抽油機(jī)設(shè)計(jì)軟件在油田節(jié)能生產(chǎn)中的應(yīng)用

吳永正 常菁鉉 吳希杰 田國(guó)基（.玉門油田公司機(jī)械廠；.玉門油田公司酒東作業(yè)區(qū)）

抽油機(jī)設(shè)計(jì)軟件在油田節(jié)能生產(chǎn)中的應(yīng)用

吳永正1常菁鉉2吳希杰1田國(guó)基1（1.玉門油田公司機(jī)械廠；2.玉門油田公司酒東作業(yè)區(qū)）

抽油機(jī)耗能約占油田開發(fā)總用電量的四分之一。我國(guó)油田抽油機(jī)井系統(tǒng)效率較低，僅為國(guó)外抽油機(jī)井系統(tǒng)效率的 60%左右。抽油機(jī)設(shè)計(jì)軟件通過給出工況下游梁平衡重 （曲柄平衡半徑）的理論值以及抽油機(jī)的最佳沖速，幫助采油工藝人員將抽油機(jī)調(diào)整到較好的工作狀態(tài)，從而提高管理水平，達(dá)到生產(chǎn)節(jié)能的目的。

抽油機(jī) 設(shè)計(jì)軟件 計(jì)算實(shí)例 節(jié)能

據(jù)最新統(tǒng)計(jì)，我國(guó)國(guó)內(nèi)抽油機(jī)超過 30萬臺(tái)，其中 90%以上為游梁式抽油機(jī)。我國(guó)抽油機(jī)井系統(tǒng)效率平均為25%，而國(guó)外一般能達(dá)到40%。如果每口 井 實(shí) 用 功 率 為 10kW， 每 天 耗 電 7.2× 107kWh，則 一 年 耗 電 2.6× 1010kWh， 約 相 當(dāng)于 油 田 開 發(fā) 總 用電 量 的 1/4[1]。 因此 提 高 抽 油 機(jī) 井 的 系 統(tǒng) 效 率 對(duì) 于 油田節(jié)能生產(chǎn)有重要意義。抽油機(jī)井系統(tǒng)效率較低的一個(gè)重要因素為抽油機(jī)平衡調(diào)整得不好。

1 節(jié)能原理

1.1抽油機(jī)工況平衡對(duì)抽油機(jī)耗能的影響

抽油機(jī)井生產(chǎn)過程中，桿柱上行時(shí)，抽油機(jī)懸點(diǎn)靜載荷為整個(gè)液柱質(zhì)量加桿柱質(zhì)量，桿柱下行時(shí)，懸點(diǎn)靜載荷僅為抽油桿柱在井液中的質(zhì)量，同時(shí)游梁式抽油機(jī)在運(yùn)行過程中懸點(diǎn)加速度一直在變化，近似為余弦曲線，因此懸點(diǎn)動(dòng)載荷加在抽油機(jī)減速器上的凈扭矩始終在變化。上沖程時(shí)，扭矩很大，下沖程時(shí)，產(chǎn)生負(fù)扭矩，從而減速器帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)發(fā)電，對(duì)電網(wǎng)造成很大沖擊。一般在游梁后臂或抽油機(jī)曲柄上設(shè)置平衡重以平衡下沖程的負(fù)扭矩和減小上沖程正扭矩。平衡重設(shè)置的原則是盡量避免負(fù)扭矩，上、下沖程減速器扭矩接近。

由于減速器輸出扭矩及電動(dòng)機(jī)功率不易測(cè)量，目前一般用鉗形電流表對(duì)抽油機(jī)上、下沖程電流進(jìn)行測(cè)量，然后調(diào)整游梁平衡重的質(zhì)量或曲柄平衡重距離。該方法除存在需要反復(fù)停機(jī)調(diào)整的缺點(diǎn)外，因電流表無法判斷電流正負(fù)，還可能出現(xiàn)抽油機(jī)虛假平衡誤判。抽油機(jī)工況平衡度越高，越節(jié)能，反之造成大量的電能浪費(fèi)。

1.2抽油機(jī)最佳沖速對(duì)抽油機(jī)耗能的影響

在油田開發(fā)后期，由于地層壓力不足等原因造成油井供液不足。在已定工況下，抽油機(jī)沖速越高，耗電量越大，應(yīng)根據(jù)油井供液情況，合理選擇抽油機(jī)沖速。

抽油桿上沖程被拉伸，下沖程被壓縮，抽油泵柱塞實(shí)際沖程小于光桿沖程，抽油機(jī)井理論產(chǎn)液量應(yīng)由柱塞實(shí)際沖程進(jìn)行計(jì)算。使用該軟件計(jì)算出理論產(chǎn)液量并與實(shí)際產(chǎn)液量進(jìn)行比較，如果供液量不足，應(yīng)減小抽油機(jī)沖速，或間歇采油，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

