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[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。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。抽油机井的系统效率是表示抽油机举升液体的有效能耗与消耗能耗的百分比。它是衡量抽油机的参数（泵径、冲程、冲数）和产量匹配及电动机配置的主要参数。根据其大小，可以调整参数大小，调换电动机的功率。但有时会出现与实际情况相反的现象，如动液面在井口且套压大于油压时，算出的有效举升高度为负值，系统效率也为负值，即通常所说的“负值井”问题，但实际测试结果表明，这种情况下，抽油机还是做功的。
[关键词]有杆抽油；系统效率；产量匹配；电动机配置；有效举升高度
中图分类号：S442 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）26-0043-01
本文针对抽油機动液面在井口的油井，拟定与抽油机井同参数数据，导出抽油机有效举升高度计算公式，解决常用计算公式而产生的“负值井”问题，并根据油井的生产状况，通过采用适应抽油机工况的拖动装置、降低抽油杆摩擦的导向器和高效的抽油泵，以及抽油设计优化等措施，有效提高了系统效率。
1 影响抽油机采油系统效率因素
系统效率是衡量抽油机经济效益的重要指标，是指将液体举升到地面的有效作功能量与系统输入能量之比值，系统效率分地面效率和井下效率两种，在油田开发中起着重要的作用，通过它可以了解抽油机井的变化情况和井下设备的工作状况，可以反映出机采井在井下工作中的异常现象，提高系统效率不仅仅局限于地面生产参数的改变、机杆泵的匹配，还应根据油井的生产状况搞好地下系统效率的提高。
1.1 技术装备对系统效率的影响
各种抽油机的功能和效率差异较大。游梁式抽油机由于是将电能转换为旋转运动，再利用四连杆机械将旋转运动转化为直线往复运动，其运动规律类似于简谐运动，因此其最高速度和加速度都很大，造成惯性载荷和启动扭矩过大，被迫选用大电动机，形成大马拉小车的局面。而无游梁式抽油机是采用匀速运动，其运动速度相对较低，加速度就小，惯性载荷较低，大马拉小车现象有所改善。同时游梁式抽油机运动方式转换过程效率也较低，一般只有72%，而直线电动机抽油机是将电能直接转换为直线往复运动，简化了能量传递过程，机械效率达到96%。因此，要想提高系统效率，就应采用先进的、节能的装备，如节能型抽油机、适应抽油机工况的拖动装置、降低抽油杆摩擦的导向器和高效的抽油泵等。
1.2 抽油设计优化对系统效率的影响
一般来说，在保证泵的吸入前提下，应尽量减小下泵深度；在保证油井产量的前提下，应采用长冲程、慢冲数和合理泵径。但冲程不能过大，因为游梁式抽油机加大冲程后减速箱扭矩也成比例上升，被迫选用更大的抽油机。
1.3 管理工作对系统效率的影响
管理工作的好坏直接影响抽油机井系统效率。例如抽油机的平衡率、驴头与井口的对中情况、井口密封可盒的上紧程度、传动皮带的张紧程度等都影响抽油机井的系统效率。
2 计算方法
2.1 基本计算公式
抽油机有效举液高度的确定是研究抽油机井系统效率必不可缺少的环节，目前，油田中常用的计算公式为：
该公式来源于液体静力学中的连通器原理，并且没有考虑油管液与油套环空液体的重度差以及液体在油管中流动时的摩擦阻力，所以计算误差较大。
2.2 抽汲原理
油井含水不论是油水同层或是油水不同层，其生产特点是动液面在泵入口处稳定下来其原因是：若在下泵时，沉没在油中，开始抽油时，井中液面由于排出原油会降低，而与油同时进入井筒的水聚积井底，一直到水面达到泵的入口处为止，然后就按地层中进入井的油水比例排液；若泵开始沉没在水中，则开始抽汲时井中液面只是由于井中排水而降低，从地层中流出的油，由于比重较小，故往上浮，并积存在水面之上，只有一部分油可以顺利进入泵内，直到油柱充满了从动液面起到泵入口处的全部体积为止，油水界面稳定在泵口，然后按地层进入井中的油水比例排液。因此油套空间和油管内的液体比重是有差别的，随着油管液含水的增高，这种差别越来越大。在泵的入口处以上液体主要以油包水为主，密度为0.86。
