有桿抽油系統(tǒng)效率優(yōu)化提升策略探究

徐超

摘要：有桿抽油作為石油工業(yè)傳統(tǒng)的采油方式之一，在采油工程中一直占主導(dǎo)地位，而抽油機(jī)是石油開采中重要的機(jī)械采油設(shè)備。在實(shí)際生產(chǎn)中影響抽油機(jī)系統(tǒng)效率的因素較多，主要包括地層因素、設(shè)備條件、管理水平等各種因素的影響。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：油田開發(fā)；系統(tǒng)效率；節(jié)能降耗；無功補(bǔ)償；系統(tǒng)參數(shù)

隨著油田開發(fā)的不斷深入，采油成本逐年遞增，抽油系統(tǒng)效率成為衡量一個(gè)油田開發(fā)水平的重要指標(biāo)。有桿抽油系統(tǒng)的能耗是一個(gè)復(fù)雜而繁瑣的課題，理論研究和實(shí)踐結(jié)果表明，有桿抽油的系統(tǒng)能耗與系統(tǒng)效率有密切聯(lián)系，一般來說系統(tǒng)效率越高，噸液所需能量損耗越小；系統(tǒng)效率越低，噸液所需能量損耗越大；有桿抽油系統(tǒng)效率的高低基本上反映了有桿抽油技術(shù)能耗的總體水平。

因此，開展抽油機(jī)井系統(tǒng)效率影響因素研究，找出影響系統(tǒng)效率的敏感因素，對油田提高采油系統(tǒng)效率及節(jié)能降耗具有很重要的意義。有桿抽油系統(tǒng)效率的高低基本上反映了有桿抽油技術(shù)能耗的總體水平。

1 抽油機(jī)井系統(tǒng)效率

根據(jù)抽油系統(tǒng)的工作特點(diǎn)，可以將抽油機(jī)系統(tǒng)的效率分解為地面及井下兩部分（抽油機(jī)地面效率為懸繩器以上的機(jī)械傳動(dòng)效率和電機(jī)運(yùn)行效率的乘積；抽油機(jī)井下效率為懸繩器以下到抽油粟再到井口（含回壓）的效率。

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

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?？梢姳P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

△P8水=△h油管P×g×Q/100

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。

3.2 提高電動(dòng)機(jī)負(fù)載率

電動(dòng)機(jī)低負(fù)荷率下的效率低和功率因數(shù)低是抽油機(jī)浪費(fèi)電能的原因之一，電動(dòng)機(jī)負(fù)載率提高7%～12%，系統(tǒng)效率提高2%～4%，當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載率低于25%時(shí)，就應(yīng)該考慮降低電動(dòng)機(jī)的容量級別。

3.3 合理選用抽油機(jī)機(jī)型

抽油機(jī)的懸點(diǎn)載荷狀況是影響抽油機(jī)能耗的主要因素，抽油機(jī)的負(fù)載率在80%左右為最佳狀態(tài)。由于油井井況多變，因此要經(jīng)常調(diào)節(jié)平衡，平衡度好的抽油機(jī)，在穩(wěn)定生產(chǎn)的情況下，拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)發(fā)電的情況少。

3.4 安裝無功補(bǔ)償裝置

單井功率因數(shù)補(bǔ)償柜是在變壓器低壓側(cè)投加電容，利用無功就地補(bǔ)償裝置產(chǎn)生的電容性電流抵消電動(dòng)機(jī)感性電流。油井安裝無功補(bǔ)償器后，降低了線路的損耗和變壓器的損耗，從而提高功率因數(shù)，提高效率，達(dá)到節(jié)電目的。為了克服氣體對泵效的不良影響，根據(jù)油井產(chǎn)量、氣油比大小及地層情況等，可以采用井下分離器、助流器等先進(jìn)成熟的工藝技術(shù)，促使抽油機(jī)系統(tǒng)效率的提高。

3.5 優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)

有桿抽油系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)是以油層、井筒以及抽油設(shè)備（機(jī)、桿、泵）所組成的有桿抽油系統(tǒng)為研究對象，以油層、井筒、機(jī)—桿—泵三個(gè)子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)為基礎(chǔ)，合理配置生產(chǎn)設(shè)備和優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)生產(chǎn)參數(shù)。在滿足油井產(chǎn)量的前提下，優(yōu)選沖次、沖程和泵徑，組成最優(yōu)組合，是保證油井系統(tǒng)效率高，能耗少的重要措施之一。

3.6 加強(qiáng)抽油機(jī)井的科學(xué)管理

提高日常管理水平保證抽油機(jī)的平衡度要求。抽油機(jī)不平衡，會造成抽油機(jī)壽命縮短、桿斷、電能浪費(fèi)等。平衡好的抽油機(jī)，可減小對電動(dòng)機(jī)的容量需求，有利提高電動(dòng)機(jī)運(yùn)行效率。

參考文獻(xiàn)

[1] 王麗麗. 游梁式抽油機(jī)與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的合理匹配研究[D]. 東北石油大學(xué) 2013

（作者單位：勝利采油廠采油管理三區(qū)）