淺談提高抽油機井系統(tǒng)效率的方法

【摘 要】本文主要論述了提高系統(tǒng)效率的重要性和必要性，分析了影響系統(tǒng)效率主要因素及系統(tǒng)效率分布規(guī)律，最后，指出提高系統(tǒng)效率的措施和方法。

【關(guān)鍵詞】系統(tǒng)效率；井下效率；措施方法

0.前言

抽油機系統(tǒng)工作時，是一個能量不斷傳遞和轉(zhuǎn)化的過程，而能量的每次傳遞都有一定的損失。由地面供入系統(tǒng)的能量減去系統(tǒng)的各種損失，就是系統(tǒng)給液體的有效能量，將液體舉升至地面的有效作功能量與系統(tǒng)輸入能量的比值即為抽油機系統(tǒng)效率。

目前，由于有桿泵抽油系統(tǒng)的能耗問題日趨嚴(yán)重，直接影響著原油的開采成本，采用節(jié)能設(shè)備并應(yīng)用新技術(shù)、新方法來提高油井的系統(tǒng)效率越來越引起人們的重視。油田進入開發(fā)中后期，采用有桿抽油系統(tǒng)的油井逐年增加，抽油機系統(tǒng)的能耗在油田能耗中的比重也越來越大。因此，提高抽油機井系統(tǒng)效率對油田的節(jié)能降耗，原油增產(chǎn)及提高經(jīng)濟效益都有重要的意義。

1.抽油機井系統(tǒng)效率現(xiàn)狀

抽油機系統(tǒng)效率是衡量抽油機井能耗的重要指標(biāo)，也是一項綜合計算指標(biāo)，它涉及的日產(chǎn)液量、動液面深度、油壓、套壓和耗電量等多項參數(shù)。

在抽油機穩(wěn)態(tài)工作下，以某采油礦為例，根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)（月度單井用電計量表和產(chǎn)量等數(shù)據(jù)）對部分抽油機井系統(tǒng)效率進行了統(tǒng)計計算，計算表明：抽油機平均系統(tǒng)效率偏低，為23.78%。

2.效率分解和能量損失的分布

根據(jù)抽油機系統(tǒng)工作的特點，可將抽油機系統(tǒng)分為2部分，地面效率和井下效率。一般情況下，以光桿懸繩器為界，懸繩器以上的機械傳動效率和電機效率的乘積為地面效率，而懸繩器以下到抽油泵，再由抽油泵到井口的效率為井下效率，即：

η系=η地·η井

為了對抽油機系統(tǒng)各部分的能量損失及分布情況進行更加深入地研究，可將以上效率進一步的分解為八部分：

地面部分：電動機、皮帶傳動、減速箱、曲柄連桿機構(gòu)的損失；

井下部分的損失在盤根盒、抽油桿、抽油泵、桿管柱摩擦中。故抽油機井系統(tǒng)效率可表示為：

η系=η地·η井

=k·η電·η皮·η減·η連·η盤·η桿·η泵·η管

抽油機井的系統(tǒng)效率主要由以上8個分效率組成，各個分效率的大小，也就是說各部分能量損失的多少，主要取決于油井井況、系統(tǒng)的設(shè)計、設(shè)備運行狀況、操作條件及生產(chǎn)管理等。有資料表明：在設(shè)備良好運轉(zhuǎn)狀態(tài)下，η電90.8%~94%；η皮92%~95%；η減約為91%，η連約95%，η盤約93.5%（測試平均值），η桿75%~85%（研究測試值），η管約89%。按照上面的公式計算，η系的理論植41%~49%，實際抽油機系統(tǒng)效率很難達到這個數(shù)值。

抽油機—深井泵裝置系統(tǒng)效率的理論上限為49%，理論下限為41%。把油井的實際計算系統(tǒng)效率與理論系統(tǒng)效率相比較可以看出，我礦臨南油田統(tǒng)計計算井的平均系統(tǒng)效率與理論下限相差約16個百分點，這部分油井有很大的節(jié)能增效潛力，只要采取相應(yīng)的措施，合理優(yōu)化設(shè)計參數(shù)，加強管理，系統(tǒng)效率會有較大幅度的提高，也會節(jié)約大量的能源。

抽油機井的井下部分是從抽油機的懸繩器算起。主要包括：抽油桿、深井泵、油管、井口、盤根盒和井口回壓等。井下的能耗主要有：抽油桿與盤根盒之間的摩擦；抽油桿與油管之間的摩擦損耗；柱塞與泵筒之間的摩擦損耗；抽油桿與井液的摩擦損耗（主要在下沖程）；液柱與油管之間的摩擦損耗；深井泵與油管等的漏失損耗。

以上6項功率損耗的總和構(gòu)成了井下的功率總損失，但每項損失的大小卻不一樣。如某采油礦所管轄的油田屬于稀油油田，井液粘度較小，水力損失一般不大，而抽油桿與油管之間的摩擦和油管的漏失損失卻比較大。但由于泵掛深度偏大（平均在1650米左右），液柱載荷較大，使油管、抽油桿的彈性彎曲和受壓彎曲產(chǎn)生偏磨較為突出，從而增大了抽油桿與油管之間的磨擦損耗及油管漏失的幾率。因此，抽油桿與油管之間的摩擦和油管的漏失損失成為其井下功率損失的主要部分。

