能耗節點分析在抽油機井節能降耗中的應用

胡全偉（中國石油天然氣集團公司節能技術監測評價中心）

能耗節點分析在抽油機井節能降耗中的應用

胡全偉（中國石油天然氣集團公司節能技術監測評價中心）

機械采油系統能耗約占油田總能耗的60%左右，是油田生產能耗重要組成部分，而抽油機采油系統是機采系統的主要方面，因此提高抽油機井系統效率對降低機采系統能耗，提升油田綜合效益具有重要意義。通過對抽油機井系統效率數據進行分析，結合實際生產過程，找出影響抽油機井能耗的主要節點所在，分析系統效率不合格原因，針對主要能耗節點結合生產實際采取優化措施，可實現年197×104kWh的節電量，有效降低機采系統能耗。

抽油機井；能耗節點；節能降耗

系統效率是反映抽油機井運行情況的一個綜合指標，提高抽油機井系統效率對降低機采系統能耗具有重要意義[1]。節能監測是了解掌握機采井系統效率，推動能源合理利用的有效手段，某油田結合生產實際，利用節能監測技術手段對抽油機井等重點耗能設備進行監測，通過監測掌握機采井運行效率情況，為今后節能改造提供依據。

2016年對某油田4000多口抽油機井進行監測評價，系統效率合格率為68.59%，系統效率指標良好，對抽油機井系統效率情況進行分析，找到影響系統效率的主要因素，通過對能耗節點進行分析，查找影響抽油機井能耗的主要因素，采取有針對性的優化措施提高抽油機井整體系統效率。

1 系統效率分布情況

2016年監測的抽油機井中系統效率評價不合格井1373口，占可評價數量的31.41%，不合格井平均系統效率為10.06%。

系統效率是機采系統的關鍵考核指標，依據2016年某油田機采井監測情況將機采系統效率劃分為理想系統效率區、高系統效率區、平均系統效率區、較低系統效率區和特低系統效率區。對各區間影響系統效率的主要因素進行分析，抽油機井各區間，見表1。

2 能耗節點分析

動液面和產液量是影響抽油機井系統效率的主要因素，動液面越深、產液量越高，系統效率也就越高；同時，抽油機井的平均功率利用率也隨著系統效率分布區間的增大而增高。根據能耗節點控制的理念，結合抽油機井運行特點，對抽油機井能耗流向進行研究分析，提升抽油井系統效率可從地面及井下2個要素8個控制點進行。

2.1 系統效率影響因素

影響抽油機系統效率的地面因素主要有變壓器、電動機、抽油機井等設備的效率及其他輔助生產設備；井下因素主要有泵效、摩擦力、油桿彈性、地層滲透率等因素。抽油機采油系統工作的過程就是一個能量不斷傳遞和轉化的過程，能量的每一次傳遞和轉化都會有一定的損失，根據抽油機的組成，可把系統的能量損失分為8部分，其能量損失[2]見圖1。

表1 2016年某油田抽油機井系統效率分布

圖1 抽油機采油系統能量傳遞與損失流程

在最優的理想狀態下，普通游梁式抽油機井的最大系統效率為63.60%，但在實際生產中系統效率最大一般不超過55%。30kW電動機理想狀況下，抽油機系統的能量損失和傳動效率統計見表2。

表2 理想狀況下抽油機系統的能量損失和傳動效率統計

由表2可知，提高抽油機系統效率的措施可以具體到相關設備，有針對性的進行提升改造。

2.2 提高系統效率措施

提高抽油機井系統效率可針對各個影響因素采取措施，結合某油田抽油機井系統現狀主要有以下建議。

2.2.1 電動機損失

常用電動機最佳運行效率在額定負載（0.7～1.1）附近，因此需要根據抽油機井工作狀況，對負載率低的抽油機井采取更換小功率電動機或安裝節能電動機、節能配電箱等措施提高負載率，提升電動機效率和功率因數；同時要合理匹配井用變壓器抽油機井、電動機、變壓器盡量合理匹配，避免載荷過低的現象發生[3]，造成不必要的能源浪費。

2.2.2 皮帶傳動損失

抽油機傳動部分損失主要有兩類，一類是與載荷無關的損失，主要是繞皮帶輪的彎曲損失，進入與退出輪槽的摩擦及風阻損失，多條皮帶傳動時，由于皮帶長度誤差及輪槽誤差造成的功率損失。另一類是與載荷有關的損失，包括彈性滑動損失，打滑損失，皮帶與輪槽間徑向滑動摩擦損失等。工程常用的皮帶傳動效率都比較高，最高可達98%，在現有技術條件下，傳動部分效率的調高潛力很小。對采油廠來說，需要做好的是皮帶的管理工作，研究合理的皮帶量化測試方法，確定符合生產工況的皮帶松緊度，對磨損的皮帶做到及時發現，及時更換。標準井固定工況下皮帶松緊度對抽油機井系統效率影響見表3。

表3 抽油機井皮帶松緊度對抽油機井系統效率影響

2.2.3 減速箱損失

減速箱的損失主要是軸承損失和齒輪損失，一般傳動效率為90%以上。從工程角度上看，這基本是目前減速箱傳動效率的最高值。因此，采油廠只需按照要求及時更換潤滑油，做好減速箱的管理和維護工作。

2.2.4 換向損失

對游梁式抽油機來說，其換向部分主要是四連桿機構，損失主要包括軸承摩擦損失和驢頭鋼絲繩變形損失。在目前不改變換向結構的情況下，該部分的效率不會有太大的提升，需做好日常的潤滑保養工作；通過合理調節抽油機井平衡度，是油井保持在90%左右的經濟區可以節約電能，提高系統效率。

