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[摘 要]提高抽油机井系统效率可有效提高油井开发效果和实现节能降耗的目的。本文从抽油机井系统效率计算公式出发，分析了影响抽油机系统效率的诸因素，并针对各影响因素提出了有效的改进对策，对于提高有杆泵抽油机井的系统效率，降低油井运行成本，实现油井节能降耗，具有一定的借鉴意义。
[关键词]抽油机井；系统效率；因素分析；对策探讨
中图分类号：TK212.+4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）01-0055-01
1 抽油机井系统效率计算公式
抽油机采油原理就是将地面的电能传递给井下的液体，从而将井下的液体举升到地面。整个系统工作时，就是一个能量不断传递和转化的过程。在每一次传递时都将损失一定的能量。从地面供入系统的能量扣除系统损失的各种能量以后，剩余的能量就是系统所给液体的有效能量，这一将液体举升到地面的有效能量与系统输入的能量之比值称之为抽油机的系统效率。
抽油机井的系统效率公式为：
η=N有/N入 而N有=HQρg/（3600×24）
式中：H-举升高度，m；H=H动+（P油-P套）/（ρ×g）；H动-动液面，m；P油、P套-油压、套压，MPa；Q-产液量，m3/d；ρ-混合液密度，kg/m3；g-重力加速度，9.8m/s2；η-抽油机井系统效率。
由上式可看出，影响抽油机系统效率的因素较多，直接的因素有动液面深度、产液量、油压、套压等。因此要提高单井的系统效率，必须找到产量与沉没度的最佳结合点，进而合理匹配生产参数，降低能耗。在输入功率一定的条件下，损失功率越大，系统效率越低；反之亦然。易见，要提高抽油机井系统效率，就要降低各部分的功率损失。
2 影响抽油机系统效率的因素分析
2.1 地面因素
影响抽油机系统效率的地面部分设备主要有电动机、皮带、减速箱和四连杆机构，各部分的能量损失不同。
（1）电动机：电动机效率与电动机类型、电动机质量、抽油机平衡、电动机匹配、电动机老化等有关。其中电动机类型、电动机的匹配和抽油机的平衡度是影响电动机效率的主要因素。
（2）皮带：采用三角皮带传动时，由于弹性方面的原因，产生弹性变形能量损失，不可避免地要出现相互错动、打滑和震动，造成部分能量损失。
（3）减速箱：减速箱中一般有三对人字齿轮，齿轮在转动时，相齿合的齿面间有相对滑动，因此就要发生摩擦，产生能量损失。
（4）四连杆机构：在抽油井四连杆机构中共有三副轴承和一根钢丝绳，四连杆机构效率与轴承摩擦力损失及驴头钢丝绳变形损失有关。因此轴承是否润滑，钢丝绳的变形程度大小是影响四连杆效率的主要因素。
（5）抽油机平衡：平衡率较差时，电动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，转化效率只有50%，即电动机做1kWh负功，电网系统需要消耗2kWh。抽油机平衡是影响电动机效率，进而影响系统效率的主要因素。
2.2 井下因素分析
影响抽油机系统效率的井下部分设备主要有盘根盒、抽油杆、抽油泵和管柱，各部分的能量损失。
（1）盘根盒：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。影响盘根盒效率主要因素是盘根盒的松紧度以及驴头井口对中程度。
（2）抽油杆传动：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、冲速、泵径匹配不合理和抽油杆及油管的弯曲是影响抽油杆转动效率的两个主要因素。
（3）抽油泵：抽油泵功率损失主要包括机械摩擦损失功率、抽油泵容积损失功率和抽油泵水力损失功率。抽油泵机械摩擦损失功率及水力损失功率由泵的结构等决定，在黏度不高的情况下一般很小，抽油泵效率与泵充满系数（即通常说的泵效）密切相关，也与泵的漏失量密切相关，影响抽油泵效率的主要因素是泵效及漏失量，在供液不足的油井中，泵的充满系数与生产参数密切相关。