井下功率計算公式為：

η井下＝■

其中Ｐ有＝■×１０－３

ｈ＝ｈ＋■×１０６

由上式可看出：要提高井下效率，一是增加有效水功率；二是減小井下?lián)p耗功率。因此，提高整個抽油機井的系統(tǒng)效率，不但要注重地面設(shè)備效率的提高，而且要從以上兩方面，提高井下效率。

3.提高現(xiàn)有抽油機井系統(tǒng)效率的措施和方法

3.1認真解決“大馬拉小車”

就抽油機而言，由于油井選擇抽油機時要考慮設(shè)備的“儲備”能力，又由于抽油機的負荷特性，所以選型（包括裝機功率）一般較大。根據(jù)某采油礦月度抽油機井耗電統(tǒng)計數(shù)據(jù)，計算統(tǒng)計電機負載率見下表：

上表表明該采油礦大部分處于“大馬拉小車”的狀態(tài)。抽油機電機處于輕載運行，使負載率偏小的原因有二種：一是抽油機負載特性造成的，使抽油機在一個沖程里相當(dāng)一部分時間里處于輕載運行；另一個原因是設(shè)計時選型過大（當(dāng)然電機容量就過大），使電機處于輕載運行。查閱電機負載率極其特性曲線表明，在電機負載率小于60%時，電機效率隨負載率增加而增加，而且在負載率小于30%時電機效率直線下降。大量的現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)也表明：抽油機的平均負載率不足30%平均運行效率在 0.65~0.80；這樣就降低了整個系統(tǒng)的效率。為解決“大馬拉小車”，建議下調(diào)裝機功率，增加電機負載率，同時建立電機調(diào)劑庫，階段性針對每口井的產(chǎn)量、動液面等參數(shù)，計算負載率，及時更換電機，增加負載率，解決“大馬拉小車”問題。

3.2保持適當(dāng)?shù)呐e升高度

有桿抽油系統(tǒng)效率隨有效功率的增加而增加，有效功率的大小取決于有效揚程。對于一般的抽油機井，有效揚程基本相當(dāng)于舉升高度。一般情況下，在保證泵一定沉沒度的情況下，應(yīng)盡量減少下泵深度。另外，對抽吸參數(shù)不合理的井，特別是動液面較淺的井，應(yīng)對抽吸參數(shù)進行優(yōu)選，全面調(diào)整沖程與沖次，增大排液量，把液面抽下去，使得系統(tǒng)效率可以大大提高。

3.3加強對低效井的科學(xué)管理

油田開發(fā)到一定的階段，由于地層能量沒有得到及時的補充，造成地下虧空，有些井出現(xiàn)供液不足，間隙出油的現(xiàn)象。而抽油機又是連續(xù)工作的，這樣就使得井下泵效在某段時間自然很低，對抽油機系統(tǒng)來說，效率也就遠低于整個油田的平均效率，造成噸液能耗增加。一般在工藝上，一是采取小泵徑，長沖程慢沖次；二是采取間隙開井的方法，給地層提供一定的供液時間，緩解供排矛盾，以達到電能的有效利用。再者，就是結(jié)合地質(zhì)與開發(fā)不斷完善注采井網(wǎng)，合理高效的進行注水，及時補充地層能量，提高地層的供液能力。

3.4采用井筒配套措施減小井筒磨損

為減小井筒的磨擦損耗主要應(yīng)從抽油桿和油管方面入手。對油管：一是在泵下加足夠重量的尾管，使泵上油管始終受拉，從而降低油管的彈性彎曲。此做法優(yōu)點是起管柱時安全，沒有卡管柱的隱患且操作方便。缺點是對于小泵徑的深井泵容易使泵體變形而形成卡柱塞；二是管柱錨定，就是將油管錨下到預(yù)定位置，錨定后上提管柱使油管承受一定預(yù)定張力狀態(tài)下完井。這種方法對防止油管彎曲比較有效，但施工操作復(fù)雜，且起管柱時安全性差，可能遇卡。對抽油桿：為防止中和點以下桿柱受壓失穩(wěn)產(chǎn)生偏磨，主要可采用在底部下加重桿的方法，使其中和點下移。另外，對于部分抽油機井，由于氣體的影響，降低了抽油泵的充滿程度，使抽油泵的泵效很低，這必然使整個抽油系統(tǒng)效率降低。為了克服氣體對泵效的影響，根據(jù)油井產(chǎn)液量、氣油比大小及地層情況等，可采用下井下分離器等先進成熟的工藝技術(shù)，促使抽油機系統(tǒng)效率的提高。

另外，采用控制技術(shù)可以減少抽油機的耗電量，提高深井泵的泵效；利用變速控制技術(shù)使抽油機負荷變化均勻，減少耗電；采用節(jié)能控制箱保證在抽油機負荷較低時，自動減少電機的輸入功率。

總之，影響抽油機系統(tǒng)效率的因素及環(huán)節(jié)較多，它除了與抽油設(shè)備及抽吸參數(shù)有關(guān)外，還受井況和油井管理水平的影響，另外，抽油機系統(tǒng)各部分的耗能又存在一定差異，所以在實際生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)油井不同情況認真分析，從而確定提高其系統(tǒng)效率的具體措施。

【參考文獻】

［１］崔振華等著．有桿抽油系統(tǒng)，北京：石油工業(yè)出版社，1994．

［２］陳建東．抽油機系統(tǒng)能耗分析，石油知識，1994，（5）．

［３］范鳳英編著．提高抽油機井系統(tǒng)效率的方法，山東東營：石油大學(xué)出版社，02，（4）．