2.2.5 盤根盒損失

主要是光桿和盤根盒間的摩擦損失。正常情況下，盤根盒的功率損失是光桿與填料間的相對運動產生的摩擦，損失與光桿運動速度和摩擦力呈正比。正常情況下，盤根盒能量損失很小，但如果盤根過緊，或者光桿安裝不對中，光桿與盤根盒的摩擦力將成倍增加。日常管理中需要各采油廠做好盤根調節工作，通過實驗對比，盤根調整至不漏油最松狀態下緊30～50N·m（1～1.5圈），此時抽油機理論上應達到最佳節電和管理效果。

2.2.6 抽油桿損失

該部分損失主要是抽油機在上下沖程工作過程中與油管和井液間的摩擦損耗，抽油桿與液柱間的摩擦損耗與下泵深度、原油黏度成正比；與油管間的摩擦跟井筒斜度和彎曲程度有關，井筒的斜度或彎曲程度越大，摩擦耗功越大。該部分能效在日常工作中提高的潛力不大，可操作性較低。

2.2.7 抽油泵損失

抽油泵的功率損失包括機械功率損失、容積功率損失和水力功率損失。機械功率損失是柱塞與泵筒（襯套）之間的機械摩擦損失，一般情況下較小；容積功率損失是柱塞與泵筒（襯套）之間漏失及泵閥關閉不嚴造成的漏失產生的功率損失；水力功率損失是原油流經泵閥時由于水力阻力引起的功率損失。抽油泵損失的主要形式是容積損失和水力損失，其次是抽油桿彈性伸縮引起的沖程損失。由表2可知，抽油泵損失在抽油機能量損耗中占的比重很大。在日常工作中，減小抽油泵損失需要做好以下工作：

1）經常關注油井地下參數的變化情況，對出現泵漏失等情況要及時進行解決，做好檢泵工作。

2）對供液量不足的抽油機井要及時進行調參，調節沖程沖速，或者考慮進行間抽，合理調節沉沒度，提高泵效；但同時需注意泵效并不是越高，抽油機井系統效率也越高，一般情況下泵效低于40%的抽油機井采取措施后，系統效率提升較明顯。

3）降低抽油機的沖程損失也是提高泵效的重要方面，沖程損失與泵活塞及油管截面積、抽油桿長度及截面積、動液面深度、液體密度等有關，這需要對抽油桿及抽油泵等的選用進行優化組合。

2.2.8 抽油管柱損失

主要包括容積損失和水力損失。管柱水力損失與管柱內表面的粗糙度及井液向上流動速度的平方成正比[4]。因此對于井液腐蝕性較強或者易結垢的油井需對油管采取防腐或防結垢措施；選擇抽汲參數時盡量選大泵徑、長沖程、低沖速，降低液體上升速度，減少水力損失，提高泵效；減少容積損失主要是在油管螺紋處加裝密封件，做好油管密封。

以上是提高抽油機井系統效率幾項措施，目前從管理及技術上講減少電動機損失、皮帶傳動損失及抽油泵損失是最有可操作性，也是應用較多見效較快的措施。

3 應用效果

由于節能具有相對性，因此實際計算分析過程中需要根據不同的需要采用不同的節能量計算方法。在計算抽油井節能量方面，主要采用技措法，即抽油機井采取節能技術措施前后能耗水平的比較，以系統效率提高為依據計算節能量[5]。

式中：ΔE——節能量，kWh；

Eh——技術措施后消耗量，kWh；

ηh——改造后系統效率，%；

ηq——改造前系統效率，%。

以某采油區塊抽油機為例，2016年機采系統監測中該區塊系統效率評價不合格抽油機井393口。通過對抽油機井能耗節點進行分析，采取相應經濟上合理，技術上可行的整體優化技術對抽油機井運行過程進行優化[6]，使抽油機井系統效率每提高1%，抽油機井全年運行時間取300天，按照上述公式計算，每年可實現節約有功電量約為197×104kWh。因此抓住抽油機井能耗節點的主要因素采取優化措施，在提高系統效率方面，該油田還是有很大的節能潛力可以挖掘。

4 結論

通過對相關指標及影響因素進行分析可知，采取正確合理的措施可有效提高機采井系統效率。目前該油田抽油機井系統效率還有較大的提升空間，因此，通過加強節能監測工作及時了解機采井系統效率情況，針對存在的問題進行及時改進可有效降低機采系統能耗，對降低油田生產成本，提升效益具有重要意義。

[1]馮成寶.油田抽油機的現狀及節能方式綜述[J].內蒙古石油化工，2008（24）：31-33.

[2]葛蘇鞍，何靜.抽油機電動機運行狀態分析[J].油田節能，2000，11（1）：35-36.

[3]吉效科.油田設備節能技術[M].中國石化出版社，2011：12-13.

[4]楊建華，曹新彩.提高抽油機井系統效率技術及應用[J].石油石化節能，2012（4）：15-18.

[5]楊芳麗，侯紅武，謝麗君.常規抽油機節能潛力分析及對策[J].資源節約與環保，2011（3）：31-32.

[6]陳俊清.抽油機采油系統能量損失分析與對策[J].中國石油和化工標準與質量，2011（2）：134.

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.09.006

胡全偉，2011年畢業于黑龍江科技學院（電氣工程及其自動化專業），從事節能監測與評價工作，E-mail：228563836@qq.com，地址：黑龍江省大慶市讓胡路區西賓路552號，163453。

2017-08-01

（編輯鞏亞清）