抽油機(jī)井系統(tǒng)效率影響因素分析與改進(jìn)

齊甫原 張強(qiáng) 段文

機(jī)采系統(tǒng)效率主要由地面運(yùn)行設(shè)備的效率和井下桿管泵效率兩部分構(gòu)成，本文從地面設(shè)備、井下桿管、泵和管理及油井的參數(shù)設(shè)計等方面分析了影響抽油機(jī)井系統(tǒng)效率的因素，本文從有桿泵抽油機(jī)井的井下工具、地面設(shè)備、配套設(shè)施等各個環(huán)節(jié)，對影響有桿泵機(jī)采系統(tǒng)效率的因素進(jìn)行了細(xì)致地分析，并針對各影響因素提出了有效的對策，對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，實現(xiàn)油井節(jié)能降耗，具有一定的指導(dǎo)意義。

一、 抽油機(jī)井系統(tǒng)效率影響因素分析

針對長慶油田目前開發(fā)現(xiàn)狀，大路溝二區(qū)所屬高含水油井居多，抽油機(jī)長時間的低效運(yùn)行，不僅造成大量電能的浪費(fèi)，而且影響設(shè)備的使用壽命，提高抽油機(jī)機(jī)采效率是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，主要取決于設(shè)備狀況、參數(shù)優(yōu)化等方面，通過加強(qiáng)分析，確定科學(xué)的調(diào)整方式，實現(xiàn)供采協(xié)調(diào)，充分發(fā)揮油井產(chǎn)能，從而降低能耗，提高經(jīng)濟(jì)效益。

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5個部分，即：

（1）電動機(jī)損失部分功率△P1：當(dāng)電動機(jī)輸出功率為額定輸出功率的60-100%時，電動機(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，負(fù)荷變化極大，所以其電動機(jī)的工作效率低于其額定效率。據(jù)資料顯示，電動機(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，由于光桿與盤根盒中的填料有相對運(yùn)動產(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-有效密封高度；d-光桿直徑；v-光桿運(yùn)動速度；k-系數(shù)，由密封材質(zhì)確定。

可見盤根盒部分損失與密封材質(zhì)、光桿直徑、運(yùn)動速度有關(guān)。

二、提高抽油機(jī)井系統(tǒng)效率的措施研究

通過以上對有桿泵抽油系統(tǒng)的效率分析，可以發(fā)現(xiàn)，提高電動機(jī)工作效率，減小抽油機(jī)運(yùn)動的速度、加速度，減小抽油系統(tǒng)的磨擦是實現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能的主要手段。

1.改善電動機(jī)自身工作特性實現(xiàn)節(jié)能。通過使用高轉(zhuǎn)差電動機(jī)（轉(zhuǎn)差率為20-30%，常規(guī)電動機(jī)轉(zhuǎn)差率僅為2-5%）改變電動機(jī)的硬特性，提高啟動狀態(tài)的輸出功率，降低所選電動機(jī)的額定功率PN，使電動機(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)電動機(jī)負(fù)荷低于50%PN時，電動機(jī)的效率會急劇下降），從而提高電動機(jī)的工作效率，實現(xiàn)大幅節(jié)能。這種方式受抽油機(jī)工況影響較大，一般在抽油機(jī)負(fù)荷較小時應(yīng)用效果較好，若抽油機(jī)的負(fù)荷較大，則不宜應(yīng)用。

2.增設(shè)節(jié)能控制柜進(jìn)行無功補(bǔ)償。通過增設(shè)節(jié)能控制柜對電動機(jī)進(jìn)行電容低壓就地補(bǔ)償，即在電動機(jī)定子繞組上并接容性負(fù)載，使電動機(jī)這個感性負(fù)載的電流滯后，使無功功率下降，這樣可以減少電源變壓器的實踐功率，提高電網(wǎng)的供電質(zhì)量，盡管從單井沒有節(jié)能，但從整體上看則實現(xiàn)了節(jié)能降耗。（下轉(zhuǎn)第80頁）（上接第67頁）3.改變抽油機(jī)運(yùn)動學(xué)特性節(jié)能。眾所周知，長沖程、低沖次是實現(xiàn)節(jié)能的有效手段，但是由于沖程的增加，有桿抽油設(shè)備體積就必須隨之增大，不僅增加了投資成本，也為日常生產(chǎn)帶來較大的麻煩。因此，長沖程、低沖次抽油機(jī)不能在油田得到廣泛應(yīng)用。通過改變抽油機(jī)四連桿結(jié)構(gòu)、參數(shù)等手段改變抽油機(jī)的運(yùn)動特性，降低懸點加速度，使運(yùn)動更加平穩(wěn)，減小動載荷，使扭矩變化均勻，實現(xiàn)節(jié)能，與長沖程、低沖次抽油機(jī)殊途同歸。目前油田應(yīng)用較為廣泛的有雙驢頭抽油機(jī)等節(jié)能型抽油機(jī)。

