抽油機系統效率因素分析與優化

抽油機系統效率因素分析與優化

詹燕濤1；2宋巖2；3趙星2

1北京大學地球與空間科學學院；2中國石油勘探開發研究院；3中國石油大學（北京）

根據抽油系統效率影響因素的分析，總結出抽油系統設備、生產參數指標、管理水平三方面因素對抽油效率的影響。根據影響因素，從節能型抽油設備更換技術，沉沒度、沖程和沖次、泵徑、下泵深度優化技術，管理手段完善技術三方面詳細提出了提高抽油系統效率的技術方法。對提高抽油系統效率的技術方法進行應用，結果表明，采用節能型設備、優化選擇最佳參數可以在很大程度上提高抽油系統的效率。

抽油系統；效率；參數優化；管柱設計

1 抽油系統效率影響因素

（1）工藝設備因素對抽油效率的影響。在地面系統，抽油機輸入能量傳遞和轉換過程的能量損失導致抽油效率降低。主要體現在電機效率損失、皮帶傳動效率損失、齒輪減速器效率損失等[1]。

（2）抽汲參數對抽油系統地面效率的影響。研究分析表明，抽汲參數中的抽油機沖次、沖程、泵徑、下泵深度、抽油桿尺寸等對抽油系統效率的影響較大，選擇不同抽汲參數組合能夠優化抽油系統，提高抽油效率。

（3）管理技術水平對抽油系統效率的影響。管理技術和制度直接影響抽油設備的使用、維護和壽命等，進而影響抽油系統的運行效率。加強技術管理水平、合理規劃系統設備的使用，對提高抽油系統效率和設備壽命都有很大的作用。

2 抽油效率的優化

2.1 采用先進節能型抽油機系統設備

地面系統效率主要由抽油機和電機效率決定，對地面系統抽油效率的提升可以從設備技術層面出發，更換先進節能型抽油機設備。提高電機效率主要從抽油機平衡度、合理匹配電機效率、使用高效電機三方面出發，抽油機與電機效率不匹配嚴重影響抽油效率。通過實驗分析可以看出，不同的抽油機型號選擇對抽油系統效率有影響，并不是功率越大的抽油機抽油效率最好，而是要根據電機效率、抽油設備型號、油井實際情況選擇匹配的抽油機，只有抽油機匹配性高才能發揮最高的抽油效率[2]。

實驗表明，選擇節能型永磁電機比常用普通電機的抽油效率高。在相同工況下，和常用普通電機相比，異相平衡電機可節能15%～20%，前置式電機可節能20%～30%，且節能型電機平衡效果好、能耗低、重量輕。因此，選擇節能型電機，合理匹配抽油機是提高地面抽油效率的有效措施[3]。

2.2 采用生產參數優化技術

（1）優化沉沒度技術。沉沒度過大容易造成抽油機上、下行程懸點載荷增大，摩擦阻力增大導致管柱效率降低；沉沒度過小會降低抽油泵效率。泵掛變化時，油井產量與下泵深度有關，也就與沉沒度有關，沉沒度直接影響懸點載荷、電機載荷。沉沒度與系統效率關系如圖1所示。從圖1可以看出，優化沉沒度使其控制在合適水平可以達到最佳效率。

圖1 沉沒度與抽油系統效率的關系

（2）優化抽油沖程與沖次技術。抽油系統的沖程、沖次對抽油效率有較大影響，由實驗分析沖程、沖次與抽油效率的關系。結果表明，隨著沖次數量的增加，井下原有液體的舉升效率先增加后降低，這說明在抽油系統穩定和油井供液能力一定的情況下，存在最佳沖次。采取最優化技術方法進行分析和優化，使得長沖程、慢沖次達到最佳協調水平，促使舉升效率提高。

（3）泵徑、下泵深度優化技術。抽油泵是作用在原有液體上的最直接能量，泵的利用效率高低直接決定了抽油系統效率，影響泵效率的最主要因素有泵徑、下泵深度兩方面，通過實驗分析，得出泵徑與抽油效率的關系，如圖2所示。由圖2可以看出，要達到最佳的系統效率就要優化泵徑，選擇泵徑為56mm，其次為70mm、83mm，泵徑為38mm、44mm時不能提高抽油系統效率。從下泵深度與抽油系統效率的關系可以看出，隨著下泵深度的增加，抽油系統效率先升高后降低，因此要采用有效技術方法對下泵深度進行優化分析，選擇合理、科學的下泵深度，確保最佳的抽油效率。

圖2 泵徑與抽油系統效率的關系

2.3 優化管柱設計和管理技術

不同的油井和抽油系統采取不同的措施，液量低、動面深的油井要保持一定的泵掛深度。針對油井抽油效率存在的問題要采取參數和管柱設計互相組合進行優化，配套使用連續桿、液壓油管加重桿，選擇防砂抽油泵、防氣抽油泵、固定閥罩、改制盤根盒等新技術設備等。同時，改進管理方法，選用先進管理技術以提高管理水平，從管理改變促進技術轉變，對抽油現場的人、設備、環境等綜合高效管理，如加強設備維護、加大維修力度、做好抽油平衡等，提高抽油系統整體工作效率。

3 提高抽油效率技術的應用

選擇某油田，通過應用優化軟件、宏觀控制圖、功能診斷及自動檢測技術，實時跟蹤并不斷完善和調整抽油工藝設計，相繼調整沉沒度、泵徑、下泵深度、沖程、沖次等參數，選擇優良的永磁電機和抽油機設備，在油田進行持續應用。應用結果表明，平均單井日增液11.3t，日增油2.4t，累計增液113542t，累計增油14163t；平均單井抽油系統效率由47.8%提高到53.4%，泵效率提高3.3%，電機效率提高4.2%，平均節電率提高14.32%，抽油系統平均效率提高近6個百分點。應用結果表明，采用節能型設備、優化選擇最佳參數可以大大提高抽油系統效率。

4 結語

（1）根據抽油系統效率影響因素的分析，總結出抽油系統設備、生產參數指標、管理水平三方面因素對抽油效率的影響。

（2）根據影響因素從節能型抽油設備更換技術，沉沒度、沖程和沖次、泵徑、下泵深度優化技術，管理手段完善技術三方面詳細給出了提高抽油系統效率的技術方法。

（3）對提高抽油系統效率的技術方法進行應用，結果表明，采用節能型設備、優化選擇最佳參數可以很大程度上提高抽油系統的效率。

[1]張志遠，古小紅，王麗麗．提高抽油機井系統效率的方法[J]．斷塊油氣田，2012，7（4）：59-63.

[2]蔣紅波，凌凱，鄭英杰．提高抽油機井系統效率方法的改進與應用[J]．內江科技，2011，32（4）：106-108.

[3]崔學軍，張永利，鄭朝新．提高抽油系統效率工藝技術研究[J]．油氣田地面工程，2008，27（9）：14-15.

（欄目主持 李艷秋）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.10.007