提高有桿泵井機械采油系統效率的技術分析

查旋 李影 李鵬 苗玉禮(中國石化河南油田分公司石油工程技術研究院,河南 南陽 473132)

0 引言

就實際情況而言，有桿泵機械采油系統在進行原油開采時必將產生一部分無用功率。但就目前的情況來看，有桿泵機械采油系統已經得到了廣泛的應用，而其運行效率卻一直無法得到提高。在國家提倡節能減排的政策號召下，該系統的效率提高問題已經成為了各油田共同關注的重要問題，直接影響著油田的生產效益和社會效益。

1 有桿泵井機械采油系統能耗分析

在油田開采的過程中，有桿泵機械采油系統在原油提升的過程中會消耗大量的有效能量和損失能量。其中，有效能量是系統做出的有用功，而損失能量則包含了機械消耗在內的一系列無用功。在損失能耗方面，采油系統不僅會損失一部分電機能量，還會損失抽油機摩阻能量、滑動摩阻能量和粘滯摩阻能量等多種能量。其中，地面電機損耗能量包含了抽油機和電機消耗的能量，其損失功率主要取決于光桿下沖過程中的平均載荷、電機空載率和光桿功率等因素。而在有桿泵生產過程中，抽油桿會與液體與油管發生摩擦，所以也會產生粘滯損失功率。同時，抽油桿與油管的摩擦和氣體泵筒與泵柱塞的摩擦的存在，將導致滑動損失功率的產生。此外，在提升原油的過程中，因壓力降低會有溶解氣從原油中析出，從而導致一部分原油內能轉化成溶解氣膨脹功率。

2 影響有桿泵井機械采油系統效率的因素分析

就目前來看，有桿泵井機械采油系統的運行效率普遍不高。從理論角度來看，抽油機系統效率應該達到55%到65%。然而從實際生產上來看，系統平均效率甚至無法達到30%。而之所以會出現這一現象，主要是受到了幾方面因素的影響。首先，系統電機的最佳運行效率應該在額定功率的0.7 倍到1.1 倍之間，以便保持良好的運行狀態[1]。但在實際生產中，為了進行抽油機啟動慣性和高負荷峰值的克服，電機往往需要配置較大的功率，以至于電機的運行一直處在負載較低的狀態。其次，目前有桿泵井機械采油系統使用的抽油機多數為游梁式抽油機，采用的工作方式為對稱循環方式。而這類抽油機在上下沖程花費的運行時間相同，產生的幅度和頻率較大，容易導致整個系統能耗的升高。再者，系統運行過程中使用了三角皮帶傳動，但是該類皮帶的張緊程度無法得到保證，容易出現震動、打滑和錯動等問題，從而給系統帶來能量損失。此外，系統運行過程中常常會出現不平衡的問題，以至于電動機電流輸出出現差異，繼而導致系統運行效率低下。

3 提高有桿泵井機械采油系統效率的技術分析

3.1 系統運行優化技術

為了使有桿泵機械采油系統保持高效運行狀態，需要采用優化技術進行系統的優化設計。而電機裝置是系統的核心裝置，首先就需要得到優化設計。從優化目的上來看，電機的優化是為了保持一定的負載能力，以便使裝置的能力得到有效利用。同時，還需要使電機試機負載率與最佳負載率之間的差距得到縮短，以便使裝置保持最佳運行狀態[2]。為了達成這一目的，技術人員需要對正常運行的采油系統進行實際測量。而通過分析實際測量得出的圖形，則可以進行光桿工作效率的計算。具體來講，就是按照公式P光桿=(Pmax-Pmin)S*N*103/59976進行光桿工作效率的計算，然后根據結果進行電機的選擇。式中，Pmax為實際測量的最大負荷，Pmin則為實際測量得到的最小負荷。在此基礎上，技術人員可以將計算出的數據當做是電機優化的指標，然后重新進行電機裝置的配置。實踐表明，電機負載率只要提高5%到10%，系統效率就可以提高2%到4%。

