陸梁油田作業區提高機采系統效率技術研究與應用

白璐

（新疆油田公司陸梁油田作業區，新疆 克拉瑪依 834000）

陸梁油田作業區機采系統占總耗電的59.5%，為油田第一耗電大戶。對陸梁油田作業區1121口抽油機井進行了機采系統效率現場測試，并收集了相關地質參數、高壓物性參數、生產參數。測試正常井平均系統效率為19.59%，平均單井電機輸入功率5.71kW，平均單井日耗電137.04kWh，平均單井年耗電為45223kWh，電價按0.679元/kWh計，平均單井年耗電費30706元。作業區抽油機井的平均系統效率低于油田公司，與股份公司水平相比還有較大的差距。

1 存在問題及影響因素分析

抽油井系統效率低是陸梁油田作業區機采系統存在的主要問題，造成抽油井系統效率低的原因，主要有以下幾個方面。

（1）舉升參數還有優化空間。6型、8型抽油機最佳沉沒度在150～350m（當前平均576m），10型、12型抽油機最佳沉沒度在300～600m（當前平均813m），目前舉升參數存在較大優化空間。

（2）抽油機負載率低。經統計陸梁油田作業區抽油機負載率偏低，平均46.8%，低于50%的井占63.2%，隨著機型的增大負載逐漸降低，其中12型抽油機負載率低于50%的占68.7%。大馬拉小車的現象比較嚴重，從而導致系統效率偏低。

（3）電機負載率低。測試了陸梁油田1121口抽油井，電機平均功率利用率為23.4%，其中電機平均功率利用率低于20%有389口，占總測試井數的34.7%，形成了大馬拉小車的現象。

（4）偏磨現象突出。油田開發要達到長沖程，低沖次的目標，但受制于目前抽油機最小沖次4次/min的限制，抽汲參數已經不能滿足生產需求，形成了“快馬拉小車”。沖次越高，抽油桿疲勞周期越短，同時加劇桿管偏磨，導致檢泵周期的縮短。

陸梁油田抽油機井平均沖次4.57次/min，偏磨導致檢泵占影響因素的22.6%，偏磨現象比較明顯。

2 機采系統節點分析

通過對抽油機采油系統的分析，我們可以將其劃分為地面和井下兩部分，并使用光桿懸繩器來進行區分。在功率傳遞過程中，地面傳動系統由電機、傳動帶、減速器和四連桿機構構成；而井下系統則由盤根盒、抽油桿、抽油泵和管柱等構件組成。根據抽油機系統效率分析的節點理論，在整個傳動過程中，各個節點處均存在不同程度的功率損耗。

2.1 機采系統各節點能耗分析-電動機

抽油機的能耗損失主要源自其負載率過低，從而導致“大馬拉小車”現象的出現。當電機負荷水平較低時，它的性能也較差，這不僅會導致裝機容量的浪費，還會降低其經濟性。相反，如果電機負荷水平較高，它可能會減少使用壽命，甚至損壞。因此，為了節約和延長其使用壽命，電機必須處于適當的負荷水平。

當抽油機平衡失調時，會導致大量電能損失。當抽油機的平衡性變差時，電機的輸出功率會增加，導致消耗更多的電能。經過實際測試，當平衡率處于80%～110%時，抽油機的消耗量將達到最低水平。當平衡率超過120%時，耗電量會增加0.25kW·h，而當平衡率低于70%時，耗電量會增加約0.15kW·h。顯然，抽油機具有良好的平衡性，有助于提升電動機的運行效率。

現場建議：（1）根據抽油機工作特點及機型大小匹配電機，提高電動機的負載率（大于35%）和功率因數（大于0.4）；（2）調好抽油機平衡，減少電機損耗。

2.2 機采系統各節點能耗分析-傳動帶

皮帶的傳動效率在理想情況下高達98%。皮帶的損耗可以分為兩類：（1）不受負載影響的損耗；（2）由于負載的不斷增加，導致的損耗也會發生改變。第一類損失是由于皮帶輪的彎曲而產生的，這種損失取決于皮帶的類型、結構和直徑；摩擦損失在輪槽中的變化主要取決于拉力、皮帶輪的安裝位置和尺寸，這些因素都會影響輪槽的性能；風阻損失；當使用多條皮帶傳動時，由于皮帶長度的不一致性，導致負載分布不均，從而導致功率損失。第二類損失包括：由于彈性滑動而產生的影響；打滑導致損失。滑動摩擦損失是由于輪槽與皮帶之間的徑向接觸造成的。