1.3抽油機(jī)設(shè)計(jì)軟件

游 梁式抽油 機(jī) 設(shè) 計(jì)計(jì)算軟 件 是 基于 VB6.0 的Windows界面操作程序，界面友好，操作簡(jiǎn)單，軟件主界面如圖1。軟件設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮工況，支持四級(jí)桿柱及帶加重桿油井的計(jì)算；由于摩擦載荷和振動(dòng)載荷不足全部載荷的5%，計(jì)算時(shí)可以忽略。

圖1 抽油機(jī)設(shè)計(jì)軟件主界面

2 計(jì)算實(shí)例

2.1井況工藝參數(shù)及抽油機(jī)基本數(shù)據(jù)

井況工藝參數(shù)：下泵深度1200m，動(dòng)液面深度1100m，油管直徑 73mm，桿柱 25mm×22mm，比例 2∶3，抽油泵柱塞直徑 57mm，液體密度 0.87t/m3，油 管 不 錨 定[2]。 選 用 常 規(guī) CYJ8-3-48HY 型 抽 油 機(jī) ，主要參數(shù)如圖2。游梁平衡重重心為4m，抽油機(jī)結(jié)構(gòu)不 平衡重 為 －1.2kN， 抽油機(jī) 沖速 9min-1，抽油 機(jī)旋轉(zhuǎn)方 向 為 逆 時(shí) 針[3]。

圖2 輸入抽油機(jī)四連桿參數(shù)

2.2利用軟件進(jìn)行理論計(jì)算

將抽油機(jī)四連桿參數(shù)及井況工藝參數(shù)分別輸入軟件，如圖2、圖3，計(jì)算得出游梁平衡重為 38.5 kN，即 3928kg。理論產(chǎn)液量為 72m3/d，如圖4。

圖3 抽油機(jī)工況平衡計(jì)算

2.3計(jì)算結(jié)果分析

圖4 理論產(chǎn)液量計(jì)算

根據(jù)軟件計(jì)算結(jié)果，應(yīng)將 4856kg 的平衡塊加在游梁上，然后用鉗形電流表測(cè)量抽油機(jī)上、下沖程峰值電流，若電流大小相差不足 15%，則認(rèn)為抽油機(jī)處于平衡狀態(tài)。將實(shí)際產(chǎn)液量與理論產(chǎn)液量進(jìn)行比較，如果實(shí)際產(chǎn)液量小于理論產(chǎn)液量的 50%，則需減小抽油機(jī)沖速或間歇采油；如果實(shí)際產(chǎn)液量大于理論產(chǎn)液量，可考慮減小抽油機(jī)沖程，增大沖速。

3 結(jié)語

由于抽油機(jī)設(shè)計(jì)軟件能夠給出游梁平衡重（曲柄平衡半徑）的具體值以及產(chǎn)液量的理論值，因此應(yīng)用該軟件能幫助采油工藝人員判斷抽油機(jī)運(yùn)行狀況是否良好，通過調(diào)整抽油機(jī)工況平衡及合理沖速達(dá)到提高抽油機(jī)井系統(tǒng)效率和生產(chǎn)節(jié)能的目的。此外，還可應(yīng)用該軟件對(duì)擬采用的多種抽油機(jī)進(jìn)行模擬優(yōu)化選型，對(duì)比減速器凈扭矩大小，一般凈扭矩小的抽油機(jī)更節(jié)能。

[1]陳憲侃,葉利平,谷玉洪.抽油機(jī)采油技術(shù)[M].北京:石油工業(yè)出版社,2004:123-155.

[2]胡勝忠.石油工業(yè)新技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范手冊(cè)[M].黑龍江:哈爾濱地圖出版社,2005:226-244.

[3]吳永正,劉云鵬,謝海瑋,等.基于 VB6.0的游梁式抽油機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算軟件開發(fā)[J].石油工業(yè)計(jì)算機(jī)應(yīng)用,2011,73 (3):55-57.

10.3969/j.issn.2095-1493.2013.010.011

2013-03-20）

吳永正，工程師，2004年畢業(yè)于長(zhǎng)江大學(xué) （機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)），學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)從事抽油機(jī)、壓力容器產(chǎn)品設(shè)計(jì)工 作 ， E-mail：yongzheng2000@126.com， 地 址 ：甘肅省 玉 門市老市區(qū)玉門油田機(jī)械廠技術(shù)部，735200。