影響抽油機(jī)井系統(tǒng)效率的因素分析與改進(jìn)對(duì)策

劉其鑫

【摘 要】提高抽油機(jī)井系統(tǒng)效率可有效提高油井開(kāi)發(fā)效果和實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。本文從抽油機(jī)井系統(tǒng)效率計(jì)算公式出發(fā)，分析了影響抽油機(jī)系統(tǒng)效率的諸因素，并針對(duì)各影響因素提出了有效的改進(jìn)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，具有一定的借鑒意義。

【關(guān)鍵詞】抽油機(jī)井；系統(tǒng)效率；因素分析；對(duì)策探討

一、抽油機(jī)井系統(tǒng)效率計(jì)算公式

抽油機(jī)采油原理就是將地面的電能傳遞給井下的液體，從而將井下的液體舉升到地面。整個(gè)系統(tǒng)工作時(shí)，就是一個(gè)能量不斷傳遞和轉(zhuǎn)化的過(guò)程。在每一次傳遞時(shí)都將損失一定的能量。從地面供入系統(tǒng)的能量扣除系統(tǒng)損失的各種能量以后，剩余的能量就是系統(tǒng)所給液體的有效能量，這一將液體舉升到地面的有效能量與系統(tǒng)輸入的能量之比值稱(chēng)之為抽油機(jī)的系統(tǒng)效率。

抽油機(jī)井的系統(tǒng)效率公式為：

η=N有/ N入 而 N有=HQρg/（3600×24）

式中：H―舉升高度，m；H=H動(dòng)+（P油-P套）/（ρ×g）；H動(dòng)―動(dòng)液面，m；P油、P套―油壓、套壓，MPa；Q―產(chǎn)液量，m3/d；ρ―混合液密度，kg/m3；g―重力加速度，9.8m/s2；η―抽油機(jī)井系統(tǒng)效率。

影響抽油機(jī)系統(tǒng)效率的因素較多，直接的因素有動(dòng)液面深度、產(chǎn)液量、油壓、套壓等。因此要提高單井的系統(tǒng)效率，必須找到產(chǎn)量與沉沒(méi)度的最佳結(jié)合點(diǎn)，進(jìn)而合理匹配生產(chǎn)參數(shù)，降低能耗。在輸入功率一定的條件下，損失功率越大，系統(tǒng)效率越低；反之亦然。易見(jiàn)，要提高抽油機(jī)井系統(tǒng)效率，就要降低各部分的功率損失。

二、影響抽油機(jī)系統(tǒng)效率的因素分析

（一）日產(chǎn)液量的影響

確定一口井工作參數(shù)后，在正常生產(chǎn)時(shí)，沉沒(méi)度保持穩(wěn)定。單井的日產(chǎn)液量穩(wěn)定。單井日產(chǎn)液量越高，系統(tǒng)效率越高。而隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)，泵漏失現(xiàn)象會(huì)越嚴(yán)重，這就需要保證深井泵良好的工作狀態(tài)，可采取改善泵結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)泵的抗磨蝕性能，定期檢泵等措施來(lái)維護(hù)。

（二）有效揚(yáng)程的影響

對(duì)于油井來(lái)說(shuō)，在其它條件一定的情況下，有效揚(yáng)程越大，系統(tǒng)效率越高。而有效揚(yáng)程大小是由動(dòng)液面高低及井口油壓與套壓差值決定。對(duì)于泵掛深度一定的油井，若沉沒(méi)度大，產(chǎn)量增加，抽油泵有效揚(yáng)程降低；沉沒(méi)度小，有效揚(yáng)程雖然增大，但泵效降低，產(chǎn)量下降。

（三）輸入功率的影響

輸入功率大小，直接影響系統(tǒng)效率的高低。而輸入功率與抽油機(jī)型、電機(jī)等地面設(shè)備有關(guān)。

雙驢頭八型抽油機(jī)：該機(jī)型的游梁后臂及連桿的長(zhǎng)度隨懸點(diǎn)位置的改變而變化，減少了曲柄軸扭矩波動(dòng)，降低了裝機(jī)功率，提高電機(jī)運(yùn)行效率，達(dá)到節(jié)電、提高系統(tǒng)效率目的。節(jié)能電機(jī)：在生產(chǎn)中有一部分電機(jī)處于“大馬拉小車(chē)”的運(yùn)行狀態(tài)，這對(duì)抽油機(jī)系統(tǒng)影響很大，當(dāng)電機(jī)負(fù)載率下降到一定程度時(shí)，效率和功率因數(shù)會(huì)急劇下降。因此對(duì)這部分機(jī)采井可采取更換電機(jī)的措施。