3.2 系統節能改造技術

為了減少系統的能耗，技術人員理應對系統進行節能改造。除了進行電機裝置的優化，技術人員還應該致力于保持系統各項裝置的穩定運行，以期達成最佳的系統運行效率。具體來講，就是技術人員可以使用節能性抽油機替代過去的游梁式抽油機，以便達成一定的系統節能效果。而使用該種抽油機可以保持可靠的運行狀態，并且在滿負載情況下保持較低的損耗。就目前來看，油井使用的節能性抽油機主要有兩種，即異向曲柄平衡抽油機和鏈條抽油機[3]。另一方面，技術人員也可以通過安裝節能減速器進行系統的節能改造，以便使系統的機采參數得到優化，繼而使系統的運行效率得到提高。而實踐表明，安裝節能減速器后，平均單井采油系統的效率提高了1%，節省的日電能約為12.4kW·h。

3.3 系統部件增設技術

了解采油系統效率低下的原因后，技術人員也可以通過增設系統部件提高系統的運行效率。一方面，為了減少系統因皮帶傳送而損失的能量，技術人員可以進行系統專用的緊帶裝置的安裝。而該裝置可以進行皮帶松緊帶的調整，所以可以解決皮帶打滑等問題，從而使系統效率得到有效提高。另一方面，針對油管伸長導致的系統能量損耗，技術人員也可以進行油管錨定裝置的安裝。而在此基礎上，操作人員就可以提前得知油管的位置，從而使有桿泵容積工作效率得到有效提高。除此之外，解決該問題也可以通過增設氣錨的措施，以便使油氣含量得到提高。再者，針對抽油桿與油管摩擦導致的系統能量損失，技術人員可以通過安裝抽油桿扶正器進行摩擦的減小甚至消除[4]。此外，針對有偏磨的井口，也可以通過使用井口扶正器來減少系統裝置與井口的摩擦。

3.4 系統智能控制技術

想要使采油系統效率得到提高，還應該根據系統實際運行情況進行其工作性能的優化，從而在增強系統靈活性的同時，提高系統的運行效率。為了達成這一目的，技術人員需要將監測技術引入到油井工作中，以便進行采油工作液面波動數據的采集與整理。而在此基礎上，技術人員則可以將實時控制技術引入到采油工作中，以便實現對系統的智能控制。從長遠角度來看，使用智能控制技術進行有桿泵機械采油作業的控制和調節，可以完成對井下采油過程的自動干預，繼而使石油開采的工作效率得到提高。此外，使用該技術也可以使石油開采的質量得到提高，并確保石油開采的安全性，因此有利于促進石油開采事業的發展。

3.5 系統功率補償技術

從根本上來講，采油系統的運行效率低下主要是因為受到了功率因素低的因素的影響。而之所以會出現這一問題，是因為采油系統的終端缺少功率補償。所以，技術人員應該采取終端補償技術解決這一問題，以便使系統運行的效率得到有效提高。具體來講，就是可以在抽油機自控制箱內進行電力電容器的安裝，以便對相應的系統線路進行無功補償。而使用這一方法，可以使系統功率因素提升約0.2，因此可以為系統的穩定運行提供更多的保障[5]。

4 結語

總而言之，為了提高有桿泵井機械采油系統的生產效率，有關人員應該對影響系統效率的因素進行進一步的分析，以便從中找出提高系統效率的方法。而通過本文的研究可以發現，重新配置合適的電機裝置，并進行節能減速器的安裝和節能性抽油機的使用，都可以使采油系統的生產效率得到提高。同時，也可以進行油井工作過程的實時監測，以便對系統運行做出調整。此外，也可以通過緊帶裝置、油管錨定裝置以及電力電容器減少系統的能力損失和為系統提供功率因數補償，繼而使系統的運行效率得到提高。

[1]宋威.提升有桿泵采油系統效率方法研究[J].化工管理,2015,6：182+224.

[2]朱益飛.利用測試分析提高電泵井系統效率[J].石油石化節能,2013,08：1-3+59.

[3]肖聰.提高機械采油系統效率的理論研究及應用[J].中國石油和化工標準與質量,2013,17：250.

[4]張明.抽油機井系統效率工藝參數優化技術[J].中國石油和化工標準與質量,2011,04：234.

[5]王春彥,李俊,向軍.埕海油田電泵井節能技術應用與研究[J].資源節約與環保,2014,01：39-40.