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摘要：针对抽油机井系统效率低，能耗高等问题，分析了影响系统效率的因素，提出了抽油机井参数优化设计方法。本文介绍了抽油机井参数优化技术和抽油机井单井应用情况，取得了良好的效果，对今后抽油机井参数优化，提高系统效率有一定的借鉴意义。
关键词：抽油机井 参数优化设计 系统效率 效果分析
1 抽油机井参数优化技术简介
1.1 技术原理
抽油机井参数整体优化技术在理论上总体设计思路是：将有杆泵抽油系统输入功率合理地划分为有效功率、地面损失功率、井下粘滞损失功率、井下滑动损失功率、溶解气膨胀功率5个部分，确定各种功率与影响因素的函数关系式，建立油井在各种不同物性参数、井斜参数、设备参数、生产参数条件下所对应的输入功率的数学计算公式。通过油田生产动、静态参数，设计出包括电机、管径、管柱钢级、杆柱组合、冲程、冲次、泵径和泵挂等检、下泵技术参数，根据上述设计结果编制出现场施工方案。
抽油机井系统效率同各种影响因素间的关系：抽油机井的系统效率受许多因素影响，主要影响因素有杆速（冲程×冲次）、载荷、电机空载功率、粘度、管径杆径比。其中系统效率与杆速（冲程×冲次）、载荷、电机空载功率、粘度成正比关系，与管径杆径比成反比关系。
1.2 优化方法
在产液量确定的前提下，以最低输人功率为设计原则，具体参数优化设计方法为：
（1）将各种管径、杆柱钢级、泵径与泵挂、冲程、冲次等一一组合，每一种组合对应着一种系统效率，即对应着一种能量消耗和管、杆、泵的投入与年度损耗。
（2）分别计算出每一种机采参数所对应的输入功率，得出每一种组合相对应的年度耗电费用。
（3）以年耗成本最低的机采参数（管径、管长、杆柱钢级、泵径、泵挂深度、杆柱组合、冲程、冲次）为最佳参数组合。
1.3 设计功能
（1）进行抽油机井能耗最低或成本最低优化设计；
（2）对抽油机井系统的能耗、系统效率、成本现状进行评价分析；
（3）对原抽油机井系统测试数据进行计算处理；
（4）对设计的新系统进行评估。
2 抽油机井参数优化现场应用
2.1 抽油机井参数优化应用情况
2012年在采油一矿随检泵作业应用抽油机井参数优化73口井。平均有功功率下降1.19 kW ，平均系统效率提高8.25%，取得了良好的效果。见表l。
2.2 抽油机井单井应用情况
以河31-CP1井为例，见表2。优化设计时分别计算敏感性程度，冲程和冲次对该井的系统效率影响较大，因此，结合该井的实际调整能力，对冲程和冲次进行了优化，冲程由2.5m调整为3.0m，冲次下调2次。措施后测试结果表明，有功功率降低1.37kW，提高系统效率18.98个百分点，功图测试表明，优化后上下冲程载荷变化平稳。
通过优化前后的数据对比，可看到抽油机井参数优化有以下几方面的效果：
（1） 抽油机井系统效率有较大提高；
（2）节电降耗，随着系统效率的提高，抽油机井能耗下降；
（3） 抽油机井冲次大幅度降低，可有效延长泵杆的使用寿命；
（4）地面抽油机的磨损和修保工作量将大幅度下降，有利于提高地面基础管理水平，同时可减少作业和扶井工作量。
3 抽油机井参数优化效果评价
3.1 电机输入功率降低，能耗降低
在产液量不变的前提下，降低电机输入功率是提高系统效率、降低电能消耗的技术关键。通过对比优化前后单井吨液耗电变化情况可知，优化后单井吨液耗电降低，由于个别生产井的生产水平略有波动，使得能耗也有上下波动，但整体能耗表现为下降趋势。
3.2 产液量基本保持不变，系统效率提高
优化后抽油机井的产液量基本保持不变，且略有上升。通过系统效率的变化调查情况可知，抽油机井系统效率略有波动，但整体还是保持上升的趋势。
3.3 抽油机井交变负荷降低，冲次降低
通过抽油机井参数优化技术的实施，平均最大载荷由60.62 kN下降到53.40 kN，降低了7.22 kN；平均最小载荷由28.16 kN上升到30.31 kN，提高了2.15 kN；平均冲次由6.58 min-1下降到5.92 min-1，降低了0.66 min-1.交变载荷的降低，慢冲次抽汲，减缓了杆、管及泵的磨损和疲劳速度，能够使设备运行平稳，有利于延长油井的检泵周期。
河31-CP1井优化后，最大载荷由60.18 kN下降到55.23kN，降低了4.95 kN；最小载荷由22.82 kN上升到25.46 kN，提高了2.64 kN；冲次由6.58min，下降到5.92 min-1，降低了0.66 min-1。
