提高抽油機采油系統效率研究

劉占軍

摘要：從油田公司的發展到現在，油田開采是一項非常危險的工作。今天的經濟發展促進了中國科技水平的提高，也促進了油田開采相關采礦技術的優化和發展。目前，中國的油田采礦工作往往有石油浪費。在此基礎上，有必要采用抽油機采油系統節能技術，最大限度地利用地下剩余的石油資源，以盡量減少石油浪費。另一項研究的重點是抽油機的石油生產系統的節能技術。本文主要針對提高抽油機采油系統效率進行簡要分析。

關鍵詞：抽油機；采油系統；效率

1抽油機節能技術概述

在我國油田開發過程中，最重要的是提高抽油機的利用效率。在此基礎上，有必要降低抽油機的功耗。抽油機工作最重要的是嚴格確保泵送液體的產生。平衡的供應和生產，以及泵單元的負載與電機的輸出功率相匹配，以盡可能地減少無功功率損耗。因此，抽油機的節能技術主要從兩個方面進行，一個是變頻調速，另一個是機械調節。其中，變頻調速模式主要通過安裝節能控制箱來實現。通過節能控制箱，控制電機轉矩的三個值，收集井下葉片值和輸出功率，以減少電壓增加的發生率。節能控制箱主要用于控制采油系統的內圈，外圈和中圈。但是，這項技術對相關人員來說更加困難，因此相關人員應提高自身技術水平，不斷加強抽油機抽油技術的綜合素質。

2抽油機采油系統效率

抽油機采油系統效率為系統輸出功率與電動機輸入功率的比值。通過計算或測試油井產量、泵的有效揚程，可計算得到系統的輸出功率；通過懸點運動分析，根據其他參數計算懸點載荷、曲柄軸凈扭矩等，求得系統的輸入功率，進而求得系統效率。抽油機采油系統效率的計算式為

式中：N2——抽油機采油系統輸出功率，kW；

N1——抽油機采油系統輸入功率，kW。

2.1系統輸入功率

2.1.1抽油機懸點運動規律

以游梁式抽油機為例，應用復變函數法精確分析得到抽油機懸點的運動規律，即懸點的位移、速度和加速度。

2.1.2懸點載荷

全面考慮抽油桿柱自重、泵活塞上的油柱重、抽油桿柱所受浮力、油井中液體對活塞底部的壓力、抽油桿柱和油柱運動所產生的慣性和振動載荷，柱塞和泵筒間、抽油桿接箍和油管間的半干摩擦力，抽油桿柱和液柱間、液柱和油管間以及油流通過抽油泵游動閥座的液體摩擦力，計算得到懸點載荷，也可實測示功圖。

2.1.3電動機輸入功率

根據懸點載荷、抽油機各部件的自重及平衡情況等，利用曲柄軸的凈扭矩（輸出扭矩）進行計算得到電動機的平均輸入功率即系統的輸入功率，也可實測。

2.2系統輸出功率

系統輸出功率可由式（2）求得：

式中：Q——油井產量，考慮泵的理論產量、泵漏失、地面油氣比、泵的沖程損失、液

體收縮系數和體積系數、泵的充滿情況等因素計算得到，m3/d；H——舉升高度或泵的（有效）揚程，m，

ρL——井液密度，kg/m3。

對于生產井進行測試和計算系統效率或對油井進行參數優化設計時計算系統效率，都可以采用以上方法。但因計算涉及參數過多，根據該計算方法不能定性或定量分析某些參數對系統效率的影響。

3系統效率影響因素分析

用功能原理建立系統效率計算的數學模型，綜合分析各主要因素對系統效率的影響。

3.1系統效率計算功能原理法

計算中所需量的名稱和單位見表1。懸點下沖程時，要把平衡重從低處抬到高處，增加了平衡重的位能。為了抬高平衡重，除了依靠抽油桿柱下落所放出的位能或下沖程懸點載荷對抽油機所作的功Wsd外，還需要電動機付出能量。平衡重中所儲的能量為抽油桿柱下落所放出的能量與輸入至電動機的電能傳遞到減速器輸出軸上的能量之和。設hfs和hmg分別是四連桿機構效率和電功輸入→電動機→減速器輸出軸的轉化和傳遞效率，電動機在下沖程中輸入電功是Wmd，則平衡重所儲的能量Wb為

上沖程時，電動機輸入的電功和平衡重下落放出的位能都用來提升抽油桿柱和液柱向上運動，即電動機的輸入電功通過電動機轉化為機械功后，經過皮帶傳動和減速器傳到減速器輸出軸（曲柄軸）上，和平衡重放出的位能一起通過四連桿機構傳遞后，來提升懸點載荷，對懸點做的功或克服懸點載荷所做的功為Wsu。

3.2系統效率影響因素分析及提高系統效率的措施

應用功能原理分析抽油機采油系統效率的影響因素：

1）由式（14）可知，當油井產量、動液面深度、油壓和套壓不變，即油井處于穩定工作狀態時，系統的輸出功率不變。

2）由式（15）可知，系統的輸出功率決定于產量、油層中部深度和井底流壓。對于每口油井，油層中部深度一定，井底流壓又與油井產量有確定的關系，所以對于任意1口油決定于產量，產量確定，則輸出功率確定。

3）由式（14）和式（15）可知，其他因素不變，當下泵深度增加時，分母中的第1、3項都增大，因而輸入功率增加，系統效率降低。所以，在滿足一定泵吸入口處壓力的條件下，應盡量減小下泵深度。

4）當產量不變時，輸出功率不變，同時泵活塞面積、沖程、沖速的乘積（）FSn基本不變。當增加泵徑時，可以減小抽汲速度（）Sn，此時式（14）和式（15）分母中的第1、3項減小，第2項不變，所以系統輸入功率減小，系統效率增加。因此，在一定條件下可采用較大泵徑、低抽汲速度，以提高系統效率。

5）其他條件不變，當電動機、皮帶傳動、減速器效率增加時，系統效率增加。

6）其他條件不變，當四連桿機構的效率增加時，式（14）和式（15）分母中的第1、2項減小，可認為第3項中的兩項加數的增減相抵消，即第3項不變。而四連桿機構效率增加時，系統效率增加。

4結論

4.1根據系統效率的定義，系統效率已有相應的計算方法。由于計算中用到的參數多，系統效率不能寫成各油井生產參數和抽汲參數的函數，即使寫成，此函數也是很復雜的超越方程，無法定性或定量分析油井生產參數和抽汲參數對系統效率的影響。

4.2應用功能原理可以得出系統效率與油井生產參數、抽汲參數的函數關系，并且可以進行定性分析，為提高系統效率、實現機械采油系統的節能降耗，提供理論上、方向性的指導具有重要意義。

4.3在滿足一定泵吸入口處壓力的條件下，盡量減小下泵深度，而并非“深抽”。

4.4在一定條件下可采用較大泵、低抽汲速度，而并非“長沖程、低沖速、小泵深抽”。

參考文獻

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