抽油机井系统效率计算及能耗节点分析.doc
刘洋
[摘 要]分析了机采设备因素对机械采油系统效率的影响，并提出了提高抽油机井的系统效率对策。统计表明，抽汲参数对地面效率及系统效率都有一定的影响。优化抽油机冲次、换小泵及加深泵挂可提高系统效率4个百分点，对于提高油田开发经济效益，缓解油田用电紧张状况，具有很重要意义。
[关键词]系统效率；摩擦；损耗；措施
中图分类号：TE132 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）25-0352-01
1 抽油机井系统效率节点分析
抽油机井采油的原理是将电能从地面传递给井下液体，从而把井下液体举升到井口。整个抽油机井系统工作时，就是一个能量不断传递和转化的过程。能量的每一次传递和转化都将损失一定的能量。从地面供入系统的能量扣除系统的各种损失以后，就是系统所给液体的有效能量，该有效能量与系统输入能量的比值称为抽油机井系统效率。因此提高系统效率的工作就是降低能量传递和转换过程中各部分的损失。抽油机井系统效率划分为地面效率和井下效率。地面效率由电动机、皮带、减速箱和四连杆机构效率组成；井下效率由盘根盒、抽油杆柱、抽油泵和油管柱效率组成。系统效率为以上各组成要素的乘积。
式中：K一有效载荷系数；η1一电动机效率；η2一皮带效率；η3一四连杆机构效率；η4一和减速箱效率；η5 一盘根盒效率；η6一抽油杆效率；η7一抽油泵效率；η8一管柱效率。
（1）电机效率。与电机类型、质量有关，与抽油机平衡有关，与电机匹配有关，也与电机老化维修因素有关。
（2）皮帶效率。与皮带松紧、两轮对正度、轮轴同心度有关。
（3）齿轮箱及四连杆机构传动效率。与抽油机机构有关，与老化、磨损、维护有关，也与参数匹配、平衡度等有关。
（4）盘根盒效率。盘根盒过紧、井口偏中会造成悬点载荷增加，磨阻增大，效率降低。
（5）抽有杆传动效率。井斜、抽油杆及油管弯曲会造成抽油杆磨阻增加，能耗增大，冲程、冲次、泵径匹配不合理，杆速增加，也会造成传动效率下降。
（6）抽油泵效率。抽油泵功率损失主要包括机械摩擦损失功率、容积损失功率和水力损失功率三部分。摩擦损失功率及水力损失功率由泵的结构决定，在黏度不高的情况下一般很小；抽油泵效率与泵充满系数（即通常所说的泵效） 、泵的漏失量密切相关，因此泵漏失严重时及时检泵，在泵效低的情况下通过参数优化组合提高泵效都可以提高抽油泵效率。
（7）管柱效率。管柱功率损失包括容积损失和水力损失组成，在管柱不漏的情况下，管柱效率与泵挂深度及原油黏度、结蜡密切相关，因此，管柱漏失时及时检泵，合理沉没度的确定及原油降粘、防蜡等都可以提高管柱效率。
2 影响因素
2.1 地面系统效率
（1）电机效率。抽油机电机普遍采用三相异步电动机，且配制功率偏大，抽油机井平均装置利用率24.87%，平均功率因数0.448，低压电机平均功率因数平均不足0.35，电机经多次维修且严重老化的电机占60%以上，部分电机效率低于80%。
（2）抽油机平衡。抽油机平衡是影响系统效率的重要因素，平衡率较差时，电机会在冲程周期运行的某一时间段出现做负功（即发电）现象，根据电能→机械能→电能的转化过程，转化效率一般只有50%，且发电相位落后于供电相位，不能被系统充分利用。因此，提高抽油机平衡，消除负功现象，可提高地面效率。统计表明，电流平衡度按照80～120%为平衡，抽油机井平衡率为72%，有80口井处于电流不平衡状态；这些油井可以通过平衡调整，实现节能。
