抽油機(jī)井系統(tǒng)效率提升探討

閆靜（大慶油田有限責(zé)任公司第二采油廠）

1 系統(tǒng)效率的影響因素

抽油機(jī)抽汲工作時(shí)， 就是一個(gè)能量不斷傳遞和轉(zhuǎn)化的過(guò)程， 能量每一次傳遞和轉(zhuǎn)化都將有一定的損失。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。以光桿、懸繩器為界，對(duì)抽油機(jī)井系統(tǒng)能耗進(jìn)行節(jié)點(diǎn)分析，其分為地面及地下兩部分。地面部分有皮帶、減速箱、四連桿、電動(dòng)機(jī)4 個(gè)節(jié)點(diǎn)，地下部分有盤(pán)根盒、抽油桿、管柱、抽油泵4個(gè)節(jié)點(diǎn)。

系統(tǒng)效率只取決于損失功率與輸入功率之比，即在輸入功率一定的情況下，損失功率越大，系統(tǒng)效率越低；反之，系統(tǒng)效率就越高。因此，要提高系統(tǒng)效率，就要減少有桿抽油系統(tǒng)各部分的功率損失，進(jìn)而提高各節(jié)點(diǎn)的效率。

東北石油大學(xué)王素玲教授曾對(duì)抽油機(jī)各部分效率與系統(tǒng)效率的關(guān)系進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明，抽油機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)效率、抽油泵效率、抽油桿效率及管柱效率損失率相對(duì)較高，是影響系統(tǒng)效率的主要因素（表1）。

1）電動(dòng)機(jī)效率。電動(dòng)機(jī)輸出功率與輸入功率的比值為電動(dòng)機(jī)效率。一般電動(dòng)機(jī)銘牌上標(biāo)注的電動(dòng)機(jī)效率是在負(fù)載率高于60%的情況下的數(shù)據(jù)。主要功率損失包括控制箱性能單一，缺少電容補(bǔ)償、生產(chǎn)參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)等功能。由于電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)低，無(wú)法滿足抽油機(jī)運(yùn)行參數(shù)的調(diào)整，致使抽油機(jī)參數(shù)不合理。普通電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，因其功率因數(shù)比較低造成供電線路的無(wú)功損耗增加，或電動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)多次維修后絕緣等性能變差，使得電動(dòng)機(jī)效率變差。

2）抽油泵效率。其主要的功率損失為抽油泵柱塞與襯套之間的摩擦損失、泵漏失損失（又稱(chēng)容積損失），原油流經(jīng)泵閥時(shí)由于水力阻力引起的功率損失（又稱(chēng)水力損失）。

3）抽油桿效率。其主要的功率損失為抽油桿與油管的摩擦損失、抽油桿與液體之間的摩擦損失、桿柱彈性伸縮損失。

4）管柱效率。其主要的功率損失為油管漏失損失、液體與油管內(nèi)壁產(chǎn)生的摩擦損失、油管彈性伸縮損失。

表1 抽油機(jī)各節(jié)點(diǎn)能耗狀況理論分析結(jié)果

2 各部分效率與系統(tǒng)效率的關(guān)系

2.1 電動(dòng)機(jī)效率與系統(tǒng)效率

選取5 口抽油機(jī)井，統(tǒng)一應(yīng)用高轉(zhuǎn)差節(jié)能型電動(dòng)機(jī)[1-6]，應(yīng)用前后分別進(jìn)行電能參數(shù)測(cè)試，2012年機(jī)采井應(yīng)用節(jié)能設(shè)備效果見(jiàn)表2。其中，電動(dòng)機(jī)效率提高21.9個(gè)百分點(diǎn)，系統(tǒng)效率提升6.5個(gè)百分點(diǎn)，單井日節(jié)電20.8 kWh，效果明顯。

表2 2012年機(jī)采井應(yīng)用節(jié)能設(shè)備效果

2.2 抽油泵效與系統(tǒng)效率

選取低沉沒(méi)度井，通過(guò)套管灌水間隔固定時(shí)間進(jìn)行測(cè)試，繪制抽油機(jī)井泵效、沉沒(méi)度、系統(tǒng)效率三者關(guān)系曲線[7-8]。測(cè)試結(jié)果表明，隨著抽油機(jī)井沉沒(méi)度的逐漸升高，泵效升高，系統(tǒng)效率提高；當(dāng)沉沒(méi)度達(dá)到一定高度時(shí)，泵效達(dá)到高值，系統(tǒng)效率最高；當(dāng)沉沒(méi)度繼續(xù)升高時(shí)，泵效保持穩(wěn)定，系統(tǒng)效率開(kāi)始下降，抽油機(jī)井沉沒(méi)度、泵效、系統(tǒng)效率關(guān)系曲線見(jiàn)圖1。隨后對(duì)全區(qū)抽油機(jī)井進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果相符，抽油機(jī)井沉沒(méi)度調(diào)整在200～300m，系統(tǒng)效率最高，能效利用率最高，抽油機(jī)井不同沉沒(méi)度分級(jí)下泵效、系統(tǒng)效率統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表3。