2.3 加强抽油机平衡，治理提高系统效率
抽油机平衡率，是影响系统效率的最直接原因。根据测试和部分井的电量计量分析，抽油机不平衡的井，可增加耗电量20%以上。影响抽油机不平衡的原因包括地层供液状况的变化、生产参数的变化、作业前后杆柱、泵挂深度、泵径的变化、设备原因等综合因素，是一个动态变化的过程。通过组织抽油机平衡治理活动，集中技术力量进行了专项治理，期间调整平衡32井次，更换调整抽油机18台。在重点问题得到解决的同时，将抽油机平衡率纳入开发管理考核检查的重要指标，严格考核兑现。抽油机井平衡率由年初的82%提高到目前的92.9%。抽油机平衡治理工作，从设备管理上为提高系统效率提供了支撑。
2.4 有效举升高度的确定
根据系统能量的分布结构，抽油机在举升液体时，油管中的液体从井底到井口，主要消耗两部分能量：一是克服液体的自重，二是油管液与油管内壁的摩擦阻力。设抽油机产量为Q，油压Pt，套压为Pc。假想有一口自喷井，其产量、油压、套压等与抽油井相同。现在按系统的能量分布，研究以上油井的能量关系，导出假想自喷井的实际举升高度L自及抽油井中抽油机的有效举升高度H举。抽油机井的能量方程为：
式中：ΔP泵为抽油泵上、下压力差，此时可把泵看作一个增压器，即抽油机所做的功。公式中（L-L自）就是抽油机的有效举升高度。
单位摩擦阻力f。可由达西公式表示为：
3 实例计算
采油厂某井日产液Q=42t/d，含水率fw=0.941，H动=0，L泵=1003.96m，Pt=0.62MPa，ρ环=0.86g/cm3，电动机消耗功率P=4.85，=1.0×10-6m2/s，抽油杆径d=0.025m，油管径D1=0.076m。Pc=0.4MPa。ρ油管=0.941×1.0+（1-0.941）×0.86=0.992（g/cm3）；=0.941×1.0×10-6+（1-0.941）×1.0×10-4=6.84×10-6（m2/s）；抽油杆有效举液高度H举：H举=1003.96×（1-0.860/99289+102×0.40-0.620/99289=111.77（m）；抽油机系统效率计算：=30.98%
4 结论
油田常用抽油机有效举升高度公式因为没有考虑油管液与油套环空的重度差及管液的摩擦阻力，计算的结果误差较大。通过细分能量结构，有效的减小了误差。
参考文献
[1] 刘超超.关于提高油井系统效率方法研究[J].内蒙古石油化工.2014（20）.
[2] 田彦瑞.油田抽油机的节能措施与选型方法探讨[J].机械管理开发.2016（06）.
[关键词]有杆抽油；系统效率；产量匹配；电动机配置；有效举升高度
中图分类号：S442 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）26-0043-01
本文针对抽油機动液面在井口的油井，拟定与抽油机井同参数数据，导出抽油机有效举升高度计算公式，解决常用计算公式而产生的“负值井”问题，并根据油井的生产状况，通过采用适应抽油机工况的拖动装置、降低抽油杆摩擦的导向器和高效的抽油泵，以及抽油设计优化等措施，有效提高了系统效率。
1 影响抽油机采油系统效率因素
系统效率是衡量抽油机经济效益的重要指标，是指将液体举升到地面的有效作功能量与系统输入能量之比值，系统效率分地面效率和井下效率两种，在油田开发中起着重要的作用，通过它可以了解抽油机井的变化情况和井下设备的工作状况，可以反映出机采井在井下工作中的异常现象，提高系统效率不仅仅局限于地面生产参数的改变、机杆泵的匹配，还应根据油井的生产状况搞好地下系统效率的提高。
1.1 技术装备对系统效率的影响
各种抽油机的功能和效率差异较大。游梁式抽油机由于是将电能转换为旋转运动，再利用四连杆机械将旋转运动转化为直线往复运动，其运动规律类似于简谐运动，因此其最高速度和加速度都很大，造成惯性载荷和启动扭矩过大，被迫选用大电动机，形成大马拉小车的局面。而无游梁式抽油机是采用匀速运动，其运动速度相对较低，加速度就小，惯性载荷较低，大马拉小车现象有所改善。同时游梁式抽油机运动方式转换过程效率也较低，一般只有72%，而直线电动机抽油机是将电能直接转换为直线往复运动，简化了能量传递过程，机械效率达到96%。因此，要想提高系统效率，就应采用先进的、节能的装备，如节能型抽油机、适应抽油机工况的拖动装置、降低抽油杆摩擦的导向器和高效的抽油泵等。