現場建議：（1）皮帶的尺寸大小與皮帶輪槽匹配，最好選擇窄V型皮帶。（2）皮帶松緊保持適中，并保證“四點一線”調整到位。（3）調好抽油機平衡，抽油機平衡率越低，皮帶打滑磨損的越嚴重。（4）觀察皮帶間是否有油垢或則其他雜質，及時清理干凈，保持皮帶清潔。

2.3 機采系統各節點能耗分析-減速箱

游梁式抽油機的減速箱一般采用三軸兩級減速，減速箱部分的損失分為軸承損失與齒輪損耗。一副軸承的損失大約為1%，即減速箱部分的軸承損失約3%。在兩個人字形齒輪之間的傳動過程中，由于存在相互的滑動，會導致摩擦損失的增大，從而提高了動力的消耗，并降低了傳動效率。一對齒輪傳動功率損失大約為2%，即減速箱齒輪損失大約為4%。綜上所述，減速箱部分的功率損失大約為7%。如果減速箱的軸承、齒輪部分潤滑效果不好、保養不良，損失將會增加，效率下降。

現場建議：（1）減速箱中潤滑油不足或者油質問題都可能導致其效率過低，應定期檢查添加或更新。（2）保持減速箱內部軸承齒輪運轉部件完好，出現問題及時更換。（3）保持減速箱內油道通暢，如有堵塞，需返廠解體清洗。

2.4 機采系統各節點能耗分析-四連桿

四連桿機構的性能受到多種因素的影響，其中最重要的是軸承的磨損和由于鋼絲繩的變形而造成的損失。軸承部分的損失大約為3%。鋼絲繩的損失大約為2%。因此，四連桿機構的能量消耗大約只有5%，也就是說，它的效率高達95%。當然，如果四連桿機構的軸承缺乏足夠的潤滑和維護，會降低其效率，也會帶來更多的損耗。

現場建議：（1）保證各個運轉部件，尤其是軸承潤滑到位，保持機體無異常響動。（2）對老化部件及時維修更新，降低機件間的摩擦損耗。

2.5 機采系統各節點能耗分析-盤根盒

盤根盒過松，會產生井液漏失，過緊則增加能耗損失，同時縮短填封材料的使用壽命。光桿上下往復運動時，與盤根盒內填料之間的摩擦力是造成盤根盒損失的主要原因，而這種摩擦力的大小取決于填封材質、接觸面積、工作壓力、沖程、沖次等因素，一般來說，隨著這些因素的增加，摩擦力也會相應增大。

現場建議：（1）查看驢頭是否偏斜，如果偏斜需要立即測量歸正。（2）若密封方式與井口不匹配，需要調整改變密封類型。（3）密封松緊度不當，需要適度調節。

2.6 機采系統各節點能耗分析-抽油桿

抽油桿的性能受到多種因素的影響，其中最大的影響因素包括抽油桿與提升液體之間的摩擦力，以及抽油桿與油管之間的阻力，這些都會對抽油桿的效率產生影響。隨著油藏的開采，由于含水量的增加、結蠟和出砂的加劇，抽油桿和油管之間的摩擦力也會變得更強，這不僅會降低系統的運行效率，還會縮短設備的使用壽命。

現場建議：（1）為了提高抽油桿的效率，建議降低沖次和沖程，上提泵掛深度，優化抽油桿的桿徑和材質組合，以減少黏滯功率損耗和滑動功率損耗。（2）由于井下蠟堵在抽油桿提拉過程中形成損耗，需要化蠟清理，降低蠟堵。（3）桿管摩擦損耗，導致效率低下，需要及時調整或配套扶正器、加重桿等設施。

2.7 機采系統各節點能耗分析-抽油泵

抽油泵是將井下液體提升至地面的主要設備，提升過程中存在一定的能量損失，主要包括機械損耗、容積損耗和水力損耗。

現場建議：（1）通過查詢抽油泵示功圖，判斷故障原因，及時進行故障整改。（2）由于泵體本身的機械原因導致的效率低下，需要及時維修換泵。（3）做好清防蠟工作，保證井液過流通道暢通。（4）氣體影響明顯的井，可安裝氣錨、提高泵效。