（4）油管柱：管柱效率损失包括容积损失和原油沿油管流动引起的功率损失（即水力损失）组成，在管柱不漏的情况下，影响管柱效率的主要因素是泵挂深度、原油黏度、结蜡程度等。
3 提高抽油井系统效率的对策探讨
3.1 提高地面系统效率的途径
3.1.1 提高电动机效率
目前抽油机井使用的部分电动机能量损耗仍然较高，而且配置的额定功率远大于抽油机实际输入功率，存在“功率不匹配”现象，造成负载率和功率因数偏低，无功功率偏大是影响电动机效率的重要因素。（1）合理匹配电动机。普通三相异步电动机一般在负载率85%时效率最高，电动机的负载率及功率因数越低，电动机的效率越低。对于电动机匹配不合理、大马拉小车的现象，若有针对性地进行更换小电动机工作，可降低电动机运行无功功率，降低电动机空载运行有功功率，提高电动机功率因数，降低有功耗能提高效率。系统效率随着电动机功率利用率的提高而提高。（2）应用高效电动机Y系列三相异步电动机在额定功率的85%运行时，效率和功率因数呈现最大值，而当负载降低时效率和功率因数都随之下降，能耗随之增大。Y系列电动机经常不在最佳状态下运行。高效节能电动机在较宽的载荷率下工作效率较高，在低负载率时效率较高，具有启动扭矩大，功率因数高的特点。（3）提高抽油机平衡度。抽油机运行不平衡，会造成电动机运行电流和功率因数波动过大，通过调整抽油机平衡度调整达到安全运行和节能的效果。
3.1.2 提高抽油机效率
（1）推广应用高效抽油机。使用皮带式抽油机。该机冲程长，冲速小，泵的充满系数高。而且皮带具有吸收震动的作用，换向平稳，冲速慢，所以机泵惯性载荷、动载荷小。使用双驴头抽油机。同常规型抽油机结构基本一样，但将曲柄上的平衡重转到另一侧的驴头上，载荷的周期性变化小，电动机匹配小，节能效果好。（2）强化抽油机保养，降低机械摩擦损耗。在能量传递过程中，抽油机的能量损失在摩擦损耗中，因此，强化抽油机维护保养，降低机械摩擦损耗，是提高抽油机效率的重要方面。主要包括电动机、抽油机、井口各运动摩擦部位的润滑、校偏、皮带轮“四点一线”、皮带松紧调整及更换磨损严重变速箱等。
3.2 提高井下效率
提高井下效率主要是优化沉没度。沉没度对泵效及系统效率影响很大，沉没度过大造成抽油机上下行程悬点载荷增加，磨阻增大，管柱效率降低，地面能耗增加；沉没度过小会降低泵效。泵挂深度变化时，油井产液量随下泵深度的增加，有先上升后降低的规律。沉没度过大，不但对提高产量无益，反而会增加悬点载荷，增大电动机负荷，降低系统效率，在现场生产中当动液面确定时，沉没度的选择直接决定泵挂深度，因此，合理选择沉没度对油井系统效率的提高十分重要。
3.3 合理優化参数，提高抽油机井系统效率
由系统效率计算公式可知，要提高单井的系统效率，必须找到产量与沉没度的最佳结合点，进而合理匹配生产参数。根据抽油井生产情况，优化确定合理的沉没度，对部分井进行了参数优化。油机井上提泵挂的优化措施通过在检泵中优化泵挂深度设计，在不影响单井生产能力的情况下，采取了上提泵挂措施，在降低抽汲负荷的同时，确定合理的沉没度，达到节能降耗的目的。
抽油机抽汲参数的优化方法：针对参数偏大区及负荷超载区的井，采取调小参数措施，使动液面恢复到合理范围，在减少设备损坏的几率的同时，也达到了节能效果。
4 几点认识
（1）改善抽油井供排关系，是提高系统效率的首要因素，通过系统科学的研究油井产能与抽汲参数的关系，可以做到合理开发，挖掘油井生产潜力。
（2）油机井系统效率测试工作是开展节能实验和新技术推广的根本保障，因此，要加强抽油机井的能耗测试工作，开发完善能耗测试仪器，保证测试效果。
（3）优化抽汲参数，保持合理流压，是提高抽油机井系统效率最简捷的途径。
参考文献
[1] 李道品，罗迪强.低渗透油田开发技术[M].北京：北京石油工业出版社，1994.
