论文部分内容阅读
[摘 要]针对目前抽油机系统效率普遍偏低的问题，开展了抽油机系统提高系统效率优化研究。通过对抽油机各节点能耗分析，指出影响抽油机井系统效率的主要因素，探索抽油机井系统效率的最优值及其实现途径，同时建立系统效率优化设计方法，为优化系统效率方案提供理论依据和指导。
[关键词]系统效率；节点分析；优化设计；理论依据
中图分类号：G250.72 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）05-0358-01
A油田主要具有特低渗、低产液、油层深等特点。机采能耗高、系统效率低，系统效率只有7.4%，与外围油田8-16%差距大，目前对影响系统效率的主要因素及提高方法缺少定量的认识。
1 主要优化工作
1.1 锁定高能耗节点
抽油机工作的各节点可分为电动机输入节点、电动机输出节点、曲柄节点、盘根节点、抽油杆节点、抽油泵节点，系统效率主要由机构效率、传动机构效率、换向机构效率、盘根效率、抽油杆柱效率、抽油泵效率几部分构成。从经济效益角度出发，抽油机机型不会改变，采取抽油机各个节点能耗情况，可行的措施。
（1）管理方面，调整平衡和盘根松紧。
（2）技术方面，调整电机型号、抽汲参数、抽油杆和抽油泵。其中传动机构效率、换向机构效率和盘根效率主要和日常管理有关，优化过程中认为已经是最优的情况，因此优化工作主要是从电机、冲程、冲次、泵径、泵深和杆柱方面开展。通过对49口抽油机井的各节点能耗分析可以看出，影响程度较大的分别是控制箱和电机、曲柄、抽油杆和抽油泵，分别占39.10%、26.04%、15.10%和8.20%，其中调整抽汲参数对曲柄节点效率影响较小，因此，电机、抽油杆、抽油泵是下步节能优化工作重点挖潜对象。
1.2 优化效果分析
（1）电机节点。优化过程中统计了电机功率大于30KW的共43口井，这些井在优化抽汲参数的同时，若不优化电机，则电机节点效率由62.10%降到48.82%，降低了13.28%，系统效率由7.67%升高到11.49%，提高了3.82%，节电率为28.86%；若优化，则电机效率基本保持不变，系统效率提高5.68%，节电率可達到42.04%。由此可见，其他各项参数优化后，电机优化与否对整体系统效率提高影响程度很大。
（2）抽油杆节点。所优化的49口井中，其他参数优化后，杆柱组合主要是从三级降到两级，其中25*22*19降到22*19组合25口井、降到19*16组合8口井，22*19降到19*16组合16口井，总体在杆柱长度增加80.6m的情况下，最大最小载荷下降4.17/2.29KN。在其他各项参数都不变的情况下，仅将三级杆组合降为两级，分析10口井结果，系统效率由5.77%提高到6.17%，效果不明显。
（3）抽油泵节点。所优化的49口井中，换大泵7口井，在冲次降低1.5次、泵挂加深48.1米的情况下，抽油泵节点效率提高5.53%；换小泵9口井，在冲次降低1.25次、泵挂加深54.1米的情况下，抽油泵节点效率提高7.82%；可见抽油泵节点效率都有一定程度提高。
（4）整体优化效果。以“长冲程、大泵径、低冲次”为原则，保持原来产量及流压不变，对抽汲参数进行优化。在冲程已达最大的情况下，杆柱组合由三级降至二级28口井，重新匹配18口二级杆组合井，平均冲次降低1.6次/分，泵径增大1.99mm，泵深增加63.7m。共优化849口井，优化后最大最小载荷分别降低7.76%和6.51%，泵效可提高7.60%。节点效率变化较大的是电机、抽油杆和抽油泵节点，电机节点效率下降14.19%、抽油杆和抽油泵节点效率分别提高23.1%、6.99%。系统效率最优可达10.21%，与优化前7.26%相比提升近3个百分点。依据上述研究成果，能够使杆柱组合及参数匹配更加合理，从而指导下步节能工作方向，实现系统效率最优。抽汲参数优选，有杆泵抽油系统效率随有效扬程的增加而增加。对于正常抽油机井，有效扬程相当于举升高度。为使抽油机高效运行，注意保持适当的举升高度。对油田低系统效率井的分析表明：漏失：油管漏失，游动凡尔漏失，固定凡尔漏失，严重影响井下效率。
（5）节能抽油机（曲柄平衡抽油机，前置型抽油机）。实验表明，异相曲柄平衡抽油机和前置型抽油机节能幅度大。一般讲，悬点载荷在120kN以下者，可选择异相曲柄平衡抽油机；悬点载荷在120kN以上者，可选择前置型抽油机。
