機械采油系統(tǒng)能耗綜合分析與優(yōu)化策略

張海春

摘 要：近年來，隨著國際油價持續(xù)低迷，采油行業(yè)形勢突變，油田企業(yè)效益持續(xù)下滑，倒逼企業(yè)降低采油生產(chǎn)成本提高效益。同時，持續(xù)開采使得油田進入高含水期，開采能耗有增大的趨勢。因此，油田企業(yè)必須改變過去粗獷的開發(fā)方式，加強節(jié)能降耗工作。在油田生產(chǎn)中，機械采油系統(tǒng)能耗占油田能耗的很大一部分，提高機械采油系統(tǒng)工作效率降低能耗越來越受到油田企業(yè)重視。文章分析了影響機采系統(tǒng)能耗的因數(shù)，提出了通過選擇合理生產(chǎn)設備、優(yōu)化機采系統(tǒng)生產(chǎn)參數(shù)、提高機械采油系統(tǒng)管理水平等節(jié)能措施，提高機采系統(tǒng)效率，努力實現(xiàn)降本增效。

關(guān)鍵詞：機械采油系統(tǒng)；節(jié)能降耗；生產(chǎn)參數(shù)；提高效益

隨著油價持續(xù)低迷，油田企業(yè)愈加重視降本增效，積極開展了機械采油系統(tǒng)節(jié)能降耗工作。文中分析了影響機械采油系統(tǒng)能耗的因素，對機械采油系統(tǒng)節(jié)能措施及效果進行了分析，為提升機采系統(tǒng)工作效率、降低能耗提供參考。

1 影響抽油機能耗的因素分析

1.1 抽油機載荷和工作狀態(tài)對機采系統(tǒng)能耗的影響

抽油機在工作時傳動系統(tǒng)從動力部分到懸點，要經(jīng)過減速和換向等過程，在這個過程中，游梁式抽油機的平衡度對機采系統(tǒng)的能耗影響較大。平衡度較好的抽油機，機采系統(tǒng)工作效率高，反之，平衡度較差的抽油機，機采系統(tǒng)工作效率較低。除此之外，抽油機的平衡度不好會影響各部分工作狀態(tài)，使得抽油機連桿機構(gòu)、減速箱等部件工作異常，縮短機采系統(tǒng)的工作壽命。因此，要時刻關(guān)注抽油機的平衡狀態(tài)，對于平衡狀態(tài)較差的抽油機要及時調(diào)整，通常抽油機能耗最小時平衡度最佳，通過平衡調(diào)節(jié)能夠降低能耗，提高機采系統(tǒng)工作效率。

1.2 電動機對機采系統(tǒng)能耗影響

抽油機的主要動力設備是電動機，其能耗的高低直接決定著機采系統(tǒng)效率的高低。評價電動機參數(shù)有電動機的負載率和功率因數(shù)。電動機的負載率指的是電動機實際輸出功率N 1 與額定功率 N 0 的比值，有如下計算公式：

相應的，電動機的功率因數(shù)計算公式如下：

電動機工作效率通常用 1 個周期內(nèi)的平均輸入功率平均軸功率的比值來評價，具體公式如下，

式中：N 1m 為平均軸功率，單位 KW。

N 1m 為一個周期內(nèi)的平均輸入功率，單位 KW。

電動機負載率與其功率因數(shù)及工作效率關(guān)系如圖 1 所示，電動機負載率過低時，其功率因數(shù)與系統(tǒng)工作效率均較低。目前使用較多的異步電機只有在額定功率運行時，其功率因數(shù)和工作效率才達到最佳狀態(tài)，負載率降低時，電動機的工作效率明顯降低。因此，必須提高電動機負載率，使用永磁同步電機能夠較好解決這個問題。

1.3 摩擦阻力對機采系統(tǒng)能耗的影響

（1）桿、管、柱的摩擦阻力。隨著油井持續(xù)開采，地層產(chǎn)出液中含水升高，由早期的油包水變?yōu)樗?，井?nèi)液體潤滑效果變差 ，同時井內(nèi)出砂情況加劇，導致井下桿、管、柱在工作時摩擦阻力變大。井上部分四連桿機構(gòu)工作時也會由摩擦導致能量損失，驢頭鋼絲形變等也會降低四連桿機構(gòu)工作效率。

（2）光桿與盤根盒的摩擦阻力。光桿與盤根盒接觸部分容易產(chǎn)生摩擦阻力，直接影響抽油機工作效率。當盤根盒與光桿對中性不好時，會增加光桿上、下運動中的摩擦阻力，同時盤根盒密封過緊時，也會增大與光桿直接的摩擦阻力，從而導致系統(tǒng)工作效率降低，能耗增加，研究表明，光桿與盤根盒摩擦造成的抽油機功率損失可達 10%左右。