[2] [美]M.A.克林斯.二氧化碳驱油机理及工程设计[M].北京：北京石油工业出版社，1989.
[关键词]抽油机井；系统效率；因素分析；对策探讨
中图分类号：TK212.+4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）01-0055-01
1 抽油机井系统效率计算公式
抽油机采油原理就是将地面的电能传递给井下的液体，从而将井下的液体举升到地面。整个系统工作时，就是一个能量不断传递和转化的过程。在每一次传递时都将损失一定的能量。从地面供入系统的能量扣除系统损失的各种能量以后，剩余的能量就是系统所给液体的有效能量，这一将液体举升到地面的有效能量与系统输入的能量之比值称之为抽油机的系统效率。
抽油机井的系统效率公式为：
η=N有/N入 而N有=HQρg/（3600×24）
式中：H-举升高度，m；H=H动+（P油-P套）/（ρ×g）；H动-动液面，m；P油、P套-油压、套压，MPa；Q-产液量，m3/d；ρ-混合液密度，kg/m3；g-重力加速度，9.8m/s2；η-抽油机井系统效率。
由上式可看出，影响抽油机系统效率的因素较多，直接的因素有动液面深度、产液量、油压、套压等。因此要提高单井的系统效率，必须找到产量与沉没度的最佳结合点，进而合理匹配生产参数，降低能耗。在输入功率一定的条件下，损失功率越大，系统效率越低；反之亦然。易见，要提高抽油机井系统效率，就要降低各部分的功率损失。
2 影响抽油机系统效率的因素分析
2.1 地面因素
影响抽油机系统效率的地面部分设备主要有电动机、皮带、减速箱和四连杆机构，各部分的能量损失不同。
（1）电动机：电动机效率与电动机类型、电动机质量、抽油机平衡、电动机匹配、电动机老化等有关。其中电动机类型、电动机的匹配和抽油机的平衡度是影响电动机效率的主要因素。
（2）皮带：采用三角皮带传动时，由于弹性方面的原因，产生弹性变形能量损失，不可避免地要出现相互错动、打滑和震动，造成部分能量损失。
（3）减速箱：减速箱中一般有三对人字齿轮，齿轮在转动时，相齿合的齿面间有相对滑动，因此就要发生摩擦，产生能量损失。
（4）四连杆机构：在抽油井四连杆机构中共有三副轴承和一根钢丝绳，四连杆机构效率与轴承摩擦力损失及驴头钢丝绳变形损失有关。因此轴承是否润滑，钢丝绳的变形程度大小是影响四连杆效率的主要因素。
（5）抽油机平衡：平衡率较差时，电动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，转化效率只有50%，即电动机做1kWh负功，电网系统需要消耗2kWh。抽油机平衡是影响电动机效率，进而影响系统效率的主要因素。
2.2 井下因素分析
影响抽油机系统效率的井下部分设备主要有盘根盒、抽油杆、抽油泵和管柱，各部分的能量损失。
（1）盘根盒：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。影响盘根盒效率主要因素是盘根盒的松紧度以及驴头井口对中程度。
（2）抽油杆传动：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、冲速、泵径匹配不合理和抽油杆及油管的弯曲是影响抽油杆转动效率的两个主要因素。
（3）抽油泵：抽油泵功率损失主要包括机械摩擦损失功率、抽油泵容积损失功率和抽油泵水力损失功率。抽油泵机械摩擦损失功率及水力损失功率由泵的结构等决定，在黏度不高的情况下一般很小，抽油泵效率与泵充满系数（即通常说的泵效）密切相关，也与泵的漏失量密切相关，影响抽油泵效率的主要因素是泵效及漏失量，在供液不足的油井中，泵的充满系数与生产参数密切相关。
（4）油管柱：管柱效率损失包括容积损失和原油沿油管流动引起的功率损失（即水力损失）组成，在管柱不漏的情况下，影响管柱效率的主要因素是泵挂深度、原油黏度、结蜡程度等。
