抽油機地面效率現狀調查與分析

李敏 王文秀 秦曉東 趙志民 張召德

（大港油田公司第四采油廠 天津 300280）

1 概述

根據抽油機系統(tǒng)工作的特點，要將抽油機系統(tǒng)的效率分為兩部分，即地面效率和井下效率。以光桿懸繩器為界，懸繩器以上的機械傳動效率和電機運行效率的成績?yōu)榈孛嫘剩粦依K器以下到抽油泵，再由抽油泵到井口（包括回壓）的效率為井下效率。要想提高整個抽油機系統(tǒng)效率，必須針對影響抽油機系統(tǒng)效率的主要因素，從提高油井井下效率、地面效率入手。全面提高機采井系統(tǒng)效率是不斷降低油井運行能耗，改善油井生產工況，進而提高油井開發(fā)效益的有效技術手段，是提高油田工作水平的一個重要方面，同時這也符合大港油田可持續(xù)發(fā)展的實際需要。

2 定義及影響因素

應用有桿抽油系統(tǒng)的目的是將地面的電能傳遞給井下液體，從而舉升井下液體。整個系統(tǒng)工作時，就是一個能量不斷傳遞和轉化的過程，在能量的每一次傳遞時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)的各種損失以后，就是系統(tǒng)所給液體的有效能量。這一為將液體舉升至地面的有效做功能量與系統(tǒng)輸入能量之比值即為抽油機系統(tǒng)效率。

抽油機的輸入功率（P入）

拖動抽油機的電動機的輸入功率為抽油機的輸入功率。

抽油機的光桿功率（P光）

光桿提升液體和克服井下各種阻力所消耗的功率為抽油機的光桿功率。

抽油機系統(tǒng)的有效功率（P水）

在一定的揚程下，將一定排量的井下液體提升到地面所需要的功率叫有效功率，也叫水功率。

光桿功率與電動機輸入功率的比值就是地面效率，地面部分能量損失發(fā)生在電動機、皮帶和減速箱、四連桿機構中，因此，通過對電機和抽油機的合理優(yōu)化，可以提高地面效率。

3 現狀調查

對大港油田采油四廠101臺抽油機進行調查與測算。在101臺抽油機中，有常規(guī)抽油機12臺，復合平衡抽油機21臺，下偏杠鈴抽油機52臺，雙驢頭11臺，皮帶機5臺，平均地面效率為68.66%。其生產廠家為大港中成、蘭州石化、蘇州吳縣、新苑科技、勝利高原、大港長虹、大港億州；所配備的電機主要為高轉差、永磁電機。

不同類型抽油機數據統(tǒng)計表

由上表可以看出，我廠下偏杠鈴抽油機較多，占總臺數的51.5%，其次為復合平衡抽油機和常規(guī)抽油機，雙驢頭和皮帶機所占比例較少，其中下偏杠鈴抽油機的地面效率相對較高，常規(guī)抽油機較低。從地面效率和系統(tǒng)效率綜合上來考慮，下偏杠鈴型抽油機也最為占優(yōu)。

4 不同類型抽油機地面效率分析

4.1 常規(guī)抽油機

我廠常規(guī)抽油機有12臺，是由3個不同廠家生產的4種不同沖程抽油機，平均地面效率為66.25%（具體見下表），其中地面效率最大的是由蘇州市吳縣石油機械廠生產的4.8米沖程12型抽油機且配置三相永磁同步電動機。從地面效率和系統(tǒng)效率綜合上來考慮，這種配置的平均效率也較高。

序號 臺數 沖程 類型 生產廠家地面效率臺數 類型電機 系統(tǒng)效率113.312型 蘭州石油化工機械廠 1 三項永磁同步 12.0356.01233.612型 蘭州石油化工機械廠2 三項永磁同步 39.5774.21 三相超高轉差率 33.0755.211 三相超高轉差率 8.5944.611 三相異步電動機 10.4574.571 三項永磁同步 36.3677.4243612型 中成機械制造有限公司 3 稀土永磁三相同步 24.0272.3352614型 中成機械制造有限公司 2 三相異步電動機 26.6661.39合計 1225.666.25334.812型 蘇州市吳縣石油機械廠

