提高抽油機井系統(tǒng)效率的對策分析

于慶（大慶油田有限責任公司第九采油廠）

提高抽油機井系統(tǒng)效率的對策分析

于慶（大慶油田有限責任公司第九采油廠）

摘要：抽油機井系統(tǒng)效率是反映機采系統(tǒng)高效舉升的綜合指標，系統(tǒng)效率越高，則無效損耗越低，為了進一步降低機采井運行成本，根據(jù)抽油機井的實際運行情況，在分析系統(tǒng)效率影響因素的基礎上，提出了提高抽油機井系統(tǒng)效率的相應對策，現(xiàn)場實施抽油機井237井次，年節(jié)電102×104kWh，實現(xiàn)經(jīng)濟效益63.3萬元，取得了較好的節(jié)能成果。

關鍵詞：系統(tǒng)效率；影響因素分析；對策；節(jié)能降耗

近幾年，通過開展系統(tǒng)分析，整體優(yōu)化，按照以優(yōu)化抽油機選型為龍頭控制新井機采能耗，以應用節(jié)能設備為進攻措施實現(xiàn)老井規(guī)模節(jié)電，以精細機采管理為基礎鞏固節(jié)能效果，以技術(shù)進步為依托拓展節(jié)能空間的整體節(jié)能思路，共實施各類節(jié)能措施498井次，同時又深入開展了泵效挖潛工作，系統(tǒng)效率由12.4%提高到13.1%。

1　系統(tǒng)效率影響因素分析

為了進一步降低機采井運行成本，深入挖潛系統(tǒng)效率提升空間，根據(jù)抽油機井的實際運行情況從系統(tǒng)效率各節(jié)點出發(fā)，深入分析各影響因素（表1），明確挖潛主要方向。以光桿功率為節(jié)點將系統(tǒng)效率分為地面效率和井下效率2大部分，通過挖潛系統(tǒng)效率來提升空間。

式中：η——系統(tǒng)效率，無量綱；

P有——有效功率，kW；P光——光桿功率，kW；Pλ——輸入功率，kW；η地面——地面效率，無量綱；η井下——井下效率，無量綱。

1.1地面因素

1）部分抽油機井使用的電動機能量損耗較高，而配置的額定功率遠大于抽油機實際輸入功率，存在"功率不匹配"現(xiàn)象，造成負載率偏低，無功功率偏大，影響電動機效率。

表1　各節(jié)點效率及對系統(tǒng)效率的影響

2）傳動皮帶和減速箱對機采效率的影響主要表現(xiàn)在傳動過程中摩擦造成的功率損失。

3）抽油機四連桿機構(gòu)對機采系統(tǒng)效率的影響主要體現(xiàn)在摩擦傳動過程的功率損失和在往復運動過程中的彈性變形所造成的損失。抽油機各部件松動或潤滑保養(yǎng)不好，造成抽油機各部件之間的摩擦、變形，致使抽油機不平穩(wěn)運行，從而無功耗電，影響機采效率。在提高地面效率方面，主要挖潛方向為電動機效率。

對負載率低的電動機進行“大調(diào)小”，可提高抽油機電動機負載率，降低油井能耗，提高機采系統(tǒng)效率。針對電動機存在的“大馬拉小車”現(xiàn)象，重點采用永磁和司達電動機替換原有電動機，提高功率因數(shù)，降低裝機容量。近幾年，更換永磁和司達節(jié)能電動機93臺，統(tǒng)計產(chǎn)量、參數(shù)變化不大的66口井，隨著電動機服役時間的延長，能耗呈逐年上升趨勢，見圖1、圖2。

根據(jù)能耗上升速度，投資回收期按照2年計算，司達電動機和永磁電動機在服役第9年和第7年時應該更換。

表2　油井生產(chǎn)數(shù)據(jù)表

表3　油井生產(chǎn)數(shù)據(jù)表

圖1　66口井電動機效率變化曲線

圖2　電動機動態(tài)投資回收期

1.2井下因素

1）盤根盒的影響主要表現(xiàn)在光桿與盤根盒中密封填料的摩擦損失，尤其在密封填料的材質(zhì)、產(chǎn)出液含水率的高低和井口對中程度等方面。

2）抽油桿的影響體現(xiàn)在抽油桿功率的損失，包括抽油桿與油管的摩擦損失、抽油桿與井下液體的摩擦損失和桿柱彈性伸縮損失，與生產(chǎn)參數(shù)的確定有直接關系。

3）抽油泵效率是機采系統(tǒng)井下效率重要的一部分，其功率損失主要為抽油泵柱塞與襯套之間的摩擦損失、泵漏失損失和產(chǎn)出液流經(jīng)泵閥時由于水力引起的功率損失。

4）油管柱功率損失直接影響到機采系統(tǒng)效率的高低，其損失主要包括油管漏失損失、產(chǎn)出液與油管內(nèi)壁產(chǎn)生的摩擦損失和油管彈性伸縮損失。在提高井下效率方面，主要挖潛方向為泵效和桿柱效率。

1.2.1泵效

沉沒度與泵效有密切關系，隨著沉沒度的增加，泵效增加，當沉沒度達到一定值時，泵效增加趨于變緩。含水超過90%的井，合理沉沒度應保持在200～250 m，含水低于80%的井，沉沒度在350 ～400 m，泵效達到最大。通過實施提高泵效調(diào)整抽油機井110井次，使泵效提高2.6百分點。在堅持動態(tài)調(diào)整基礎上，將工作方向由挖潛主要因素向挖潛全部因素轉(zhuǎn)變，將工作重點由調(diào)整地面參數(shù)向優(yōu)化井下管柱轉(zhuǎn)變，進一步深入挖潛泵效提升空間。

