d抽油機節能系統效率"一體化"提升技術研究

慕林軍

摘 要：多年來的采油管理現場實驗表明，提高抽油機系統節能效率必須綜合多元素考慮、多方面兼顧，具體體現在影響因素的各個組成部分上要演奏同力曲。在經濟新常態下，深入研究抽油機系統節能技術對于提高油田開發經濟效益、加強節能降耗工作，具有重要意義。

關鍵詞：抽油機；桿泵機一體化匹配； 參數；效率；節能降耗

隨著油田開發的不斷深入，油井產能降低，抽油機系統效率也逐漸降低。本文從抽油機井設備本身、抽汲參數等幾方面，通過對比、綜合分析總結出影響抽油機系統效率的各種因素，并且提出了相應的技術措施以提高抽油機的節能系統高效率水平。

1 影響抽油機系統效率因素分析

抽油機采油的原理是將電能從地面傳遞給井下液體，從而把井下液體舉升到井口。抽油系統工作時，就是一個能量不斷傳遞和轉化的過程。因此，影響抽油機系統效率因素也比較多而且關聯復雜。

1.1抽油機平衡率

抽油機平衡率定義為抽油機上沖程的電流峰值與下沖程的電流峰值的比值，當抽油機不平衡時，上沖程中電動機承受著極大的負荷援下沖程中抽油機反而帶著電動機運轉，從而造成功率的浪費，降低電動機的效率和壽命。它是衡量抽油機在不同沖程過程中的運動平衡程度的指標，是一個適中型指標，適中值為1。

1.2 電機負載率

電機的影響關鍵在于電機負載率的影響。電機負載率過低時，電機效率和功率因數下降援電機處于“大馬拉小車”現象，嚴重影響抽油機系統效率。電機負載率定義為電機的消耗功率與電機裝機功率的比值。它是衡量電機輸出功率與抽油機井有效功率棚匹配的指標。

1.3井口回壓、套壓的影響

井口回壓、套壓的影響油井井口回壓的存在，增加了上沖程時的懸點載荷力，當井口回壓增加時，相當于增加了抽油桿的重力，上沖程懸點載荷增加，導致電機耗能增加。井口回壓過高，懸點載荷增大，亦可造成泵的漏失，影響機采井系統效率。當套壓過大，降低了泵舉升的有效揚程，導致機采井系統效率下降。

1.4 沉沒度的影響

沉沒度的影響根據機采系統效率計算公式，增加有效揚程H可增加系統效率，即滿足泵的沉沒壓力條件下提高泵的揚程，降低動液面保持合理的沉沒度。而沉沒度與泵效有密切關系，隨著沉沒度的增加，泵效增加，當沉沒度達到一定值時，泵效增加趨于變緩。

2 機桿管泵“一體化”提升抽油機節能系統效率策略

2.1 主導思路與理念

抽油機、抽油桿、抽油泵的選型對于采油生產和節能降耗具有十分重要的意義。主要表現在對機、桿、泵型號、參數、尺寸、性能方面的特殊要求。根據油井流入動態曲線和油田定產要求，首先初選抽油機、設計抽油桿、選擇抽油泵的型號以及選擇沖程、沖次等參數， 再從井底到抽油機反向計算受力情況，以校核抽油機型號、沖程、沖次參數是否合理，以此反復循環，分析目前機、桿、泵系統應用中存在不足和問題，提出具體的需求參數及生產方向，實現抽油機、抽油桿、抽油泵的節能的最佳匹配。

油井正常抽汲過程中由于液柱載荷使抽油桿柱和油管柱發生伸縮變形，引起活塞和泵筒在一定范圍內相向運動，使活塞的沖程小于光桿沖程援其值稱為沖程損失。沖程損失越大，產量損失也越大，泵效就降低得越多。抽油桿能損率包括抽油桿上下運動時的摩擦損失和彈性變形損失，它是衡量抽油桿在系統效率中的能耗程度的指標，其值越小越優。泵效是柱塞有效沖程系數、泵充滿系數、泵漏失系數和沉沒壓力條件下溶氣原油的體積系數的綜合，它是衡量泵的有效利用程度指標援其值是越大越優。

2.2 抽油機參數的優化

對于抽油機來說，其主要性能參數有：懸點最大負荷、減速箱額定扭矩、沖程等。一般情況下，不同型號的抽油機都有相匹配的以上幾個參數。但由于生產情況不一樣，油田對抽油機各種參數需求的重點有所不同。現在，由于產液量小，對減速箱額定扭矩、電機功率、沖程、沖次的要求都不高，需要滿足的首要條件是抽油機的額定懸點最大負荷。其它參數的配置應在盡可能降低系統效率的前提下進行。計算和實測資料表明：即使10 型、12 型抽油機，其額定扭矩也不會超過37 kNm。沖程最大為3 m即可，沖次選擇以盡可能低為好。對額定懸點最大負荷的要求方面，長期的抽油機選型及現場最大負荷實測資料反應出：對最大載荷為70kN和90 kN的抽油機有一定量的需求。而抽油機標準系列為：5 型、6型、8型、10型、12型等，現在缺失7型和9型機，造成在抽油機配型上的浪費或者超負荷運行。因此，要增加抽油機7型和9型機的選用。對于營一區平均單井產量不到3t/d，液量不到3m3/d，在選用小泵短沖程后仍需要降低沖次，才能有較高的泵效，因此，要采用大減速比抽油機更節能。

2.3 合理匹配電機

抽油機電機平均負載率小于40%，運行效率就低于80%，還使配電線路的功率因素降低。盡量使電機的負載率達到或接近最佳負載率范圍，負載率不足25%時應合理更換小容量電機。可以對叢式井組研發抽油機“1+N”軟啟動裝置，要采用為降低抽油機配置電機功率，再通過給每臺抽油機安裝變頻器，可以大大降低抽油機配置電機功率，達到節能目的，也降低了安裝費用。

2.4對抽油桿的要求

復雜油田泵掛深度生產井多為定向井、斜井、水平井及復雜結構井，油井生產中抽油桿的偏磨、斷脫問題比較普遍。油井維護性作業中有三分之一以上是因為桿的問題。針對油田的生產特征，對抽油桿的要求表現在性能方面有：盡可能小的桿徑尺寸和桿體重量下具有盡可能高的強度；耐磨性能好；承受彎壓載荷的能力強；起下作業方便。從滿足以上性能方面看，高強度抽油桿、玻璃鋼抽油桿、復合材料連續抽油桿等都有很大的應用前景。但就目前的技術現狀來看，還需要進行進一步的科技創新和改進，才能大面積應用于生產。

2.5 抽油泵技術革新

根據油田井的產量分布情況可能明顯看出，使用小的泵徑會減小抽油桿柱的桿徑，減低抽油機懸點載荷，提高系統效率，降低能耗。當井深2066m，泵掛深度1878m，動液面1727m，抽油桿組合采用三級組合，即Ф22 （15%） +Ф19 （45%）+ Ф22 （40%）組合方式，抽油桿采用高強度HL級或HY級，油管內外徑為62/73mm，經過計算，分別用38mm、32mm、28mm的抽油泵，抽油機沖程損失分別是0.6m，0.5m，0.4m，隨著泵徑的減小，抽油機沖程損失在減少。也可以加強抽油泵的技術創新，使用井下無桿往復采油泵，電能消耗比傳統的游梁式抽油機就可以節約電能50%，提高泵效80%，檢泵周期一年以上，使用壽命10年以上，是對抽油方式節能的革命性的推進。