4.2 復合平衡抽油機

我廠復合平衡抽油機有21臺，均為大港油田中成機械制造公司生產的6米沖程抽油機，平均地面效率為67.16%（具體情況見下表）。由下表可以看出，地面效率最大的是6米沖程12型抽油機且配置三相異步電動機的。但是從系統(tǒng)效率與地面效率綜合考慮6米沖程12型抽油機配置三相超高轉差率電動機的占優(yōu)。

序號 臺數 沖程 類型 生產廠家 電機 系統(tǒng)效率1 三相異步電動機 26.4179.314 三相超高轉差率 37.7570.239 稀土永磁三相同步 27.861.331 三項永磁同步 10.9369.5826614 大港油田中成機械制造 5 三相異步電動機 30.9873.631 稀土永磁三相同步 9.1355.19合計 2121 - 29.4167.16臺數 類型115612 大港油田中成機械制造地面效率

4.3 下偏杠鈴抽油機

我廠下偏杠鈴抽油機有52臺，除板南3-1K的抽油機是由新世紀制造有限公司生產的外，其余51臺都由天津新苑科技生產的5米沖程12型抽油機，平均地面效率為70.12%（具體情況見下表）。由下表可以看出，平均地面效率最大的是由新世紀機械制造有限公司生產的6米沖程12型且配置稀土永磁三相同步電機。從系統(tǒng)效率與地面效率綜合考慮最優(yōu)的配置是由天津新苑科技生產的5米沖程12型且配置三項超高轉差率電機。

序號 臺數 沖程 類型 生產廠家 電機 系統(tǒng)效率地面效率臺數 類型4 三相異步電動機 22.6464.5636 三相超高轉差率 30.5571.4610 三項永磁同步 28.1967.321 稀土永磁三相同步 / 70.2521612 大港油田中成機械制造 1 稀土永磁三相同步 21.7379.94合計 5229.3670.12151512 大港油田中成機械制造

4.4 雙驢頭抽油機

我廠雙驢頭抽油機有11臺，均為5米沖程，9臺由大港油田中成機械制造生產的12型，1臺由大港油田長虹修造公司生產的14型，1臺大港憶州石油機械生產的CYJS型，平均地面效率為66.65%（具體情況見下表），可以看出，平均地面效率最大的是由大港油田憶州石油機械公司生產的5米沖程CYJS型抽油機且配置三相超高轉差率電機。從系統(tǒng)效率與地面效率綜合考慮，我們認為由大港油田中成機械制造生產的5米沖程12型且配置三項永磁同步電機的最優(yōu)。

序號 臺數 沖程 類型 生產廠家 電機 系統(tǒng)效率地面效率臺數 類型2 三相異步電動機 19.9160.685 三相超高轉差率 35.1963.952 三相永磁同步 39.4370.91215 CYJS 大港油田憶州石油機械 1 三相超高轉差率 33.2974.5131514 長虹修造 1 三相超高轉差率 37.7666.48合計 1133.6466.6519512 大港油田中成機械制造

4.5 皮帶機

我廠的5臺皮帶機，均由中美合資東營勝利高原有限公司生產，都為7米沖程，電機都為三項異步電動機，平均地面效率為69.79%（見下表），從地面效率和系統(tǒng)效率上綜合來看，這種配置的平均效率都較高。