3.4 改变抽油机运动学特性节能
众所周知，长冲程、低冲次是实现节能的有效手段，但是由于冲程的增加，有杆抽油设备体积就必须随之增大，不仅增加了投资成本，也为日常生产带来较大的麻烦。因此，长冲程、低冲次抽油机不能在油田得到广泛应用。通过改变抽油机四连杆结构、参数等手段改变抽油机的运动特性，降低悬点加速度，使运动更加平稳，减小动载荷，使扭矩变化均匀，实现节能，与长冲程、低冲次抽油机殊途同归。目前油田应用较为广泛的有双驴头抽油机等节能型抽油机。
3.5 优化设计，提高井下效率
（1）提浅泵挂：由以上分析，在保证合理沉没度的前提下，抽油机井提浅泵挂可减少抽油杆、节箍与油管、液柱发生磨擦造成的功率损失；可减少油管柱部分的漏失损失和水力损失；可减少上冲程时的抽油机的负荷，减少泵的漏失，提高泵效，从而提高系统效率。
（2）提高泵径：在目前设备状况和油井要求产液量一定的情况下，选用目前设备的最大冲程，选用大泵径抽油泵，而采用较低的冲次，可减少抽油系统中各个磨擦部分的功率损失，从而提高机采系统效率。
3.6 经济效益分析
抽油机井参数优化前，平均单井日耗电为261.92 kW，优化后平均单井日耗电为21336kW，即平均单井日节电为28.56 M， 100口井年节电104.24× 100 kW·h。电费以0.5142元/kW·h计算，年可节约电费53.61×104元。
投资回收期为应用此优化软件投入的总费用与所节电费的比值，即：投资回收期=投入费用（皮带轮，电机）/节电费用，皮带轮按700元钱，电机按6500元钱算，则投资回收期为1.3年。
4 几点结论
（1）以输入功率最低、机采成本最低为原则的抽油机井参数设计方法，在保持液量基本不变的前提下，系统效率得到进一步提高，抽油机井供采关系更加趋于合理，充分发挥了设备的潜能，取得了较好试验效果和经济效益。
（2）优化后抽油机井的冲次普遍降低，减小了交变载荷对杆管的冲击，耗电降低，提高了泵效，可有效延长抽油机工作寿命。
（3）通过现场推广应用，系统效率提高了8.25%，节电率达到9.81%，为今后抽油机井参数优化设计奠定了基础，具有较好的推广前景。
参考文献
【1】陶文等 提高抽油机井采油时率的方法研究 《中国石油和化工标准与质量》 2012年12期
作者简介：王冰男，男，1977.9月出生，工程师，从事采油技术管理工作。
关键词：抽油机井 参数优化设计 系统效率 效果分析
1 抽油机井参数优化技术简介
1.1 技术原理
抽油机井参数整体优化技术在理论上总体设计思路是：将有杆泵抽油系统输入功率合理地划分为有效功率、地面损失功率、井下粘滞损失功率、井下滑动损失功率、溶解气膨胀功率5个部分，确定各种功率与影响因素的函数关系式，建立油井在各种不同物性参数、井斜参数、设备参数、生产参数条件下所对应的输入功率的数学计算公式。通过油田生产动、静态参数，设计出包括电机、管径、管柱钢级、杆柱组合、冲程、冲次、泵径和泵挂等检、下泵技术参数，根据上述设计结果编制出现场施工方案。
抽油机井系统效率同各种影响因素间的关系：抽油机井的系统效率受许多因素影响，主要影响因素有杆速（冲程×冲次）、载荷、电机空载功率、粘度、管径杆径比。其中系统效率与杆速（冲程×冲次）、载荷、电机空载功率、粘度成正比关系，与管径杆径比成反比关系。
1.2 优化方法
在产液量确定的前提下，以最低输人功率为设计原则，具体参数优化设计方法为：
（1）将各种管径、杆柱钢级、泵径与泵挂、冲程、冲次等一一组合，每一种组合对应着一种系统效率，即对应着一种能量消耗和管、杆、泵的投入与年度损耗。
（2）分别计算出每一种机采参数所对应的输入功率，得出每一种组合相对应的年度耗电费用。
（3）以年耗成本最低的机采参数（管径、管长、杆柱钢级、泵径、泵挂深度、杆柱组合、冲程、冲次）为最佳参数组合。
1.3 设计功能
（1）进行抽油机井能耗最低或成本最低优化设计；
（2）对抽油机井系统的能耗、系统效率、成本现状进行评价分析；
（3）对原抽油机井系统测试数据进行计算处理；
（4）对设计的新系统进行评估。
2 抽油机井参数优化现场应用
2.1 抽油机井参数优化应用情况
2012年在采油一矿随检泵作业应用抽油机井参数优化73口井。平均有功功率下降1.19 kW ，平均系统效率提高8.25%，取得了良好的效果。见表l。
2.2 抽油机井单井应用情况