（6）优化抽油机平衡，提高效率，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，甚至造成电动机在冲程某一阶段出现做负功现象，造成不必要的电耗，因此，我们对抽油机的平衡率非常重视，根据油井负荷变化进行动态管理，使全厂油井平衡率保持在80%以上。图1是平衡调整前后有功功率的变化，可以看出，调整后基本消除了电机发电现象。
2 应用情况
（1）应用效果。在所有参数都相同的情况下，仪器测试10口井系统效率平均值为5.03%。所取得实际效果：一是在新井设计上，通过优化机采设备、生产参数、杆柱组合，指导新井下泵设计4口井，理论上系统效率可达12.6%，现场实测11.3%。二是在老井优化上，明确了单井能耗潜力和挖潜节点，提出了具体的调整措施，指导老井作业5口井，其中三级杆组合降为两级3口井，现场测试系统效率升高0.77%，两级杆重新组合2口井，同时有2口井冲次降低1.8次/分的情况下，系统效率提高1.9%，整体系统效率由6.25%提高到6.75%，为今后机采节能工作提供了科学的、量化的指导，可以作为分析依据。
（2）应用前景和经济效益。目前A油田抽油机井平均系统效率为7.4%，平均输入功率为4.95kW。通过优化，系统效率最优可提高到10.2%，。目前共有49口井需要优化，全面实施后，预计年节电可达32×104kW.h。通过分析研究，形成了A油田提高抽油机井系统效率的优化设计方法，能够指导抽油机井抽汲参数优化，实现新投井高效低耗举升，在源头上降能耗；能够指导老井优化设计，实现提高系统效率、降能耗、降成本的目标。
3 结论
（1）通过优化分析得出，电机、抽油杆和抽油泵是影响节点效率的主要因素。单独改变某项参数，系统效率提高效果不明显，只有所有参数同时优化，特别是降低冲次，才能大幅度提高系统效率。
（2）针对A油田低、低渗、井深、高能耗所开展的提高系统效率优化方法，能够分析影响系统效率的高能耗井点，指导新老井科学设计，实现了降投资、降成本、降能耗的目标。
参考文献
[1] 董世民，抽油机井系统效率极限值的仿真研究[J].系统仿真学报，2008，20（13）：33-37.
[关键词]系统效率；节点分析；优化设计；理论依据
中图分类号：G250.72 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）05-0358-01
A油田主要具有特低渗、低产液、油层深等特点。机采能耗高、系统效率低，系统效率只有7.4%，与外围油田8-16%差距大，目前对影响系统效率的主要因素及提高方法缺少定量的认识。
1 主要优化工作
1.1 锁定高能耗节点
抽油机工作的各节点可分为电动机输入节点、电动机输出节点、曲柄节点、盘根节点、抽油杆节点、抽油泵节点，系统效率主要由机构效率、传动机构效率、换向机构效率、盘根效率、抽油杆柱效率、抽油泵效率几部分构成。从经济效益角度出发，抽油机机型不会改变，采取抽油机各个节点能耗情况，可行的措施。
（1）管理方面，调整平衡和盘根松紧。
（2）技术方面，调整电机型号、抽汲参数、抽油杆和抽油泵。其中传动机构效率、换向机构效率和盘根效率主要和日常管理有关，优化过程中认为已经是最优的情况，因此优化工作主要是从电机、冲程、冲次、泵径、泵深和杆柱方面开展。通过对49口抽油机井的各节点能耗分析可以看出，影响程度较大的分别是控制箱和电机、曲柄、抽油杆和抽油泵，分别占39.10%、26.04%、15.10%和8.20%，其中调整抽汲参数对曲柄节点效率影响较小，因此，电机、抽油杆、抽油泵是下步节能优化工作重点挖潜对象。
1.2 优化效果分析
（1）电机节点。优化过程中统计了电机功率大于30KW的共43口井，这些井在优化抽汲参数的同时，若不优化电机，则电机节点效率由62.10%降到48.82%，降低了13.28%，系统效率由7.67%升高到11.49%，提高了3.82%，节电率为28.86%；若优化，则电机效率基本保持不变，系统效率提高5.68%，节电率可達到42.04%。由此可见，其他各项参数优化后，电机优化与否对整体系统效率提高影响程度很大。
