有杆抽油系统效率优化提升策略探究

徐超

摘要：有杆抽油作为石油工业传统的采油方式之一，在采油工程中一直占主导地位，而抽油机是石油开采中重要的机械采油设备。在实际生产中影响抽油机系统效率的因素较多，主要包括地层因素、设备条件、管理水平等各种因素的影响。提高抽油机井系统效率是不断降低油井运行费用，改善油井生产工况，提高抽油机井开发效益的有效技术手段，是提高油田工作水平的一个重要方面，也是实现油田可持续发展的重要保证。

关键词：油田开发；系统效率；节能降耗；无功补偿；系统参数

随着油田开发的不断深入，采油成本逐年递增，抽油系统效率成为衡量一个油田开发水平的重要指标。有杆抽油系统的能耗是一个复杂而繁琐的课题，理论研究和实践结果表明，有杆抽油的系统能耗与系统效率有密切联系，一般来说系统效率越高，吨液所需能量损耗越小；系统效率越低，吨液所需能量损耗越大；有杆抽油系统效率的高低基本上反映了有杆抽油技术能耗的总体水平。

因此，开展抽油机井系统效率影响因素研究，找出影响系统效率的敏感因素，对油田提高采油系统效率及节能降耗具有很重要的意义。有杆抽油系统效率的高低基本上反映了有杆抽油技术能耗的总体水平。

1 抽油机井系统效率

根据抽油系统的工作特点，可以将抽油机系统的效率分解为地面及井下两部分（抽油机地面效率为悬绳器以上的机械传动效率和电机运行效率的乘积；抽油机井下效率为悬绳器以下到抽油粟再到井口（含回压）的效率。

2 抽油机井系统效率影响因素分析

影响有杆泵抽油机井系统效率的因素较多，它不仅受抽油设备和抽油参数的影响，而且还受油井管理水平和井况的影响。由于能量在转换和传递过程中，总会发生能量损失，用Pi表示输入功率，用Pe表示有效功率，用△P表示损失功率，则有：Pi=Pe+△P 根据抽油机井系统的组成情况，可以把损失功率△P分解为8个部分，即：

（1）电动机损失部分功率△P1：当电动机输出功率为额定输出功率的60-100%时，电动机的工作效率与额定效率接近或相等，否则将低于额定效率；而在抽油机工作时，负荷变化极大，所以其电动机的工作效率低于其额定效率。据资料显示，电动机的额定效率约为90%，而应用于抽油机上的工作效率只有70%左右，这部分功率損失对系统效率的影响很大。

（2）带传动部分的损失△P2：油田应用较为普遍的普通V带、窄V带和同步带的效率一般在在95%左右，即这部分的损失功率为5%。

（3）减速器部分的损失△P3：减速器损失分轴承损失和齿轮损失两部分，一副轴承的功率损失约为1%，共三副合计为3%，一副齿轮功率损失为2%，三副为6%，故减速器的损失功效率9%。

（4）四连杆部分的损失△P4：四连杆结构中有三副轴承和一根钢丝绳，三副轴承的损失为3%，钢丝绳的变形损失为2%，所以四连杆部分的损失功效为5%。

（5）盘根盒部分的损失△P5：抽油机工作时，由于光杆与盘根盒中的填料有相对运动产生磨擦，引起功率损失：

△P5=F×v/1000=9.8×f×k×π×d×p×h×v/1000

式中：F-磨擦力；f-磨擦系数；h一有效密封高度；d一光杆直径；v一光杆运动速度；k一系数，由密封材质确定。可见盘根盒部分损失与密封材质、光杆直径、运动速度有关。

（6）抽油杆部分的损失△P6：抽油机工作时，抽油杆（或节箍）与油管、液柱发生磨擦造成的功率损失，根据理论计算和实测结果显示，功率损失部分的大小于下泵深度、原油粘度成正比，与抽油杆运动速度的平方成正比，因此，通过提浅泵挂、降低抽油机的冲次可有效地降低这部分的功率损失。

（7）抽油泵部分的损失△P7：抽油泵部分的损失包括机械磨擦损失、容积损失和水力损失，抽油泵部分的损失与泵径的大小成正比，与泵效的高低成正比，提高泵效是减少这部分损失的主要方法。

（8）管柱部分的损失△P8：管柱部分的损失包括油管漏失引起的损失和原油沿油管流动产生的损失：

△P8容=103×△P×△Q油漏

△P8水=△h油管P×g×Q/100

3 提高抽油机井系统效率的措施研究

3.1改善电动机自身工作特性实现节能

通过使用高转差电动机（转差率为20-30%，常规电动机转差率仅为2-5%）改变电动机的硬特性，提高启动状态的输出功率，降低所选电动机的额定功率PN，使电动机平均工作功率与额定功率的比值尽可能大，尽量接近50 %（常规机一般在30%左右，资料表明当电动机负荷低于50%PN时，电动机的效率会急剧下降），从而提高电动机的工作效率，实现大幅节能。

3.2 提高电动机负载率

电动机低负荷率下的效率低和功率因数低是抽油机浪费电能的原因之一，电动机负载率提高7%～12%，系统效率提高2%～4%，当电动机负载率低于25%时，就应该考虑降低电动机的容量级别。

3.3 合理选用抽油机机型

抽油机的悬点载荷状况是影响抽油机能耗的主要因素，抽油机的负载率在80%左右为最佳状态。由于油井井况多变，因此要经常调节平衡，平衡度好的抽油机，在稳定生产的情况下，拖动电动机发电的情况少。

3.4 安装无功补偿装置

单井功率因数补偿柜是在变压器低压侧投加电容，利用无功就地补偿装置产生的电容性电流抵消电动机感性电流。油井安装无功补偿器后，降低了线路的损耗和变压器的损耗，从而提高功率因数，提高效率，达到节电目的。为了克服气体对泵效的不良影响，根据油井产量、气油比大小及地层情况等，可以采用井下分离器、助流器等先进成熟的工艺技术，促使抽油机系统效率的提高。

3.5 优化系统参数

有杆抽油系统优化设计是以油层、井筒以及抽油设备（机、杆、泵）所组成的有杆抽油系统为研究对象，以油层、井筒、机—杆—泵三个子系统的协调为基础，合理配置生产设备和优化设计系统生产参数。在满足油井产量的前提下，优选冲次、冲程和泵径，组成最优组合，是保证油井系统效率高，能耗少的重要措施之一。

3.6 加强抽油机井的科学管理

提高日常管理水平保证抽油机的平衡度要求。抽油机不平衡，会造成抽油机寿命缩短、杆断、电能浪费等。平衡好的抽油机，可减小对电动机的容量需求，有利提高电动机运行效率。

参考文献

[1] 王丽丽. 游梁式抽油机与驱动电机的合理匹配研究[D]. 东北石油大学 2013

（作者单位：胜利采油厂采油管理三区）