3 機采系統優化設計

3.1 總體設計思路

針對陸梁油田抽油機井的日產液情況，按照“一井一策”的總體思路，分類進行優化設計并配套地面設備。

（1）產液量小于10t/d，優化設計沖次在1.5～2.5次范圍內的油井，采用機械調速節能拖動裝置，部分產液波動大的油井采用雙速節能拖動裝置。（說明：機械調速節能拖動裝置由齒輪變速箱、電機、皮帶輪組裝而成，以小功率電機為驅動力，采用皮帶輪傳動方式，以小齒輪帶大齒輪實現降低轉速。有單速、雙速兩種，沖次調節范圍1.5～4次/min）。

（2）產液量大于10t/d，優化設計沖次在2.5～3.5次范圍內的油井，采用慢速電機，部分產液波動大的油井采用雙速電機。（說明：應用慢速電機后沖次可降低為原來的0.5～0.67倍。有單速、雙速兩種，沖次調節范圍2.5～5次/min。）

3.2 “一井一策”單井設計方法

3.2.1 確定生產目標

確定生產目標是進行機采系統設計的前提，生產目標共五個參數：產液量、含水率、動液面、油壓、套壓，其中產液量、動液面是最關鍵的兩個參數。

產液量。目標產液量一般以地質設計提供的產液為準。

動液面。生產平穩的井，動液面的取近18個月的平均值；如果動液面逐漸上升或下降，產液量趨于增加或減少，說明該井地層供液能力增強或減弱，則應按最近一個月的平均產液量來確定；如果產液量明顯減少，動液面逐漸上升，說明該井管漏或泵漏或雙漏，則應按正常生產時的動液面來確定。

含水率、油壓、套壓。含水率取最近一個正常生產月的數值，油壓、套壓取最近1個月的數值。

3.2.2 不同類型井的設計思路

（1）“三低井”設計。“三低井”即產液低、泵效低、沉沒度低且示功圖呈現“刀把狀”的井，這類井生產參數偏大，可以直接進行地面“降桿速”調參，檢泵設計時，加深泵掛、降低桿速。

（2）“三高井”設計。“三高井”即產液高、液面高、泵效高且示功圖正常的井，這類井檢泵設計時增大泵徑、上提泵掛、降低桿速。

（3）“常規井”設計。“常規井”即產液量在均值附近、動液面平穩且示功圖正常的井，這類井檢泵設計時降低桿速，但不建議大幅上提泵掛。

（4）“提液井”設計。生產中時常進行提液設計，這類井應根據新的目標產量，通過IPR曲線預測新的動液面。

（5）“新投井”設計。新投產的井根據試油資料確定生產目標，進行能耗最低機采系統設計，后期密切跟蹤生產動態，及時開展地面參數的匹配調整。

4 現場實施及效果

現場完成實施300井，完成改造后測試300井，已安裝地面設備174臺（慢速電機155臺，抽油機傳動裝置19臺）。

4.1 提效降耗

實施井產液量增加，提效降耗效果顯著：平均系統效率提高9.74%，平均節電率26.86%，平均單井日節電49.3kWh。

改造前：平均單井產液量21.2t/d，平均產液單耗7.03kWh/t，平均系統效率21.49%。

改造后：平均單井產液量26.1t/d，平均產液單耗5.14kWh/t，平均系統效率31.23%。

4.2 降本增產

（1）節約桿管。實施井泵掛上提，液面下降，平均沉沒度從767.5m變為617.8m，共節約桿管22852.8m，桿管按110元/m計，節約生產成本251萬元。

（2）提液增油。平均單井增液4.9t/d，實施井增加液量1327t/d，增加油量53.5t/d。截至7月底，累計增加液量139335t，累計增加油量5617t。按原油價格2200元/噸計算，創產值1236萬元。

5 結語

（1）通過對各影響因素技術現狀進行分析得出，對于地面系統，最大節能潛力在于優化電機負載率以及日常抽油機平衡的調整。井下系統影響因素中，抽油桿的摩擦損失、抽油泵的容積損失和水力損失是影響井下系統效率的關鍵。

（2）已實施的300井提效降耗效果顯著。產液增加（平均由21.2t/d上升至26.1t/d），平均產液單耗節能率下降26%以上，平系統效率提高9.7%，達到了提效降耗的目的。

（3）實施井節約桿管22853m，節約成本251萬元。