抽油機井沖速對系統(tǒng)效率的影響

鄒洪超 楊振東 靳慶凱 黃玉晶

摘 要：抽油機--深井泵的有桿泵采油方式是國內(nèi)外油田普遍采用的采油方式之一。原油開采目前普遍應(yīng)用的有桿泵采油是利用電能驅(qū)動地面抽油機，通過抽油桿帶動深井泵上、下往復(fù)運動，將原油經(jīng)井筒舉升至地面。抽油系統(tǒng)運行是一個能量不斷傳遞、轉(zhuǎn)換的過程，經(jīng)過幾個環(huán)節(jié)的能量傳遞，能量消耗增大，油井系統(tǒng)效率降低。在保證油井具有一定產(chǎn)量的前提下，調(diào)整油井的沉沒度、泵徑、沖程、沖速等生產(chǎn)參數(shù)，提高或保持抽油井的系統(tǒng)效率在一定的合理范圍內(nèi)，達到節(jié)能降耗，提高經(jīng)濟效益目的。

關(guān)鍵詞：系統(tǒng)效率;沖速;輸入功率

有桿泵抽油系統(tǒng)效率即為井下液體舉升至地面的有效功率與抽油機輸入功率之比。有桿泵抽油系統(tǒng)效率分為地面和井下效率兩部分。進一步分解為電動機效率、皮帶--減速箱效率、四連桿機構(gòu)效率、密封盒效率、抽油桿效率、深井泵效率、油管功率損失效率。抽油系統(tǒng)效率計算公式中，在有效功率（油井產(chǎn)量、舉升高度等）保持不變的前提下，降低抽油機輸入功率，就可以顯著提高油井系統(tǒng)效率，降低油井能耗，節(jié)省用電成本。

1 系統(tǒng)效率的影響因素分析

1.1 地面因素分析

井口：抽油機光桿不對中，造成光桿與井口偏磨或抽油桿與油管偏磨，增加抽油機的負荷;井口盤根盒過緊，增加抽油機負荷?；貕海壕跍囟鹊停芫€距離長，油稠含水低，流動阻力大，回壓升高，增加油井負荷。抽油機潤滑：抽油機減速箱、中軸、尾軸等旋轉(zhuǎn)機構(gòu)需要潤滑的部位，未能按要求加注潤滑油，增加摩擦阻力，造成油井負荷增加。傳動皮帶：皮帶過松，導(dǎo)致皮帶輪打滑，降低傳動效率;皮帶過緊，減少皮帶使用壽命，同時會增加負荷，導(dǎo)致電機輸入功率上升。電機：電機功率利用率低，不是節(jié)能電機，增加油井的輸入功率。抽油機平衡度：抽油機平衡度低，上、下行電機電流差別大，油井負荷波動變化幅度大，造成電機輸入功率增大。地面生產(chǎn)參數(shù)：油井沖程、沖速選用不當(dāng)，存在浪費電能的問題。

1.2 地下因素分析

泵、管、桿的組合：抽油泵的泵型、泵徑、下入深度選用不合理，抽油泵下入深度增加，沉沒度過大，抽油桿直徑過大，增加抽油機負荷，浪費電能。出沙結(jié)蠟：油井出沙、結(jié)蠟嚴(yán)重，增加抽油泵活塞摩擦阻力，油管結(jié)蠟嚴(yán)重，管徑縮小，增大油流阻力，增加油井負荷（見表1）。

2 輸入功率的主要影響因素分析

油井各個環(huán)節(jié)的負荷增大，都會使電機輸入功率上升，耗電量增加，噸液耗電量增大。系統(tǒng)效率計算公式，油井有效功率中的產(chǎn)液量、舉升高度，受到下泵深度，油井供液能力的限制，調(diào)整余地并不大。而油井平衡度、盤根盒松緊、皮帶松緊、抽油機潤滑、選用電機功率大小，油井沖速等方面可以調(diào)整的余地較大，也是提高抽油機井系統(tǒng)效率的主要工作方向。為了從中找出影響電機輸入功率增大的主要因素，通過每個影響因素調(diào)整前、后的輸入功率數(shù)據(jù)對比，找出其中的主要因素。