臺數 沖程 類型 生產廠家地面效率臺數 類型電機 系統(tǒng)效率57中美合資東營勝利高原 5 三相異步電動機 25.2569.79

5 結論

通過對101臺抽油機地面效率的調查分析，我們可以得出以下結論：

5.1 單純從地面效率來看，我廠5種類型的抽油機中，下偏杠鈴型抽油機的地面效率最高，其次為皮帶機、復合平衡抽油機及雙驢頭，常規(guī)抽油機最低。

5.2從地面效率和系統(tǒng)效率綜合考慮，5種類型的抽油機里，下偏杠鈴型抽油機最為占優(yōu)，我廠抽油機大部分為下偏杠鈴型。

5.3 不同類型抽油機由于沖程、生產廠家及所配置電機型號不同，其地面效率也有很大差別。

5.4 從地面效率和系統(tǒng)效率綜合來考慮，通過分析我們認為對于不同類型抽油機，以下配置最為占優(yōu)：

1）常規(guī)抽油機中最優(yōu)的是配置是由蘇州市吳縣石油機械廠生產的4.8米沖程12型抽油機且配置三相永磁同步電動機。

2）復合平衡抽油機中最優(yōu)的配置是由大港油田中成制造機械廠生產的6米沖程12型抽油機配置三相超高轉差率電動機的占優(yōu)。

3）下偏杠鈴型抽油機中最優(yōu)的配置是由天津新苑科技生產的5米沖程12型且配置三相超高轉差率電機。

4）雙驢頭抽油機中最優(yōu)的配置是由大港油田中成機械制造生產的5米沖程12型且配置三相永磁同步電機的最優(yōu)。

5）皮帶機最優(yōu)的配置是由中美合資東營勝利高原有限公司生產的7米沖程且配置三相異步電動機。

6 提高抽油機地面效率的認識

6.1 通過對大港油田采油四廠抽油機地面效率的調查分析，我們得出了最高地面效率抽油機及電機之間的最優(yōu)配置，從最優(yōu)配置來考慮，目前我們需要調整有：

1）常規(guī)抽油機配置中有3臺需要調整，主要是所配置電機不符合要求，這種配置平均系統(tǒng)效率僅10.35%，平均地面效率58.4%，達不到平均水平。應調整為3臺三相永磁同步電機，可使系統(tǒng)效率得到提高。

2）復合平衡抽油機有2臺需要調整，這兩臺配置的平均系統(tǒng)效率僅10.03%，平均地面效率62.3%，達不到平均水平。根據最優(yōu)配置所配置電機應為三相超高轉差率電機，因此應調整為2臺三相超高轉差率電機，可使系統(tǒng)效率得到提高。

3）下偏杠鈴抽油機有4臺需要調整，目前這四臺平均系統(tǒng)效率22%，平均地面效率64%，根據最優(yōu)配置所配置電機應為三相超高轉差率電機，因此應調整為4臺三相超高轉差率電機，可使平均系統(tǒng)效率達到30%，平均地面效率70%。。

4）雙驢頭有2臺需要調整，其配置電機為三相異步電動機，平均系統(tǒng)效率20%，平均地面效率60%，根據最優(yōu)配置所配置電機應為三項永磁同步電機，因此應調整為2臺三項永磁同步電機，可使系統(tǒng)效率得到提高。

5）皮帶機這種抽油機生產廠家、沖程及所配置電機都符合最優(yōu)配置，無需調整。

6.2 從各種抽油機地面效率的最優(yōu)配置中可以看出，超高轉差電機和三相永磁電機效果最好，超高轉差電機具有其獨特的特點，提高了轉自電阻，也就獲得了超高轉差率15%，由于轉差率的提高，使電機的機械性能變軟，即當抽油機的負載扭矩增大時，電機轉速下降，這就使電機的功率和電流變化趨于平穩(wěn)，基本消除了負扭矩，提高了功率因素，降低了電動機的耗電量，從而使抽油機井的系統(tǒng)效率得到提高。三相永磁電機具有體積小，損耗低，效率高等優(yōu)點，節(jié)電率在20%左右，工作可靠性也優(yōu)于其他電機，有推廣使用價值。

6.3 結合現場生產經驗，合理制定抽油機工作制度也是提高系統(tǒng)效率的一部分，在抽油機井工作參數中，沖次對系統(tǒng)的工況影響最大，科學合理的調小抽油機的沖次可以提高系統(tǒng)效率、提高泵效、節(jié)電，減少桿、管磨損以及油管套管磨損，延長桿、管及油井的壽命，延長檢泵周期。在滿足抽油機系統(tǒng)條件的情況下，趨向于“沖次最小化、沖程最大化、泵深合理化”，從而提高整體效率。

6.4 通過對抽油機地面效率的研究分析，得出了抽油機系統(tǒng)效率的最優(yōu)配置，是我廠抽油機都能在最優(yōu)配置下達到最佳生產狀態(tài)，同時，加強機-泵-桿的優(yōu)化設計，加強電機管理及提高日常管理水平，在實際生產中，根據油井不同情況進行認真分析，從而提高抽油機整體系統(tǒng)效率。