高含水期機采系統(tǒng)效率提升對策探究

宋先龍

摘要：抽油機井升舉過程是一個能量不斷轉(zhuǎn)化和傳遞的過程，在每一次轉(zhuǎn)化和傳遞中都將損失一部分能量。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，該有效能量與系統(tǒng)輸入能量的比值稱為抽油機井系統(tǒng)效率。抽油機井系統(tǒng)效率是衡量油井工作水平的重要因素，也是一項反映油井工作效率和用電損耗的重要指標。提高抽油機井系統(tǒng)效率已經(jīng)成為油田節(jié)能降耗、降低生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟效益的一個重要途徑。

關(guān)鍵詞：機采系統(tǒng)效率；地面因素；井下因素；結(jié)構(gòu)分析；對策

針對機采系統(tǒng)效率偏低的現(xiàn)狀，結(jié)合目前提高抽油機井系統(tǒng)效率的措施和方法，從地面和井下兩個部分論述了提高抽油機系統(tǒng)效率的重要性和必要性，分析了油田抽油機井系統(tǒng)效率低的原因和影響系統(tǒng)效率的主要因素及系統(tǒng)效率的分布規(guī)律。最后，提出了提高抽油機系統(tǒng)效率的有效途徑。

1 抽油機井系統(tǒng)效率的組成

根據(jù)抽油機系統(tǒng)工作特點，可將抽油機井的系統(tǒng)效率分為地面和井下兩部分。系統(tǒng)效率的計算公式為：

式中：K—有效載荷系數(shù)；η1—電動機效率，%；η2—皮帶效率，%；η3—減速箱效率%；η4—四連桿機構(gòu)效率，%；η5—盤根盒效率，%；η6—抽油桿效率，%；η7—抽油泵效率，%；η8—管柱效率，%。

2 影響機采系統(tǒng)效率因素分析

2.1 影響地面系統(tǒng)效率因素分析

影響抽油機系統(tǒng)效率的地面部分設(shè)備主要有電動機、皮帶、減速箱和四連桿機構(gòu)，各部分的能量損失不同。1）電動機：電動機效率與電動機類型、電動機質(zhì)量、抽油機平衡、電動機匹配、電動機老化等有關(guān)。其中電動機類型、電動機的匹配和抽油機的平衡度是影響電動機效率的主要因素。2）皮帶：采用三角皮帶傳動時，由于彈性方面的原因，產(chǎn)生彈性變形能量損失，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。皮帶傳動效率與皮帶松緊、兩輪對正度、輪軸同心度有關(guān)，其中皮帶松緊度是影響皮帶傳動效率的最重要因素。3）減速箱：減速箱中一般有三對人字齒輪，齒輪在轉(zhuǎn)動時，相齒合的齒面間有相對滑動，因此就要發(fā)生摩擦，產(chǎn)生能量損失，同時，三副軸承也要產(chǎn)生摩擦損失。影響減速箱效率的主要因素是齒輪及軸承的潤滑度。一般出問題少，對機采系統(tǒng)效率影響較小。4）四連桿機構(gòu)：在抽油井四連桿機構(gòu)中共有三副軸承和一根鋼絲繩，四連桿機構(gòu)效率與軸承摩擦力損失及驢頭鋼絲繩變形損失有關(guān)。因此軸承是否潤滑，鋼絲繩的變形程度大小是影響四連桿效率的主要因素，因采油隊一般都實施了嚴格的保養(yǎng)制度，所以出問題少，對機采系統(tǒng)效率影響較小。5）抽油機平衡：平衡率較差時，電動機會在沖程周期運行的某一時間段出現(xiàn)做負功（即發(fā)電）現(xiàn)象，根據(jù)電能→機械能→電能的轉(zhuǎn)化過程，轉(zhuǎn)化效率只有50%，即電動機做1 kWh負功，電網(wǎng)系統(tǒng)需要消耗2 kWh。抽油機平衡是影響電動機效率，進而影響系統(tǒng)效率的主要因素。

2.2 影響井下系統(tǒng)效率因素分析

影響抽油機系統(tǒng)效率的井下部分設(shè)備主要有盤根盒、抽油桿、抽油泵和管柱，各部分的能量損失。1）盤根盒：盤根盒過緊、井口偏中會造成懸點載荷增加，磨阻增大，效率降低。影響盤根盒效率主要因素是盤根盒的松緊度以及驢頭井口對中程度。2）抽油桿傳動：井斜、抽油桿及油管彎曲會造成抽油桿磨阻增加，能耗增大。沖程、沖速、泵徑匹配不合理，桿速增加，也會造成傳動效率下降。沖程、沖速、泵徑匹配不合理和抽油桿及油管的彎曲是影響抽油桿轉(zhuǎn)動效率的兩個主要因素。3）抽油泵：抽油泵功率損失主要包括機械摩擦損失功率、抽油泵容積損失功率和抽油泵水力損失功率。抽油泵機械摩擦損失功率及水力損失功率由泵的結(jié)構(gòu)等決定，在黏度不高的情況下一般很小，抽油泵效率與泵充滿系數(shù)（即通常說的泵效）