（四）抽油機(jī)設(shè)備的影響

抽油機(jī)井采油的原理是將電能從地面?zhèn)鬟f給井下液體，從而把井下液體舉升到井口。從地面供入系統(tǒng)的能量扣除各種損失后，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(chēng)為抽油機(jī)井系統(tǒng)效率。

（1）電機(jī)負(fù)載率。電機(jī)的影響關(guān)鍵在于電機(jī)負(fù)載率的影響。電機(jī)負(fù)載率過(guò)低時(shí)，電機(jī)效率和功率因數(shù)下降.電機(jī)處于“大馬拉小車(chē)”現(xiàn)象，嚴(yán)重影響抽油機(jī)系統(tǒng)效率。電機(jī)負(fù)載率定義為電機(jī)的消耗功率與電機(jī)裝機(jī)功率的比值。它是衡量電機(jī)輸出功率與抽油機(jī)井有效功率棚匹配的指標(biāo)。

（2）傳動(dòng)部分能損率。抽油機(jī)的皮帶傳動(dòng)、減速箱和四連桿機(jī)構(gòu)的能量傳遞損耗造成電機(jī)能耗增加。傳動(dòng)部分能損率是由抽油機(jī)的皮帶傳動(dòng)、減速箱和四連桿機(jī)構(gòu)的能量傳遞損耗所構(gòu)成。分別有測(cè)試和計(jì)算方法，它是衡量抽油機(jī)地面裝置傳動(dòng)部分能源損失的指標(biāo)，其值為越小越優(yōu)型。

（3）抽油機(jī)平衡率。抽油機(jī)平衡率定義為抽油機(jī)上沖程的電流峰值與下沖程的電流峰值的比值，當(dāng)抽油機(jī)不平衡時(shí)，上沖程中電動(dòng)機(jī)承受著極大的負(fù)荷.下沖程中抽油機(jī)反而帶著電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，從而造成功率的浪費(fèi)，降低電動(dòng)機(jī)的效率和壽命。它是衡量抽油機(jī)在不同沖程過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)平衡程度的指標(biāo)，是一個(gè)適中型指標(biāo)。適中值為1。

三、提高抽油井系統(tǒng)效率的改進(jìn)對(duì)策

（一）提高地面系統(tǒng)效率的途徑

1.提高電動(dòng)機(jī)效率

目前抽油機(jī)井使用的部分電動(dòng)機(jī)能量損耗仍然較高，而且配置的額定功率遠(yuǎn)大于抽油機(jī)實(shí)際輸入功率，存在“功率不匹配”現(xiàn)象，造成負(fù)載率和功率因數(shù)偏低，無(wú)功功率偏大是影響電動(dòng)機(jī)效率的重要因素。（1）合理匹配電動(dòng)機(jī)。對(duì)于電動(dòng)機(jī)匹配不合理、大馬拉小車(chē)的現(xiàn)象，若有針對(duì)性地進(jìn)行更換小電動(dòng)機(jī)工作，可降低電動(dòng)機(jī)運(yùn)行無(wú)功功率，提高電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)，降低有功耗能提高效率。系統(tǒng)效率隨著電動(dòng)機(jī)功率利用率的提高而提高。（2）應(yīng)用高效電動(dòng)機(jī)Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)在額定功率的85%運(yùn)行時(shí)，效率和功率因數(shù)呈現(xiàn)最大值，而當(dāng)負(fù)載降低時(shí)效率和功率因數(shù)都隨之下降，能耗隨之增大。高效節(jié)能電動(dòng)機(jī)在較寬的載荷率下工作效率較高，在低負(fù)載率時(shí)效率較高，具有啟動(dòng)扭矩大，功率因數(shù)高的特點(diǎn)。

