度的平方成正比，因此，通過提淺泵掛、降低抽油機(jī)的沖次可有效地降低這部分的功率損失。 （7）抽油泵部分的損失△P7：抽油泵部分的損失包括機(jī)械磨擦損失、容積損失和水力損失，抽油泵部分的損失與泵徑的大小成正比，與泵效的高低成正比，提高泵效是減少這部分損失的主要方法。（8）管柱部分的損失△P8：管柱部分的損失包括油管漏失引起的損失和原油沿油管流動(dòng)產(chǎn)生的損失：

△P8容=103×△P×△Q油漏（3）

△P8水=△h油管P×g×Q/100（4）

3 提高抽油機(jī)井系統(tǒng)效率的措施研究

3.1改善電動(dòng)機(jī)自身工作特性實(shí)現(xiàn)節(jié)能

通過使用高轉(zhuǎn)差電動(dòng)機(jī)（轉(zhuǎn)差率為20-30%，常規(guī)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率僅為2-5%）改變電動(dòng)機(jī)的硬特性，提高啟動(dòng)狀態(tài)的輸出功率，降低所選電動(dòng)機(jī)的額定功率PN，使電動(dòng)機(jī)平均工作功率與額定功率的比值盡可能大，盡量接近50 %（常規(guī)機(jī)一般在30%左右，資料表明當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)荷低于50%PN時(shí)，電動(dòng)機(jī)的效率會(huì)急劇下降），從而提高電動(dòng)機(jī)的工作效率，實(shí)現(xiàn)大幅節(jié)能。這種方式受抽油機(jī)工況影響較大，一般在抽油機(jī)負(fù)荷較小時(shí)應(yīng)用效果較好，若抽油機(jī)的負(fù)荷較大，則不宜應(yīng)用。

在現(xiàn)場應(yīng)用效果比較突出的是永磁同步電機(jī)，它的電機(jī)效率比其他電機(jī)高5-10個(gè)百分點(diǎn)，且具有起動(dòng)力矩大過載能力強(qiáng)，裝機(jī)功率低；運(yùn)行效率高，尤其是在低負(fù)載率下，其電機(jī)的效率仍在90%以上。

3.2增設(shè)節(jié)能控制柜進(jìn)行無功補(bǔ)償

通過增設(shè)節(jié)能控制柜對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行電容低壓就地補(bǔ)償，即在電動(dòng)機(jī)定子繞組上并接容性負(fù)載，使電動(dòng)機(jī)這個(gè)感性負(fù)載的電流滯后，使無功功率下降，這樣可以減少電源變壓器的視在功率，提高電網(wǎng)的供電質(zhì)量，盡管從單井沒有節(jié)能，但從整體上看則實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗。

3.2.1 改變抽油機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)特性節(jié)能

3.2.1進(jìn)行油井優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)，提高井下效率

（1）提淺泵掛：由以上分析，在保證合理沉沒度的前提下，抽油機(jī)井提淺泵掛可減少抽油桿、節(jié)箍與油管、液柱發(fā)生磨擦造成的功率損失；可減少油管柱部分的漏失損失和水力損失；可減少上沖程時(shí)的抽油機(jī)的負(fù)荷，減少泵的漏失，提高泵效，從而提高系統(tǒng)效率。（2）提高泵徑：在目前設(shè)備狀況和油井要求產(chǎn)液量一定的情況下，選用目前設(shè)備的最大沖程，選用大泵徑抽油泵，而采用較低的沖次，可減少抽油系統(tǒng)中各個(gè)磨擦部分的功率損失，從而提高機(jī)采系統(tǒng)效率。

3.3 精確平衡實(shí)現(xiàn)節(jié)能

實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)上沖程電流與下沖程電流的比值在80%-100%之間時(shí)能耗最低，而普通抽油機(jī)往往不能達(dá)到上述平衡效果。通過在常規(guī)抽油機(jī)上增設(shè)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)抽油機(jī)的精確平衡，從而抽油機(jī)的復(fù)合平衡曲線與負(fù)荷曲線更相似，分散了峰值扭矩，減小扭矩，使凈扭矩曲線更加平滑，達(dá)到節(jié)能目的。

3.4逐步淘汰高能耗的電磁調(diào)速電機(jī)

（1）采用節(jié)能型電機(jī)+變頻控制柜。此種方式的優(yōu)點(diǎn)是油井調(diào)參方便，可置換性強(qiáng)；缺點(diǎn)是變頻柜的一次性投資高，約為3-4萬元。（2）采用節(jié)能型電機(jī)+減速器裝置。此方式的優(yōu)點(diǎn)是減速器價(jià)格相對(duì)便宜，約3000-4000元，缺點(diǎn)是增加了摩擦副，系統(tǒng)效率會(huì)受到一定影響，且油井調(diào)參困難，可置換性差。

參考文獻(xiàn)：

[1]崔學(xué)軍.提高抽油系統(tǒng)效率工藝技術(shù)研究 .《油氣田地面工程》，2008 第9期.