圖1 抽油機(jī)井沉沒(méi)度、泵效、系統(tǒng)效率關(guān)系曲線

表3 抽油機(jī)井不同沉沒(méi)度分級(jí)下泵效、系統(tǒng)效率統(tǒng)計(jì)

2.3 抽油桿、管柱效率與系統(tǒng)效率

影響桿管效率主要因素是摩擦阻力。通過(guò)大量作業(yè)井跟蹤及數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)結(jié)蠟井驢頭交變載荷大、電流高，反映出來(lái)的問(wèn)題是桿管摩阻大。抽油機(jī)井熱洗是為了防止原油中的蠟在油管壁上附著、聚集，影響油井生產(chǎn)而采取的一種利用熱介質(zhì)加熱井筒進(jìn)行化蠟的措施，可以減輕抽油機(jī)井下桿管的摩擦。對(duì)10 口結(jié)蠟井進(jìn)行數(shù)據(jù)跟蹤，并將其與作業(yè)后桿管清潔狀態(tài)下測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比（表4）。比對(duì)結(jié)果表明，測(cè)試電流下降6 A，交變載荷下降15 kN，單井日節(jié)電13.5 kWh。

表4 10口結(jié)蠟井結(jié)蠟前后測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比

2.4 四連桿機(jī)構(gòu)效率與系統(tǒng)效率

除上述主要影響因素外，還對(duì)抽油機(jī)四桿機(jī)構(gòu)與系統(tǒng)效率關(guān)系進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析。通過(guò)四連桿的優(yōu)化設(shè)計(jì)和抽油機(jī)平衡方式的完善來(lái)改變抽油機(jī)曲柄軸凈扭矩曲線的形狀和大小，使其波動(dòng)平坦，減少負(fù)扭矩，從而減小抽油機(jī)的周期載荷系數(shù)，提高電動(dòng)機(jī)的工作效率，達(dá)到節(jié)能的目的。 選取不同機(jī)型、不同產(chǎn)液級(jí)別的5 口抽油機(jī)井進(jìn)行試驗(yàn)。在平衡塊可調(diào)整區(qū)間，等距離選取6 個(gè)點(diǎn)作為平衡重心半徑，再依據(jù)試驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)繪制單井日耗電量與平衡率[9]的關(guān)系曲線。由圖2 可知，平衡率在88%～93%日耗電量最少。

圖2 機(jī)采井日耗電量與平衡率關(guān)系曲線

3 生產(chǎn)實(shí)際調(diào)整情況

依據(jù)上述分析意見(jiàn)，對(duì)某區(qū)塊抽油機(jī)井進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)整。

3.1 提高電動(dòng)機(jī)效率

更換節(jié)能電動(dòng)機(jī)30 臺(tái)，措施井系統(tǒng)效率提高4.07個(gè)百分點(diǎn)，累計(jì)節(jié)電6.57×104kWh。

3.2 提高抽油泵效率

轉(zhuǎn)型8口井，措施井系統(tǒng)效率提高4個(gè)百分點(diǎn)，累計(jì)節(jié)電10.04×104kWh；抽油機(jī)井檢換小泵12 井次，螺桿泵檢換小泵1 井次，措施井系統(tǒng)效率提高3.62 個(gè)百分點(diǎn)，累計(jì)節(jié)電0.87×104kWh；參數(shù)調(diào)整281 井次，其中間抽225 井次、參數(shù)調(diào)小45井次、電泵縮油嘴0 井次、螺桿調(diào)小轉(zhuǎn)速11 井次，措施井系統(tǒng)效率提高2.59個(gè)百分點(diǎn)，累計(jì)節(jié)電17.81×104kWh。

3.3 其他措施

合理安排洗井周期，平均電流下降1.5 A，系統(tǒng)效率提升0.52個(gè)百分點(diǎn)，累計(jì)節(jié)電4.3×104kWh。

地面平衡調(diào)整95 井次，措施井系統(tǒng)效率提高0.23個(gè)百分點(diǎn)，累計(jì)節(jié)電2.28×104kWh。

4 結(jié)論

抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)效率、抽油泵效率、抽油桿效率及管柱效率為影響系統(tǒng)效率的主要因素。抽油泵效率優(yōu)化上，可以通過(guò)參數(shù)調(diào)整、管柱調(diào)整等措施調(diào)整供排關(guān)系，將沉沒(méi)度調(diào)整至200～300m，系統(tǒng)效率最高，能耗效率最高。合理安排洗井周期，可以降低抽油機(jī)運(yùn)行電流，降低交變載荷，從而降低桿管摩擦阻力，進(jìn)而提升桿管效率，提升系統(tǒng)效率。地面平衡調(diào)整、盤(pán)根調(diào)整雖然對(duì)系統(tǒng)效率影響占比較小，但仍是不可忽視的部分，依然存在較大節(jié)能潛力。