3 提高抽油井系统效率的对策探讨
3.1 提高地面系统效率的途径
3.1.1 提高电动机效率
目前抽油机井使用的部分电动机能量损耗仍然较高，而且配置的额定功率远大于抽油机实际输入功率，存在“功率不匹配”现象，造成负载率和功率因数偏低，无功功率偏大是影响电动机效率的重要因素。（1）合理匹配电动机。普通三相异步电动机一般在负载率85%时效率最高，电动机的负载率及功率因数越低，电动机的效率越低。对于电动机匹配不合理、大马拉小车的现象，若有针对性地进行更换小电动机工作，可降低电动机运行无功功率，降低电动机空载运行有功功率，提高电动机功率因数，降低有功耗能提高效率。系统效率随着电动机功率利用率的提高而提高。（2）应用高效电动机Y系列三相异步电动机在额定功率的85%运行时，效率和功率因数呈现最大值，而当负载降低时效率和功率因数都随之下降，能耗随之增大。Y系列电动机经常不在最佳状态下运行。高效节能电动机在较宽的载荷率下工作效率较高，在低负载率时效率较高，具有启动扭矩大，功率因数高的特点。（3）提高抽油机平衡度。抽油机运行不平衡，会造成电动机运行电流和功率因数波动过大，通过调整抽油机平衡度调整达到安全运行和节能的效果。
3.1.2 提高抽油机效率
（1）推广应用高效抽油机。使用皮带式抽油机。该机冲程长，冲速小，泵的充满系数高。而且皮带具有吸收震动的作用，换向平稳，冲速慢，所以机泵惯性载荷、动载荷小。使用双驴头抽油机。同常规型抽油机结构基本一样，但将曲柄上的平衡重转到另一侧的驴头上，载荷的周期性变化小，电动机匹配小，节能效果好。（2）强化抽油机保养，降低机械摩擦损耗。在能量传递过程中，抽油机的能量损失在摩擦损耗中，因此，强化抽油机维护保养，降低机械摩擦损耗，是提高抽油机效率的重要方面。主要包括电动机、抽油机、井口各运动摩擦部位的润滑、校偏、皮带轮“四点一线”、皮带松紧调整及更换磨损严重变速箱等。
3.2 提高井下效率
提高井下效率主要是优化沉没度。沉没度对泵效及系统效率影响很大，沉没度过大造成抽油机上下行程悬点载荷增加，磨阻增大，管柱效率降低，地面能耗增加；沉没度过小会降低泵效。泵挂深度变化时，油井产液量随下泵深度的增加，有先上升后降低的规律。沉没度过大，不但对提高产量无益，反而会增加悬点载荷，增大电动机负荷，降低系统效率，在现场生产中当动液面确定时，沉没度的选择直接决定泵挂深度，因此，合理选择沉没度对油井系统效率的提高十分重要。
3.3 合理優化参数，提高抽油机井系统效率
由系统效率计算公式可知，要提高单井的系统效率，必须找到产量与沉没度的最佳结合点，进而合理匹配生产参数。根据抽油井生产情况，优化确定合理的沉没度，对部分井进行了参数优化。油机井上提泵挂的优化措施通过在检泵中优化泵挂深度设计，在不影响单井生产能力的情况下，采取了上提泵挂措施，在降低抽汲负荷的同时，确定合理的沉没度，达到节能降耗的目的。
抽油机抽汲参数的优化方法：针对参数偏大区及负荷超载区的井，采取调小参数措施，使动液面恢复到合理范围，在减少设备损坏的几率的同时，也达到了节能效果。
4 几点认识
（1）改善抽油井供排关系，是提高系统效率的首要因素，通过系统科学的研究油井产能与抽汲参数的关系，可以做到合理开发，挖掘油井生产潜力。
（2）油机井系统效率测试工作是开展节能实验和新技术推广的根本保障，因此，要加强抽油机井的能耗测试工作，开发完善能耗测试仪器，保证测试效果。
（3）优化抽汲参数，保持合理流压，是提高抽油机井系统效率最简捷的途径。
参考文献
[1] 李道品，罗迪强.低渗透油田开发技术[M].北京：北京石油工业出版社，1994.
[2] [美]M.A.克林斯.二氧化碳驱油机理及工程设计[M].北京：北京石油工业出版社，1989.