測量抽油機平衡度與電機輸入功率數(shù)值的變化關(guān)系：平衡度在80%時，電機輸入功率7.1kW;平衡度在90%時，電機輸入功率6.9kW;平衡度在100%時，電機輸入功率6.8kW;抽油機平衡度在100%時與80%時相比，輸入功率對比下降0.3kW。測量傳動皮帶松緊度與輸入功率變化的關(guān)系：傳動皮帶調(diào)節(jié)器位置調(diào)整到60%脹緊度時，輸入功率為6.12kW;傳動皮帶調(diào)節(jié)器位置調(diào)整到80%脹緊度時，輸入功率為6.24kW;傳動皮帶調(diào)節(jié)器位置調(diào)整到100%脹緊度時（皮帶脹緊度達到最大），輸入功率為6.33kW;傳動皮帶松緊度60%-100%時，輸入功率變化的差值為0.21kW，這一數(shù)據(jù)說明皮帶不是“越緊越好”。抽油機潤滑調(diào)整與輸入功率變化的關(guān)系：抽油機潤滑保養(yǎng)項目包括各潤滑點加注黃油，減速箱更換機油。潤滑保養(yǎng)前輸入功率6.24kW，潤滑保養(yǎng)后輸入功率6.19kW。潤滑保養(yǎng)前、后的輸入功率對比下降0.05kW。抽油機更換電機：10型抽油機使用37kW電機，輸入功率7.33kW，更換為30kW電機后，輸入功率7.12kW，輸入功率下降0.21kW。抽油機井沖速與輸入功率的變化關(guān)系：調(diào)沖速的方法采用變頻器調(diào)整頻率的大小，達到所需要的抽油機沖速。沖速調(diào)至3次/min，輸入功率為3.94kW;沖速調(diào)至4次/min，輸入功率為5.25kW;沖速調(diào)至5次/min，輸入功率為6.58kW;沖速調(diào)至6次/min（使用變頻50Hz），輸入功率為7.6kW。油井不使用變頻器，直接使用工頻（50Hz）啟動抽油機，此時抽油機沖速為6次/min，輸入功率為7.4kW。抽油機沖速由6次/min調(diào)低至3次/min，輸入功率下降3.66kW。抽油機沖速同樣是6次/min時，使用變頻器與使用工頻啟動抽油機相比，輸入功率上升0.2kW，這一數(shù)據(jù)說明，使用50Hz時，不使用變頻器，輸入功率降低，更省電。

為提高抽油機井系統(tǒng)效率，以降低輸入功率為目標(biāo)所做的抽油機井工作狀況調(diào)整工作中，根據(jù)測試結(jié)果計算，抽油機平衡度調(diào)整后，輸入功率下降4.2%;傳動皮帶松緊度調(diào)整后，輸入功率下降3.3%;抽油機潤滑保養(yǎng)調(diào)整后，輸入功率下降0.8%;抽油機更換小型電機后，輸入功率下降2.9%;抽油機沖速調(diào)整后，輸入功率下降48.2%。其中抽油機沖速調(diào)整后輸入功率下降最多，所占比重最大。作業(yè)區(qū)生產(chǎn)井，按產(chǎn)量分類將油井分為A、B、C三類。A類井日產(chǎn)液30方以上，B類井日產(chǎn)液15-30方，C類井日產(chǎn)液15方以下。將C類井作為低效節(jié)能重點井管理，逐步摸索適合的沖次匹配。試驗結(jié)果表明，C類油井，在供液能力保持不變的情況下，沖速使用4次/min與6次/min相比，油井產(chǎn)量無明顯下降，比較穩(wěn)定，油井輸入功率平均下降2.6kW，系統(tǒng)效率由18.6%提高至24.3%。

3 結(jié)論

根據(jù)測試結(jié)果得出結(jié)論，抽油機井沖速由高到低調(diào)整后，輸入功率下降最為明顯，抽油機井沖速的變化，是輸入功率的主要影響因素。除按照“五率”要求，保養(yǎng)維護抽油機，使其處于最佳運行狀態(tài)。在保障油井產(chǎn)量穩(wěn)定的同時，適當(dāng)下調(diào)抽油機沖速，可以大幅度降低輸入功率，提高系統(tǒng)效率，節(jié)省單井耗電量，降低噸液耗電成本。如需使用工頻50Hz生產(chǎn)時，應(yīng)使用工頻直接驅(qū)動電機，如使用變頻器將頻率調(diào)至50Hz驅(qū)動電機，會增加耗電量，同時變頻器長期超頻使用，會增加變頻器故障率，減少變頻器使用壽命。