1.2 抽油设计优化对系统效率的影响
一般来说，在保证泵的吸入前提下，应尽量减小下泵深度；在保证油井产量的前提下，应采用长冲程、慢冲数和合理泵径。但冲程不能过大，因为游梁式抽油机加大冲程后减速箱扭矩也成比例上升，被迫选用更大的抽油机。
1.3 管理工作对系统效率的影响
管理工作的好坏直接影响抽油机井系统效率。例如抽油机的平衡率、驴头与井口的对中情况、井口密封可盒的上紧程度、传动皮带的张紧程度等都影响抽油机井的系统效率。
2 计算方法
2.1 基本计算公式
抽油机有效举液高度的确定是研究抽油机井系统效率必不可缺少的环节，目前，油田中常用的计算公式为：
该公式来源于液体静力学中的连通器原理，并且没有考虑油管液与油套环空液体的重度差以及液体在油管中流动时的摩擦阻力，所以计算误差较大。
2.2 抽汲原理
油井含水不论是油水同层或是油水不同层，其生产特点是动液面在泵入口处稳定下来其原因是：若在下泵时，沉没在油中，开始抽油时，井中液面由于排出原油会降低，而与油同时进入井筒的水聚积井底，一直到水面达到泵的入口处为止，然后就按地层中进入井的油水比例排液；若泵开始沉没在水中，则开始抽汲时井中液面只是由于井中排水而降低，从地层中流出的油，由于比重较小，故往上浮，并积存在水面之上，只有一部分油可以顺利进入泵内，直到油柱充满了从动液面起到泵入口处的全部体积为止，油水界面稳定在泵口，然后按地层进入井中的油水比例排液。因此油套空间和油管内的液体比重是有差别的，随着油管液含水的增高，这种差别越来越大。在泵的入口处以上液体主要以油包水为主，密度为0.86。
2.3 加强抽油机平衡，治理提高系统效率
抽油机平衡率，是影响系统效率的最直接原因。根据测试和部分井的电量计量分析，抽油机不平衡的井，可增加耗电量20%以上。影响抽油机不平衡的原因包括地层供液状况的变化、生产参数的变化、作业前后杆柱、泵挂深度、泵径的变化、设备原因等综合因素，是一个动态变化的过程。通过组织抽油机平衡治理活动，集中技术力量进行了专项治理，期间调整平衡32井次，更换调整抽油机18台。在重点问题得到解决的同时，将抽油机平衡率纳入开发管理考核检查的重要指标，严格考核兑现。抽油机井平衡率由年初的82%提高到目前的92.9%。抽油机平衡治理工作，从设备管理上为提高系统效率提供了支撑。
2.4 有效举升高度的确定
根据系统能量的分布结构，抽油机在举升液体时，油管中的液体从井底到井口，主要消耗两部分能量：一是克服液体的自重，二是油管液与油管内壁的摩擦阻力。设抽油机产量为Q，油压Pt，套压为Pc。假想有一口自喷井，其产量、油压、套压等与抽油井相同。现在按系统的能量分布，研究以上油井的能量关系，导出假想自喷井的实际举升高度L自及抽油井中抽油机的有效举升高度H举。抽油机井的能量方程为：
式中：ΔP泵为抽油泵上、下压力差，此时可把泵看作一个增压器，即抽油机所做的功。公式中（L-L自）就是抽油机的有效举升高度。
单位摩擦阻力f。可由达西公式表示为：
3 实例计算
采油厂某井日产液Q=42t/d，含水率fw=0.941，H动=0，L泵=1003.96m，Pt=0.62MPa，ρ环=0.86g/cm3，电动机消耗功率P=4.85，=1.0×10-6m2/s，抽油杆径d=0.025m，油管径D1=0.076m。Pc=0.4MPa。ρ油管=0.941×1.0+（1-0.941）×0.86=0.992（g/cm3）；=0.941×1.0×10-6+（1-0.941）×1.0×10-4=6.84×10-6（m2/s）；抽油杆有效举液高度H举：H举=1003.96×（1-0.860/99289+102×0.40-0.620/99289=111.77（m）；抽油机系统效率计算：=30.98%
4 结论
油田常用抽油机有效举升高度公式因为没有考虑油管液与油套环空的重度差及管液的摩擦阻力，计算的结果误差较大。通过细分能量结构，有效的减小了误差。
参考文献
[1] 刘超超.关于提高油井系统效率方法研究[J].内蒙古石油化工.2014（20）.
[2] 田彦瑞.油田抽油机的节能措施与选型方法探讨[J].机械管理开发.2016（06）.