（2）抽油杆节点。所优化的49口井中，其他参数优化后，杆柱组合主要是从三级降到两级，其中25*22*19降到22*19组合25口井、降到19*16组合8口井，22*19降到19*16组合16口井，总体在杆柱长度增加80.6m的情况下，最大最小载荷下降4.17/2.29KN。在其他各项参数都不变的情况下，仅将三级杆组合降为两级，分析10口井结果，系统效率由5.77%提高到6.17%，效果不明显。
（3）抽油泵节点。所优化的49口井中，换大泵7口井，在冲次降低1.5次、泵挂加深48.1米的情况下，抽油泵节点效率提高5.53%；换小泵9口井，在冲次降低1.25次、泵挂加深54.1米的情况下，抽油泵节点效率提高7.82%；可见抽油泵节点效率都有一定程度提高。
（4）整体优化效果。以“长冲程、大泵径、低冲次”为原则，保持原来产量及流压不变，对抽汲参数进行优化。在冲程已达最大的情况下，杆柱组合由三级降至二级28口井，重新匹配18口二级杆组合井，平均冲次降低1.6次/分，泵径增大1.99mm，泵深增加63.7m。共优化849口井，优化后最大最小载荷分别降低7.76%和6.51%，泵效可提高7.60%。节点效率变化较大的是电机、抽油杆和抽油泵节点，电机节点效率下降14.19%、抽油杆和抽油泵节点效率分别提高23.1%、6.99%。系统效率最优可达10.21%，与优化前7.26%相比提升近3个百分点。依据上述研究成果，能够使杆柱组合及参数匹配更加合理，从而指导下步节能工作方向，实现系统效率最优。抽汲参数优选，有杆泵抽油系统效率随有效扬程的增加而增加。对于正常抽油机井，有效扬程相当于举升高度。为使抽油机高效运行，注意保持适当的举升高度。对油田低系统效率井的分析表明：漏失：油管漏失，游动凡尔漏失，固定凡尔漏失，严重影响井下效率。
（5）节能抽油机（曲柄平衡抽油机，前置型抽油机）。实验表明，异相曲柄平衡抽油机和前置型抽油机节能幅度大。一般讲，悬点载荷在120kN以下者，可选择异相曲柄平衡抽油机；悬点载荷在120kN以上者，可选择前置型抽油机。
（6）优化抽油机平衡，提高效率，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，甚至造成电动机在冲程某一阶段出现做负功现象，造成不必要的电耗，因此，我们对抽油机的平衡率非常重视，根据油井负荷变化进行动态管理，使全厂油井平衡率保持在80%以上。图1是平衡调整前后有功功率的变化，可以看出，调整后基本消除了电机发电现象。
2 应用情况
（1）应用效果。在所有参数都相同的情况下，仪器测试10口井系统效率平均值为5.03%。所取得实际效果：一是在新井设计上，通过优化机采设备、生产参数、杆柱组合，指导新井下泵设计4口井，理论上系统效率可达12.6%，现场实测11.3%。二是在老井优化上，明确了单井能耗潜力和挖潜节点，提出了具体的调整措施，指导老井作业5口井，其中三级杆组合降为两级3口井，现场测试系统效率升高0.77%，两级杆重新组合2口井，同时有2口井冲次降低1.8次/分的情况下，系统效率提高1.9%，整体系统效率由6.25%提高到6.75%，为今后机采节能工作提供了科学的、量化的指导，可以作为分析依据。
（2）应用前景和经济效益。目前A油田抽油机井平均系统效率为7.4%，平均输入功率为4.95kW。通过优化，系统效率最优可提高到10.2%，。目前共有49口井需要优化，全面实施后，预计年节电可达32×104kW.h。通过分析研究，形成了A油田提高抽油机井系统效率的优化设计方法，能够指导抽油机井抽汲参数优化，实现新投井高效低耗举升，在源头上降能耗；能够指导老井优化设计，实现提高系统效率、降能耗、降成本的目标。
3 结论
（1）通过优化分析得出，电机、抽油杆和抽油泵是影响节点效率的主要因素。单独改变某项参数，系统效率提高效果不明显，只有所有参数同时优化，特别是降低冲次，才能大幅度提高系统效率。
（2）针对A油田低、低渗、井深、高能耗所开展的提高系统效率优化方法，能够分析影响系统效率的高能耗井点，指导新老井科学设计，实现了降投资、降成本、降能耗的目标。
参考文献
[1] 董世民，抽油机井系统效率极限值的仿真研究[J].系统仿真学报，2008，20（13）：33-37.