2.提高抽油機(jī)效率

（1）推廣應(yīng)用高效抽油機(jī)。使用皮帶式抽油機(jī)。該機(jī)沖程長(zhǎng)，沖速小，泵的充滿(mǎn)系數(shù)高。而且皮帶具有吸收震動(dòng)的作用，換向平穩(wěn)，沖速慢，所以機(jī)泵慣性載荷、動(dòng)載荷小。使用雙驢頭抽油機(jī)。同常規(guī)型抽油機(jī)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(dòng)機(jī)匹配小，節(jié)能效果好。（2）強(qiáng)化抽油機(jī)保養(yǎng)，降低機(jī)械摩擦損耗。在能量傳遞過(guò)程中，抽油機(jī)的能量損失在摩擦損耗中，因此，強(qiáng)化抽油機(jī)維護(hù)保養(yǎng)，降低機(jī)械摩擦損耗，是提高抽油機(jī)效率的重要方面。主要包括電動(dòng)機(jī)、抽油機(jī)、井口各運(yùn)動(dòng)摩擦部位的潤(rùn)滑、校偏、皮帶輪“四點(diǎn)一線(xiàn)”、皮帶松緊調(diào)整及更換磨損嚴(yán)重變速箱等。

（二）提高抽油機(jī)平衡率

抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)和機(jī)型對(duì)單井系統(tǒng)效率影響很大，但在抽油機(jī)型號(hào)選定的情況下，影響系統(tǒng)效率的主要因素是抽油機(jī)的平衡率。抽油機(jī)不平衡，會(huì)造成抽油機(jī)壽命縮短、桿斷、電能浪費(fèi)等。這是一個(gè)隨生產(chǎn)時(shí)間變化的參數(shù)，按原規(guī)定抽油機(jī)的平衡率在85%～115%之間為合格。在一般情況下欠平衡比過(guò)平衡時(shí)系統(tǒng)效率會(huì)高一些?？紤]到實(shí)際生產(chǎn)情況，把平衡率定為85%～100%比較合適，平衡率超出此范圍，抽油機(jī)的效率會(huì)降低。

（三）合理優(yōu)化參數(shù)，提高抽油機(jī)井系統(tǒng)效率

由系統(tǒng)效率計(jì)算公式可知，要提高單井的系統(tǒng)效率，必須找到產(chǎn)量與沉沒(méi)度的最佳結(jié)合點(diǎn)，進(jìn)而合理匹配生產(chǎn)參數(shù)。根據(jù)抽油井生產(chǎn)情況，優(yōu)化確定合理的沉沒(méi)度，對(duì)部分井進(jìn)行了參數(shù)優(yōu)化。油機(jī)井上提泵掛的優(yōu)化措施通過(guò)在檢泵中優(yōu)化泵掛深度設(shè)計(jì)，在不影響單井生產(chǎn)能力的情況下，采取上提泵掛措施，在降低抽汲負(fù)荷的同時(shí)，確定合理的沉沒(méi)度，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

抽油機(jī)抽汲參數(shù)的優(yōu)化方法：針對(duì)參數(shù)偏大區(qū)及負(fù)荷超載區(qū)的井，采取調(diào)小參數(shù)措施，使動(dòng)液面恢復(fù)到合理范圍，在減少設(shè)備損壞的幾率的同時(shí)，也達(dá)到了節(jié)能降耗效果。

四、幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)

（1）改善抽油井供排關(guān)系，是提高系統(tǒng)效率的首要因素，通過(guò)系統(tǒng)科學(xué)的研究油井產(chǎn)能與抽汲參數(shù)的關(guān)系，可以做到合理開(kāi)發(fā)，挖掘油井生產(chǎn)潛力。

（2）油機(jī)井系統(tǒng)效率測(cè)試工作是開(kāi)展節(jié)能實(shí)驗(yàn)和新技術(shù)推廣的根本保障，因此，要加強(qiáng)抽油機(jī)井的能耗測(cè)試工作，開(kāi)發(fā)完善能耗測(cè)試儀器，保證測(cè)試效果。

（3）優(yōu)化抽汲參數(shù)，保持合理流壓，是提高抽油機(jī)井系統(tǒng)效率最簡(jiǎn)捷的途徑。

【參考文獻(xiàn)】

[1]李道品，羅迪強(qiáng).低滲透油田開(kāi)發(fā)技術(shù)[M].北京：北京石油工業(yè)出版社，1994.

[2][美]M.A.克林斯.二氧化碳驅(qū)油機(jī)理及工程設(shè)計(jì)[M].北京：北京石油工業(yè)出版社，1989.