抽油機井系統效率影響因素分析與改進

齊甫原 張強 段文

機采系統效率主要由地面運行設備的效率和井下桿管泵效率兩部分構成，本文從地面設備、井下桿管、泵和管理及油井的參數設計等方面分析了影響抽油機井系統效率的因素，本文從有桿泵抽油機井的井下工具、地面設備、配套設施等各個環節，對影響有桿泵機采系統效率的因素進行了細致地分析，并針對各影響因素提出了有效的對策，對于提高有桿泵抽油機井的系統效率，降低油井運行成本，實現油井節能降耗，具有一定的指導意義。

一、 抽油機井系統效率影響因素分析

針對長慶油田目前開發現狀，大路溝二區所屬高含水油井居多，抽油機長時間的低效運行，不僅造成大量電能的浪費，而且影響設備的使用壽命，提高抽油機機采效率是一個復雜的系統工程，主要取決于設備狀況、參數優化等方面，通過加強分析，確定科學的調整方式，實現供采協調，充分發揮油井產能，從而降低能耗，提高經濟效益。

影響有桿泵抽油機井系統效率的因素較多，它不僅受抽油設備和抽油參數的影響，而且還受油井管理水平和井況的影響。由于能量在轉換和傳遞過程中，總會發生能量損失，用Pi表示輸入功率，用Pe表示有效功率，用△P表示損失功率，則有：

Pi=Pe+△P

根據抽油機井系統的組成情況，可以把損失功率△P分解為5個部分，即：

（1）電動機損失部分功率△P1：當電動機輸出功率為額定輸出功率的60-100%時，電動機的工作效率與額定效率接近或相等，否則將低于額定效率；而在抽油機工作時，負荷變化極大，所以其電動機的工作效率低于其額定效率。據資料顯示，電動機的額定效率約為90%，而應用于抽油機上的工作效率只有70%左右，這部分功率損失對系統效率的影響很大。

（2）帶傳動部分的損失△P2：油田應用較為普遍的普通V帶、窄V帶和同步帶的效率一般在在95%左右，即這部分的損失功率為5%。

（3）減速器部分的損失△P3：減速器損失分軸承損失和齒輪損失兩部分，一副軸承的功率損失約為1%，共三副合計為3%，一副齒輪功率損失為2%，三副為6%，故減速器的損失功效率9%。

（4）四連桿部分的損失△P4：四連桿結構中有三副軸承和一根鋼絲繩，三副軸承的損失為3%，鋼絲繩的變形損失為2%，所以四連桿部分的損失功效為5%。

（5）盤根盒部分的損失△P5：抽油機工作時，由于光桿與盤根盒中的填料有相對運動產生磨擦，引起功率損失：

△P5=F×v/1000=9.8×f×k×π×d×p×h×v/1000

式中：F-磨擦力；f-磨擦系數；h-有效密封高度；d-光桿直徑；v-光桿運動速度；k-系數，由密封材質確定。

可見盤根盒部分損失與密封材質、光桿直徑、運動速度有關。

二、提高抽油機井系統效率的措施研究

通過以上對有桿泵抽油系統的效率分析，可以發現，提高電動機工作效率，減小抽油機運動的速度、加速度，減小抽油系統的磨擦是實現系統節能的主要手段。

1.改善電動機自身工作特性實現節能。通過使用高轉差電動機（轉差率為20-30%，常規電動機轉差率僅為2-5%）改變電動機的硬特性，提高啟動狀態的輸出功率，降低所選電動機的額定功率PN，使電動機平均工作功率與額定功率的比值盡可能大，盡量接近50 %（常規機一般在30%左右，資料表明當電動機負荷低于50%PN時，電動機的效率會急劇下降），從而提高電動機的工作效率，實現大幅節能。這種方式受抽油機工況影響較大，一般在抽油機負荷較小時應用效果較好，若抽油機的負荷較大，則不宜應用。

2.增設節能控制柜進行無功補償。通過增設節能控制柜對電動機進行電容低壓就地補償，即在電動機定子繞組上并接容性負載，使電動機這個感性負載的電流滯后，使無功功率下降，這樣可以減少電源變壓器的實踐功率，提高電網的供電質量，盡管從單井沒有節能，但從整體上看則實現了節能降耗。（下轉第80頁）（上接第67頁）3.改變抽油機運動學特性節能。眾所周知，長沖程、低沖次是實現節能的有效手段，但是由于沖程的增加，有桿抽油設備體積就必須隨之增大，不僅增加了投資成本，也為日常生產帶來較大的麻煩。因此，長沖程、低沖次抽油機不能在油田得到廣泛應用。通過改變抽油機四連桿結構、參數等手段改變抽油機的運動特性，降低懸點加速度，使運動更加平穩，減小動載荷，使扭矩變化均勻，實現節能，與長沖程、低沖次抽油機殊途同歸。目前油田應用較為廣泛的有雙驢頭抽油機等節能型抽油機。

4.進行油井優化工藝設計，提高井下效率。（1）提淺泵掛：由以上分析，在保證合理沉沒度的前提下，抽油機井提淺泵掛可減少抽油桿、節箍與油管、液柱發生磨擦造成的功率損失；可減少油管柱部分的漏失損失和水力損失；可減少上沖程時的抽油機的負荷，減少泵的漏失，提高泵效，從而提高系統效率。（2）提高泵徑：在目前設備狀況和油井要求產液量一定的情況下，選用目前設備的最大沖程，選用大泵徑抽油泵，而采用較低的沖次，可減少抽油系統中各個磨擦部分的功率損失，從而提高機采系統效率。

5.精確平衡實現節能。實驗表明，當上沖程電流與下沖程電流的比值在80%一100%之間時能耗最低，而普通抽油機往往不能達到上述平衡效果。通過在常規抽油機上增設機構實現對抽油機的精確平衡，從而使抽油機的復合平衡曲線與負荷曲線更相似，分散了峰值扭矩，減小扭矩，使凈扭矩曲線更加平滑，達到節能目的。

6.逐步淘汰高能耗電機。對目前低沖次、低液量稠油井，實施采用節能型電機并配合使用變頻控制柜、減速器。（1）采用節能型電機+變頻控制柜。此種方式的優點是油井調參方便，可置換性強；缺點是變頻柜的一次性投資高。 （2）采用節能型電機+減速器裝置。此方式的優點是減速器價格相對便宜，缺點是增加了摩擦，系統效率會受到一定影響，且油井調參困難，可置換性差。

7.加強油井現場管理工作。完善的生產現場管理措施，對于提高機采系統效率也有很大的影響，它的特點是少投入，多產出。通過對抽油機井采取調參、調平衡、調盤根盒松緊程度、調皮帶松緊及對抽油設備、井口設施實施“五率”（基礎水平率；驢頭、懸繩器、盤根盒對中率；運行平衡率；緊固合格率、潤滑合格率）檢驗措施，保證抽油機井運行在最佳經濟狀態。

提高系統效率是一項長期、基礎、綜合的工作，提高系統效率對節約能耗和提高經濟效益有很大好處。提高抽油機井系統效率要對影響抽油機系統效率的諸因素進行系統研究，并采取行之有效的節能降耗措施，才可能把抽油機系統效率提高到一個較高的水平。

（作者單位：長慶油田分公司第四采油廠）