抽油机井合理控制地面举升设备能耗方法的探讨

江祖楠（大庆油田有限责任公司第五采油厂）

1 地面举升设备的能耗分析

近几年，各区块开展系统分析，整体优化，按照以优化地面设备为首控制机采能耗，大力应有节能设备达到节能，以精细机采管理为基础加强节能效果，以技术进步为依托扩展节能空间的整体节能思路提高节能效果，进一步降低机采井运行成本。

由此，抽油机作为常见的机采举升设备而言，从计算的角度出发，在此讨论杠杆式（常规游梁式）抽油机。应用机采井系统效率的定义[1]，可以给出系统效率。抽油机井的能耗可以分为地面设备能耗与井下抽油泵举升能耗两部分。在此仅讨论“在供、排平衡的条件下”合理控制地面举升设备能耗的方法。

抽油机是一个能量传递和转换机械，在这一过程中，地面部分的能量损失主要发生在电动机、皮带传动、减速箱与四连杆机构中。此时的地面效率：

式中：η电——电动机效率，%；

η皮——皮带传动效率，%；

η减——减速机效率，%；

η杆——四连杆机构效率。

鉴于目前普遍应用Y系列电动机与窄V皮带的实际情况，依据系统效率试验区的测试结果，η电为90.5%～94%、η皮为90%～95%、η减为96.5% 、η杆为95%可知，在皮带传动与减速机上几乎已无潜力可挖。在不实施更换抽油机的前提下，从“确保抽油机的平衡率在80%以上，（80%≤λ≤100%）与抽油机拖动装置的合理匹配”上入手，来探讨合理控制地面举升设备能耗的有效途径。

2 抽油机平衡对能耗的影响

理论研究结果表明，抽油机的净扭矩曲线能够较为真实的反映一个周期内、地面举升设备的能耗变化情况，见图1、图2。

图1 N7-D4调整前井净扭矩曲线

图2 N7-D4调整后井净扭矩曲线

从图1中可以看出，净扭矩是载荷扭矩与平衡（曲柄）扭矩叠加的结果，由此推断抽油机平衡对地面举升设备能耗是有影响的。

鉴于抽油机平衡的基本理论是保证电动机在相对较为平稳条件下工作，依据Q/SY 1233—2009标准[2]，给出了调整抽油机平衡的三个原则：使上、下冲程电动机作功相等；使上、下冲程中减速器曲柄轴的最大净扭矩相等；使减速器曲柄轴瞬时切线力与平均切线力的偏差平方和最小。

只要满足上述三原则中一个就能保证抽油机在平衡条件下工作，在此确定选用“使上、下冲程电动机作功相等”的原则，来进行抽油机井平衡的调整，此方法称为功率法。当功率平衡度小于0.6时，可判定抽油机不平衡，需对抽油机进行平衡调整。

依据“上、下冲程电动机做功相等”的原则，在现场选了3口井实施了平衡调整，并与电流平衡法实施了比对，从表1中可以看出，对于电流法不平衡井N7-1而言，应用功率法来调整平衡其节能效果显著、达到了23.77%；对于电流法平衡的井N7-20而言，当电流法平衡率大于或等于95%时，应用功率法调整平衡的节能效果不明显，仅为1.36%。

从图3、图4中可以看出，N7-30井应用电流法判断平衡时，上冲程120°附近电动机做负功，应用功率法调整平衡时，可以消除120°附近的负功，这就是功率法调整平衡能够节能的原理所在。

图3 N7-30井调整前电功率曲线

图4 N7-30井调整后电功率曲线

3 地面举升能耗合理匹配的设计方法

在以往的基础理论中，在抽油机平衡的条件下，依据抽油机的净扭矩曲线计算出的均方根扭矩就是匹配其拖动电动机的理论依据。研究结果表明，由于“净扭矩曲线”中存在峰值，依据均方根扭矩来匹配的电动机其功率偏小，多数情况下存在电动机过载现象。

依据均方根扭矩、净扭矩曲线峰值来匹配的电动机功率偏小在此选取了4口井进行比对，结果见表2、表3。依据均方根扭矩来匹配电动机功率偏下，依据净扭矩曲线来匹配电动机是合理的。依据净扭矩曲线峰值来匹配电动机的方法，对N7-30井进行了实践，见到较好的节能效果，系统效率由42.88%提高到54.90%，有功节电率21.89%（表4）。

表1 3口井试验数据对比

表2 4口井应用均方根扭矩计算结果统计

表3 4口井应用扭矩峰值计算结果统计

表4 N7-30井电动机合理匹配效果统计

试验结果表明，依据净扭矩曲线峰值来匹配电动机是合理的。但是在现场人们往往很难得到实际净扭矩曲线，在此推荐应用“拉玛扎诺夫”经验公式[3]来计算扭矩曲线中的峰值，其相对误差在5%以内，能够满足现场要求。

辽河油田特油公司SAGD2#注汽站

4 结论

抽油机井合理控制地面举升设备能耗的方法为：在供、采平衡的条件下，实现抽油机举升能耗的合理匹配；在供、采平衡的条件下，推荐应用功率法调整平衡；当电流法平衡率为时，无须再用功率法调整平衡；依据净扭矩曲线峰值来匹配电动机的方法，对1口井进行了实践，见到较好的节能效果，系统效率由42.88%提高到54.90%，有功节电率21.89%；实现抽油机举升能耗的合理匹配时，推荐采用“拉玛扎诺夫”经验公式实施计算。