1.2.2桿柱效率

近幾年，以合理流壓理論為基礎，不斷優(yōu)化桿柱組合及下泵深度，通過優(yōu)化桿柱組合降低載荷的空間已經(jīng)很小，在泵效挖潛研究過程中得出高含水井合理沉沒壓力控制在1.2 MPa左右即可獲得較高泵效，因此對于高含水井在保證供采協(xié)調(diào)基礎上，可以進一步加大桿柱組合優(yōu)化力度，減少桿管無效損失，提高系統(tǒng)效率。

1）泵深不變時，不同桿徑組合對系統(tǒng)效率影響分析，見表2。綜合考慮載荷與彈性形變對系統(tǒng)效率影響時，在泵深1418 m情況下，桿柱組合由22 mm×19 mm降為19 mm×16 mm組合時，系統(tǒng)效率提升1.9百分點（圖3），輸入功率減少0.5 kW（圖4）。

圖3　桿柱組合與系統(tǒng)效率關系曲線圖

圖4　桿柱組合與輸入功率關系曲線圖

2）桿柱組合、舉升高度不變時，泵深變化對系統(tǒng)效率影響分析，見表3。綜合考慮載荷與彈性形變對系統(tǒng)效率影響時，在桿柱組合為25 mm×22 mm，舉升高度413 m的情況下，泵掛上提100 m系統(tǒng)效率提高0.2百分點，消耗功率下降0.1 kW；泵掛上提300 m系統(tǒng)效率提高0.6百分點，消耗功率下降0.2 kW；泵掛上提500 m，系統(tǒng)效率提高1百分點，輸入功率下降0.4 kW，見圖5、圖6。

圖5　上提泵掛長度與系統(tǒng)效率關系曲線

圖6　上提泵掛長度與輸入功率關系曲線

2　提高機采井系統(tǒng)效率的對策

通過分析找出影響機采井系統(tǒng)效率的因素，從地面和井下入手，對抽油機井進行綜合治理，提高了機采井系統(tǒng)效率，在降本增效方面取得了明顯的效果。

2.1地面因素

1）及時調(diào)整抽油機平衡，提高機采系統(tǒng)效率。調(diào)平衡60口抽油機，系統(tǒng)效率由原來的11.8%提高到了12.3%，平均單井日節(jié)電3.1 kWh。

2）合理匹配電動機降低電動機功率，減小空耗損失提高機采系統(tǒng)效率。更換節(jié)能電動機11口抽油機，功率因數(shù)平均超過0.85，負載率平均提高近1倍，系統(tǒng)效率由原來的18.5%提高到了25.7%。

3）認真落實機械設備的緊固、潤滑、保養(yǎng)、調(diào)整工作，確保抽油機正常運轉(zhuǎn)。對于服役年限超過15年，配件磨損嚴重，導致單井能耗高的37口抽油機進行更換，有效的減少了無功損失，降低了有功功率，提高了機采系統(tǒng)效率。

以提高地面系統(tǒng)效率為目的，共實施抽油機井108井次，平均單井日節(jié)電10.9 kWh，年節(jié)電55.6×104kWh，每度電按0.621 4元計算，年創(chuàng)節(jié)電經(jīng)濟效益34.5萬元。

2.2井下因素

1）加大桿柱組合優(yōu)化力度。通過采取上提泵掛措施，優(yōu)化設計10口抽油機，不僅節(jié)省了大量的管桿材，而且在節(jié)能降耗延長機采系統(tǒng)效率，偏磨治理，延長檢泵周期中也取得很大效益。

2）供液差井采用合理工作制度。針對一些供液能力較差的井，我們采取“合理泵徑、長沖程、慢沖速”的經(jīng)濟調(diào)參理念，提高抽油泵的充滿程度，減少抽油泵來回往復的無用功。調(diào)小參數(shù)11口抽油機，系統(tǒng)效率由原來的10.6%提高到了12.7%，平均單井日節(jié)電4.6 kWh。針對嚴重供液不足或間歇出油的油井，新增間歇采油72口抽油機，間歇采油調(diào)整制度36口抽油機，泵效提高，電動機負載率提高，并且由于減少開井時間而節(jié)約用電量。

以提高井下系統(tǒng)效率為目的，共實施抽油機井129口，平均單井日節(jié)電9.8 kWh，年節(jié)電46.4× 104kWh，年創(chuàng)節(jié)電經(jīng)濟效益28.8萬元。通過以上2方面措施的實施，年節(jié)電102×104kWh，經(jīng)濟效益63.3萬元。

3　結(jié)論

針對抽油機系統(tǒng)效率的現(xiàn)狀，全面分析了影響抽油機系統(tǒng)效率的影響因素，確定電動機效率，泵效和桿柱效率為主要影響要素，在現(xiàn)場采取更換節(jié)能電動機和抽油機，優(yōu)化設計，加強調(diào)平衡和參數(shù)調(diào)整等措施，有效的提高抽油機系統(tǒng)效率，實現(xiàn)了節(jié)能降耗和節(jié)約成本的目的。

（編輯沙力妮）

DOI:10.3969/j.issn.2095-1493.2016.01.003

作者簡介：于慶，2006年畢業(yè)于大慶石油學院，從事機采管理工作，E-mail：2377307898@qq.com，地址：黑龍江省大慶油田有限責任公司第九采油廠，163000。

收稿日期2015-05-25