（3）減速箱的摩擦阻力。減速箱工作過程中產(chǎn)生的摩擦阻力主要是因為減速箱潤滑不好導致的。減速箱能耗損失主要表現(xiàn)在軸承和齒輪損失上，減速箱中有三對人字齒輪，潤滑不好，齒輪間摩擦阻力增大，導致系統(tǒng)效率下降。

1.4 生產(chǎn)參數(shù)對機采系統(tǒng)能耗影響

生產(chǎn)參數(shù)設置的合理如否直接影響機采系統(tǒng)工作效率。影響機采系統(tǒng)效率的生產(chǎn)參數(shù)較多，其中油井產(chǎn)量，懸點載荷、泵掛深度、抽油機沖次沖程最重要的幾項參數(shù)。當油井的設備與油井產(chǎn)量一定，同時泵掛深度確定，此時抽油機隨著沖次增加，舉升效率降低。若泵徑、沖程沖次一定時，泵掛深度由淺入深，油井產(chǎn)液量呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢。因此，為了提高機械系統(tǒng)效率，要根據(jù)油井實際情況，合理選擇各項生產(chǎn)參數(shù)。

2 機械采油系統(tǒng)節(jié)能措施及效果分析

2.1 加強油井日常管理，提升機采系統(tǒng)運行效率

2.1.1 優(yōu)化采油工藝設計，提高舉升效率

針對油井具體情況，選擇成熟的工藝技術(shù)，提升井下管柱的舉升效率。針對稠油井可以采取泵上摻水工藝技術(shù)，對于不具備注汽條件的稠油油藏，可以采用連續(xù)抽油桿與地面驅(qū)動螺桿泵結(jié)合的機采工藝技術(shù)。針對出砂井，不僅要做好前期防砂工作，還要采取攜砂采油相關(guān)的工藝技術(shù)。

2.1.2 優(yōu)化抽油設備，提高采油效率

首先要提升電機的工作效率，使電機匹配更合理，提高電機負載率，同時提升電機功率因數(shù)，減少無功功率。其次要提升抽油機工作效率，從改善抽油機平衡度入手，減少扭矩波動幅度，還可以使用新型傳動方式的抽油機。再次，要提升泵的工作效率，對于供液較差的井，可采取間斷式生產(chǎn)、增加泵的下入深度、降低泵級等方式，實現(xiàn)供采平衡。

2.1.3 提升地面配套設備性能，減少能量損耗

要改善地面設備性能，首先是使用節(jié)能抽油機、節(jié)能電機，改造節(jié)能變頻控制裝置，同時要加強設備的維修和保養(yǎng)工作，使地面設備高效運轉(zhuǎn)，從而減少能耗。及時準確的分析油井工作狀態(tài)，調(diào)整相應的工作制度適應油井實際情況，能夠有效的降低機采系統(tǒng)能耗。

2.2 使用節(jié)能設備，提高機采系統(tǒng)效率

2.2.1 根據(jù)實際情況，使用新型抽油機

針對油井供液能力不足的情況，可以更換使用小型抽油機，使抽油機功率與油井負荷匹配效果更好，降低扭矩波動，達到節(jié)能效果?？梢允褂卯愊嘈陀瘟撼橛蜋C，該型抽油機在同樣井況條件下動載更小，平衡效果好，比常規(guī)抽油機工作效率高。還可以使用無游梁式抽油機，提高油井利用率。

2.2.2 使用新型電動機

異步電機存在功率因數(shù)低，無功功率高的情況，使用新型永磁同步電機能夠解決這一問題。永磁同步電機體積更小、重量較輕，使用維護方便，在性能方面，永磁同步電機具有啟動力矩大、過載能力強、負載率高、運行效率高的優(yōu)勢，在機采系統(tǒng)中應用效果好，節(jié)能效果明顯。

2.2.3 使用變頻調(diào)速裝置

機采系統(tǒng)使用變頻調(diào)速控制裝置能夠極大提升系統(tǒng)工作效率。變頻調(diào)速控制裝置能夠方便任意調(diào)節(jié)抽油機沖程，可控制抽油機上沖程速度快從而減少油泵泄漏，控制下沖程速度慢從而提高泵的充滿系數(shù)，從而使泵工作效率更高。變頻調(diào)速控制裝置能夠?qū)崿F(xiàn)軟啟動，極大的降低了啟動電流，可減少抽油機配備電機功率，從而提升電機的負載率。同時變頻調(diào)速控制裝置能夠提高功率因數(shù)，降低電機無功功率。

參考文獻：

[1] 提高機采井系統(tǒng)效率措施的探討[J]. 王雪坤. 中國石油和化工標準與質(zhì)量. 2016（11）