抽油机系统效率因素分析与优化

2014-03-22

油气田地面工程 2014年10期

抽油机系统效率因素分析与优化

詹燕涛1；2宋岩2；3赵星2

1北京大学地球与空间科学学院；2中国石油勘探开发研究院；3中国石油大学（北京）

根据抽油系统效率影响因素的分析，总结出抽油系统设备、生产参数指标、管理水平三方面因素对抽油效率的影响。根据影响因素，从节能型抽油设备更换技术，沉没度、冲程和冲次、泵径、下泵深度优化技术，管理手段完善技术三方面详细提出了提高抽油系统效率的技术方法。对提高抽油系统效率的技术方法进行应用，结果表明，采用节能型设备、优化选择最佳参数可以在很大程度上提高抽油系统的效率。

抽油系统；效率；参数优化；管柱设计

1 抽油系统效率影响因素

（1）工艺设备因素对抽油效率的影响。在地面系统，抽油机输入能量传递和转换过程的能量损失导致抽油效率降低。主要体现在电机效率损失、皮带传动效率损失、齿轮减速器效率损失等[1]。

（2）抽汲参数对抽油系统地面效率的影响。研究分析表明，抽汲参数中的抽油机冲次、冲程、泵径、下泵深度、抽油杆尺寸等对抽油系统效率的影响较大，选择不同抽汲参数组合能够优化抽油系统，提高抽油效率。

（3）管理技术水平对抽油系统效率的影响。管理技术和制度直接影响抽油设备的使用、维护和寿命等，进而影响抽油系统的运行效率。加强技术管理水平、合理规划系统设备的使用，对提高抽油系统效率和设备寿命都有很大的作用。

2 抽油效率的优化

2.1 采用先进节能型抽油机系统设备

地面系统效率主要由抽油机和电机效率决定，对地面系统抽油效率的提升可以从设备技术层面出发，更换先进节能型抽油机设备。提高电机效率主要从抽油机平衡度、合理匹配电机效率、使用高效电机三方面出发，抽油机与电机效率不匹配严重影响抽油效率。通过实验分析可以看出，不同的抽油机型号选择对抽油系统效率有影响，并不是功率越大的抽油机抽油效率最好，而是要根据电机效率、抽油设备型号、油井实际情况选择匹配的抽油机，只有抽油机匹配性高才能发挥最高的抽油效率[2]。

实验表明，选择节能型永磁电机比常用普通电机的抽油效率高。在相同工况下，和常用普通电机相比，异相平衡电机可节能15%～20%，前置式电机可节能20%～30%，且节能型电机平衡效果好、能耗低、重量轻。因此，选择节能型电机，合理匹配抽油机是提高地面抽油效率的有效措施[3]。

2.2 采用生产参数优化技术

（1）优化沉没度技术。沉没度过大容易造成抽油机上、下行程悬点载荷增大，摩擦阻力增大导致管柱效率降低；沉没度过小会降低抽油泵效率。泵挂变化时，油井产量与下泵深度有关，也就与沉没度有关，沉没度直接影响悬点载荷、电机载荷。沉没度与系统效率关系如图1所示。从图1可以看出，优化沉没度使其控制在合适水平可以达到最佳效率。

图1 沉没度与抽油系统效率的关系

（2）优化抽油冲程与冲次技术。抽油系统的冲程、冲次对抽油效率有较大影响，由实验分析冲程、冲次与抽油效率的关系。结果表明，随着冲次数量的增加，井下原有液体的举升效率先增加后降低，这说明在抽油系统稳定和油井供液能力一定的情况下，存在最佳冲次。采取最优化技术方法进行分析和优化，使得长冲程、慢冲次达到最佳协调水平，促使举升效率提高。

（3）泵径、下泵深度优化技术。抽油泵是作用在原有液体上的最直接能量，泵的利用效率高低直接决定了抽油系统效率，影响泵效率的最主要因素有泵径、下泵深度两方面，通过实验分析，得出泵径与抽油效率的关系，如图2所示。由图2可以看出，要达到最佳的系统效率就要优化泵径，选择泵径为56mm，其次为70mm、83mm，泵径为38mm、44mm时不能提高抽油系统效率。从下泵深度与抽油系统效率的关系可以看出，随着下泵深度的增加，抽油系统效率先升高后降低，因此要采用有效技术方法对下泵深度进行优化分析，选择合理、科学的下泵深度，确保最佳的抽油效率。

图2 泵径与抽油系统效率的关系

2.3 优化管柱设计和管理技术

不同的油井和抽油系统采取不同的措施，液量低、动面深的油井要保持一定的泵挂深度。针对油井抽油效率存在的问题要采取参数和管柱设计互相组合进行优化，配套使用连续杆、液压油管加重杆，选择防砂抽油泵、防气抽油泵、固定阀罩、改制盘根盒等新技术设备等。同时，改进管理方法，选用先进管理技术以提高管理水平，从管理改变促进技术转变，对抽油现场的人、设备、环境等综合高效管理，如加强设备维护、加大维修力度、做好抽油平衡等，提高抽油系统整体工作效率。

3 提高抽油效率技术的应用

选择某油田，通过应用优化软件、宏观控制图、功能诊断及自动检测技术，实时跟踪并不断完善和调整抽油工艺设计，相继调整沉没度、泵径、下泵深度、冲程、冲次等参数，选择优良的永磁电机和抽油机设备，在油田进行持续应用。应用结果表明，平均单井日增液11.3t，日增油2.4t，累计增液113542t，累计增油14163t；平均单井抽油系统效率由47.8%提高到53.4%，泵效率提高3.3%，电机效率提高4.2%，平均节电率提高14.32%，抽油系统平均效率提高近6个百分点。应用结果表明，采用节能型设备、优化选择最佳参数可以大大提高抽油系统效率。