（3）抽油机设备。地面设备老化及维护保养不够都会增大地面设备的摩擦损耗，影响地面系统效率；生产参数组合也会影响抽油机的传动效率，降低冲次、减小悬点载荷可提高地面效率。统计驴头与井口不对中、皮带轮不对正、变速箱磨损老化、抽油机井基础不平，振动严重及维护保不够等在抽油机井仍普遍存在。
2.2 井下系统效率
（1）盘根盒效率。测试结果表明，部分油井盘根盒密封过紧或盘根盒与光杆的对中性差时，光杆上、下行程中摩阻的增加可引起驴头悬点负荷变化1-2t左右，这使得最大、最小悬点载荷差值变大，抽油机功率损失增加8%-15%，电机功率会增加0.5～1.5kw，系统效率降低1～3个百分点。
（2）生产参数组合。试验表明，在众多的抽汲参数中，抽油机冲次n和冲程s、泵径D、沉没度（下泵深度L）以及抽油杆尺寸d对系统效率（特别是井下效率）影响较大。一般来讲，抽油机井参数组合不合理，主要表现为：低泵效井参数过大，沉没度小；部分高液量井存在沉没度过大，杆管组合不合理及参数匹配不合理。
（3）井筒流体。流体黏度高，则流动磨阻增大，原油结蜡会造成流道狭窄，流动阻力增大，这些都会造成管柱效率降低。
（4）井筒结构。井斜会造成抽油杆偏磨，摩擦阻力增大，抽油杆传动效率降低。合理的防偏磨措施及优化杆管组合可提高井下系统效率。
3 提高井下系统效率对策
井下效率是影响总体系统效率最重要的方面，在充分发挥地面设备能力的条件下提高井下系统效率主要采取两方面的措施，提高泵效和降低负荷，对于供液不足井，通过调小生产参数（泵径、冲程、冲次），加深泵挂及间开来提高泵效，提高系统效率；油管锚定技术可以减少冲程损失，提高泵效。
（1）提高泵效，提高机采系统效率。统计100余口油井泵效低于40%，其中泵效低于25%，产液量低于10m3/d的油井43口。以往的高参数、粗放型的管理方式已不能够适应生产需要，为延长检泵周期，提高机采系统效率，对参数过大井实施优化生产参数措施。
（2）优化生产参数措施原则。以保证产液量不降为前提条件，以能耗或油井生产成本最低为目标，对油井参数进行最优化设计。措施。严重供液不足的油井，采用小泵径，深泵挂，低冲次，以降低单位产量的能耗，提高机采系统效率；严重供液不足的油井可采取间开措施。供液充足的油井，尽量选择大泵径、长冲程、低冲次、合理沉没度。近年来，对供液不足的低泵效井实施调小参措施55井次，间开27井次。
（3）优化冲次、冲程。统计优化抽油机冲次46井次，平均冲次由实施前的6.3次/分降为实施后的3.9次/分，降低33.3%；对比检测结果，实施前后平均产液量基本保持不变，平均有功节电率26.55%，平均系统效率提高4.48%。
（4）换小泵、加深泵挂。对于供液严重不足的油井，通过加深泵挂，调小泵径，降低悬点载荷，增加产液量，降低单耗。对比检测结果，平均日增液3.84m3/d，平均综合节电28.39%，平均系统效率提高4.93%。
4 结束语
优化冲次（冲程），换小泵（加深泵挂）；低能低效井优化生产时间；优化沉没度，优化油井防蜡技术，降低负荷；抽油机井杆管优化设计；油管锚定，减少冲程损失；加强盘根盒松紧管理，提高盘根盒效率。供液充足井可以通过优化沉没度，抽吸参数优化设计降低抽油机负荷；另外油井杆管优化设计，油井防蜡技术及降低盘根盒磨阻都可以降低油井负荷，提高系统效率。
参考文献
[1] 罗英俊.采油技术手册[M].北京：石油工业出版社，1990.