4.進(jìn)行油井優(yōu)化工藝設(shè)計，提高井下效率。（1）提淺泵掛：由以上分析，在保證合理沉沒度的前提下，抽油機(jī)井提淺泵掛可減少抽油桿、節(jié)箍與油管、液柱發(fā)生磨擦造成的功率損失；可減少油管柱部分的漏失損失和水力損失；可減少上沖程時的抽油機(jī)的負(fù)荷，減少泵的漏失，提高泵效，從而提高系統(tǒng)效率。（2）提高泵徑：在目前設(shè)備狀況和油井要求產(chǎn)液量一定的情況下，選用目前設(shè)備的最大沖程，選用大泵徑抽油泵，而采用較低的沖次，可減少抽油系統(tǒng)中各個磨擦部分的功率損失，從而提高機(jī)采系統(tǒng)效率。

5.精確平衡實現(xiàn)節(jié)能。實驗表明，當(dāng)上沖程電流與下沖程電流的比值在80%一100%之間時能耗最低，而普通抽油機(jī)往往不能達(dá)到上述平衡效果。通過在常規(guī)抽油機(jī)上增設(shè)機(jī)構(gòu)實現(xiàn)對抽油機(jī)的精確平衡，從而使抽油機(jī)的復(fù)合平衡曲線與負(fù)荷曲線更相似，分散了峰值扭矩，減小扭矩，使凈扭矩曲線更加平滑，達(dá)到節(jié)能目的。

6.逐步淘汰高能耗電機(jī)。對目前低沖次、低液量稠油井，實施采用節(jié)能型電機(jī)并配合使用變頻控制柜、減速器。（1）采用節(jié)能型電機(jī)+變頻控制柜。此種方式的優(yōu)點是油井調(diào)參方便，可置換性強(qiáng)；缺點是變頻柜的一次性投資高。 （2）采用節(jié)能型電機(jī)+減速器裝置。此方式的優(yōu)點是減速器價格相對便宜，缺點是增加了摩擦，系統(tǒng)效率會受到一定影響，且油井調(diào)參困難，可置換性差。

7.加強(qiáng)油井現(xiàn)場管理工作。完善的生產(chǎn)現(xiàn)場管理措施，對于提高機(jī)采系統(tǒng)效率也有很大的影響，它的特點是少投入，多產(chǎn)出。通過對抽油機(jī)井采取調(diào)參、調(diào)平衡、調(diào)盤根盒松緊程度、調(diào)皮帶松緊及對抽油設(shè)備、井口設(shè)施實施“五率”（基礎(chǔ)水平率；驢頭、懸繩器、盤根盒對中率；運(yùn)行平衡率；緊固合格率、潤滑合格率）檢驗措施，保證抽油機(jī)井運(yùn)行在最佳經(jīng)濟(jì)狀態(tài)。

提高系統(tǒng)效率是一項長期、基礎(chǔ)、綜合的工作，提高系統(tǒng)效率對節(jié)約能耗和提高經(jīng)濟(jì)效益有很大好處。提高抽油機(jī)井系統(tǒng)效率要對影響抽油機(jī)系統(tǒng)效率的諸因素進(jìn)行系統(tǒng)研究，并采取行之有效的節(jié)能降耗措施，才可能把抽油機(jī)系統(tǒng)效率提高到一個較高的水平。

（作者單位：長慶油田分公司第四采油廠）