密切相關(guān)，也與泵的漏失量密切相關(guān)，影響抽油泵效率的主要因素是泵效及漏失量，在供液不足的油井中，泵的充滿系數(shù)與生產(chǎn)參數(shù)密切相關(guān)。4）油管柱：管柱效率損失包括容積損失和原油沿油管流動引起的功率損失（即水力損失）組成，在管柱不漏的情況下，影響管柱效率的主要因素是泵掛深度、原油黏度、結(jié)蠟程度等。

3 提高抽油機系統(tǒng)效率的有效途徑

提高系統(tǒng)效率主要有兩個方面，即提高地面系統(tǒng)效率和提高井下系統(tǒng)效率。

3.1 提高地面系統(tǒng)效率的途徑

地面系統(tǒng)效率主要由電動機效率、抽油機效率組成。提高地面系統(tǒng)效率也就是提高電動機效率和提高抽油機效率，提高地面部分系統(tǒng)效率的流程。

3.1.1 提高電動機效率

目前抽油機井使用的部分電動機能量損耗仍然較高，而且配置的額定功率遠大于抽油機實際輸入功率，存在“功率不匹配”現(xiàn)象，造成負載率和功率因數(shù)偏低，無功功率偏大是影響電動機效率的重要因素。1）合理匹配電動機。普通三相異步電動機一般在負載率85%時效率最高，電動機的負載率及功率因數(shù)越低，電動機的效率越低。對于電動機匹配不合理、大馬拉小車的現(xiàn)象，若有針對性地進行更換小電動機工作，可降低電動機運行無功功率，降低電動機空載運行有功功率，提高電動機功率因數(shù)，降低有功耗能提高效率。系統(tǒng)效率隨著電動機功率利用率的提高而提高。2）應(yīng)用高效電動機Y系列三相異步電動機在額定功率的85%運行時，效率和功率因數(shù)呈現(xiàn)最大值，而當負載降低時效率和功率因數(shù)都隨之下降，能耗隨之增大。抽油機的扭矩特點是波動較大，且存在負扭矩，因此Y系列電動機經(jīng)常不在最佳狀態(tài)下運行。高效節(jié)能電動機在較寬的載荷率下工作效率較高，在低負載率時效率較高，具有啟動扭矩大，功率因數(shù)高的特點。3）提高抽油機平衡度。抽油機運行不平衡，會造成電動機運行電流和功率因數(shù)波動過大，甚至造成電動機在沖程某一階段出現(xiàn)負功現(xiàn)象，造成不必要的電耗。抽油機平衡度調(diào)整的最終目的有兩個，一是保證抽油機安全運行，二是節(jié)能。通過調(diào)整平衡塊重心的位置，使上沖程與下沖程消耗電能近似相等，達到最節(jié)能的效果。

3.1.2 提高抽油機效率

1）推廣應(yīng)用高效抽油機。使用皮帶式抽油機。該機沖程長，沖速小，泵的充滿系數(shù)高。而且皮帶具有吸收震動的作用，換向平穩(wěn)，沖速慢，所以機泵慣性載荷、動載荷小。使用雙驢頭抽油機。同常規(guī)型抽油機結(jié)構(gòu)基本一樣，但將曲柄上的平衡重轉(zhuǎn)到另一側(cè)的驢頭上，載荷的周期性變化小，電動機匹配小，節(jié)能效果好。2）強化抽油機保養(yǎng)，降低機械摩擦損耗。在能量傳遞過程中，抽油機的能量損失在摩擦損耗中，因此，強化抽油機維護保養(yǎng)，降低機械摩擦損耗，是提高抽油機效率的重要方面。主要包括電動機、抽油機、井口各運動摩擦部位的潤滑、校偏、皮帶輪“四點一線”、皮帶松緊調(diào)整及更換磨損嚴重變速箱等。

3.1.3 優(yōu)化沉沒度。沉沒度對泵效及系統(tǒng)效率影響很大，沉沒度過大造成抽油機上下行程懸點載荷增加，磨阻增大，管柱效率降低，地面能耗增加；沉沒度過小會降低泵效。泵掛深度變化時，油井產(chǎn)液量隨下泵深度的增加，有先上升后降低的規(guī)律。沉沒度過大，不但對提高產(chǎn)量無益，反而會增加懸點載荷，增大電動機負荷，降低系統(tǒng)效率，在現(xiàn)場生產(chǎn)中當動液面確定時，沉沒度的選擇直接決定泵掛深度，因此，合理選擇沉沒度對油井系統(tǒng)效率的提高十分重要。

參考文獻

1.馬春玲，王艷豐，鄭慧娟.抽油機井系統(tǒng)效率的管理因素分析[J].石油石化節(jié)能，2016，2（2）：31-32.endprint