以河31-CP1井为例，见表2。优化设计时分别计算敏感性程度，冲程和冲次对该井的系统效率影响较大，因此，结合该井的实际调整能力，对冲程和冲次进行了优化，冲程由2.5m调整为3.0m，冲次下调2次。措施后测试结果表明，有功功率降低1.37kW，提高系统效率18.98个百分点，功图测试表明，优化后上下冲程载荷变化平稳。
通过优化前后的数据对比，可看到抽油机井参数优化有以下几方面的效果：
（1） 抽油机井系统效率有较大提高；
（2）节电降耗，随着系统效率的提高，抽油机井能耗下降；
（3） 抽油机井冲次大幅度降低，可有效延长泵杆的使用寿命；
（4）地面抽油机的磨损和修保工作量将大幅度下降，有利于提高地面基础管理水平，同时可减少作业和扶井工作量。
3 抽油机井参数优化效果评价
3.1 电机输入功率降低，能耗降低
在产液量不变的前提下，降低电机输入功率是提高系统效率、降低电能消耗的技术关键。通过对比优化前后单井吨液耗电变化情况可知，优化后单井吨液耗电降低，由于个别生产井的生产水平略有波动，使得能耗也有上下波动，但整体能耗表现为下降趋势。
3.2 产液量基本保持不变，系统效率提高
优化后抽油机井的产液量基本保持不变，且略有上升。通过系统效率的变化调查情况可知，抽油机井系统效率略有波动，但整体还是保持上升的趋势。
3.3 抽油机井交变负荷降低，冲次降低
通过抽油机井参数优化技术的实施，平均最大载荷由60.62 kN下降到53.40 kN，降低了7.22 kN；平均最小载荷由28.16 kN上升到30.31 kN，提高了2.15 kN；平均冲次由6.58 min-1下降到5.92 min-1，降低了0.66 min-1.交变载荷的降低，慢冲次抽汲，减缓了杆、管及泵的磨损和疲劳速度，能够使设备运行平稳，有利于延长油井的检泵周期。
河31-CP1井优化后，最大载荷由60.18 kN下降到55.23kN，降低了4.95 kN；最小载荷由22.82 kN上升到25.46 kN，提高了2.64 kN；冲次由6.58min，下降到5.92 min-1，降低了0.66 min-1。
3.4 改变抽油机运动学特性节能
众所周知，长冲程、低冲次是实现节能的有效手段，但是由于冲程的增加，有杆抽油设备体积就必须随之增大，不仅增加了投资成本，也为日常生产带来较大的麻烦。因此，长冲程、低冲次抽油机不能在油田得到广泛应用。通过改变抽油机四连杆结构、参数等手段改变抽油机的运动特性，降低悬点加速度，使运动更加平稳，减小动载荷，使扭矩变化均匀，实现节能，与长冲程、低冲次抽油机殊途同归。目前油田应用较为广泛的有双驴头抽油机等节能型抽油机。
3.5 优化设计，提高井下效率
（1）提浅泵挂：由以上分析，在保证合理沉没度的前提下，抽油机井提浅泵挂可减少抽油杆、节箍与油管、液柱发生磨擦造成的功率损失；可减少油管柱部分的漏失损失和水力损失；可减少上冲程时的抽油机的负荷，减少泵的漏失，提高泵效，从而提高系统效率。
（2）提高泵径：在目前设备状况和油井要求产液量一定的情况下，选用目前设备的最大冲程，选用大泵径抽油泵，而采用较低的冲次，可减少抽油系统中各个磨擦部分的功率损失，从而提高机采系统效率。
3.6 经济效益分析
抽油机井参数优化前，平均单井日耗电为261.92 kW，优化后平均单井日耗电为21336kW，即平均单井日节电为28.56 M， 100口井年节电104.24× 100 kW·h。电费以0.5142元/kW·h计算，年可节约电费53.61×104元。
投资回收期为应用此优化软件投入的总费用与所节电费的比值，即：投资回收期=投入费用（皮带轮，电机）/节电费用，皮带轮按700元钱，电机按6500元钱算，则投资回收期为1.3年。
4 几点结论
（1）以输入功率最低、机采成本最低为原则的抽油机井参数设计方法，在保持液量基本不变的前提下，系统效率得到进一步提高，抽油机井供采关系更加趋于合理，充分发挥了设备的潜能，取得了较好试验效果和经济效益。
（2）优化后抽油机井的冲次普遍降低，减小了交变载荷对杆管的冲击，耗电降低，提高了泵效，可有效延长抽油机工作寿命。
（3）通过现场推广应用，系统效率提高了8.25%，节电率达到9.81%，为今后抽油机井参数优化设计奠定了基础，具有较好的推广前景。
参考文献
【1】陶文等 提高抽油机井采油时率的方法研究 《中国石油和化工标准与质量》 2012年12期
作者简介：王冰男，男，1977.9月出生，工程师，从事采油技术管理工作。