论文部分内容阅读
[摘 要]主要论述提高抽油机系统效率的重要性和必要性，介绍大庆油田目前抽油机井系统
效率的概况，分析油田抽油机井系统效率低的原因和影响系统效率的主要因素及系统效率的分布规律。最后，指出提高抽油机系统效率的措施和方法。
[关键词]系统效率 井下效率 节能元件 措施方法
中图分类号：TU855 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）28-0055-01
一、前言
抽油机系统工作时，是一个能量不断传递和转化的过程，而能量的每次传递都有一定的损失。由地面供入系统的能量减去系统的各种损失，就是系统供给液体的有效能量，将液体举升至地面的有效作功能量与系统输入能量的比值即为抽油机系统效率[1]。
目前，由于有杆泵抽油系统的能耗问题日趋严重，直接影响着原油的开采成本。为了实现油井的正常生产，降低采油成本，采用节能设备并应用新技术、新方法来提高油井的系统效率越来越引起人们的重视。
二、抽油机井系统效率现状
抽油机系统效率是衡量抽油机井能耗的重要指标，也是一项综合性计算指标，它涉及到日产液量、动液面深度、油压、套压和耗电量（电流、电压、有效功率） 等多项参数。在抽油机稳态工作条件下，对采油44队的66 口抽油机井进行了摸底测试。测试方法采用石油天然气行业标准SY/T5266-1996 《机械采油井系统效率测试方法》中的简便测试计算方法。测试参数主要有：电动机平均输入功率、抽油机平衡度、光杆功率、有效功率等。测试是在正常生产、常规管理、未上任何措施的前提下进行的。被测油井的井况、系统组成、技术装备和管理水平，具有一定的代表性。被测井的平均系统效率约为25.64%， 比下达指标系统效率（32% ） 低约6.36 个百分点。分析原因，主要我队2012年处钻停恢复区，平均沉没度较低，生产参数不合理导致。平均沉没度为136.8米。统计表明，单井系统效率小于10% 的有14口井，占被测井数的21.21%， 单井系统效率大于10% 、小于15% 的有12 口井，占被测井数的18.18%， 单井系统效率在15% ～20% 的有12 口井，占被测井数的18.18%， 单井系统效率大于20% 的井仅有28 口，占被测井数的42.42% 。
三、效率分解和能量损失的分布
根据抽油机系统工作的特点，可将抽油机系统分为2 部分，即地面效率和井下效率。为了对抽油机系统各部分的能量损失及分布情况进行更加深入地研究，可将以上2 部分的效率进一步分解。地面部分的能量主要损失在电动机、三角带、减速箱、抽油机的连杆机构；井下部分的能量主要损失在盘根盒、抽油杆、抽油泵、管柱的摩擦中，故抽油机井系统效率可表示为：
η系=η地·η井
= k ·η电·η皮·η减·η连·η盘·η杆·η泵·η管
式中 k ———有效载荷数，与四杆机构效率及井下液柱重量和抽油杆重量之比有关；
η电、η皮、η减、η连、η盘、η杆、η泵、η管———系统各分效率。
抽油机井的系统效率主要由以上8 个分效率组成，各个分效率的大小，也就是说各部分能量损失的多少，主要取决于油井井况系统的设计、设备运行状况、操作条件及生产管理等。有资料表明：在设备良好运转状态下，η电90.8% ～94%， η皮92% ～95%，η减约91%， η连约95%， η盘约93.5% （测试平均值） ，η杆75% ～85% （研究测试值） ，η管约89% 。按照上面的公式计算，η系的理论值41% ～49%， 实际上，抽油机系统效率很难达到这个数值。抽油机—深井泵装置系统效率的理论上限为49%， 理论下限为41% 。把油井实测系统效率与油井论系统效率相比较可以看出，采油44队被测井的平均系统效率与理论值的下限相差约15.36 个百分点，这部分井有很大的节能增效潜力，只要采取相应的措施，合理优化设计参数，加强管理，系统效率会有较大幅度的提高，也会节约大量的能源。就一般的生产井而言，在正常情况下地面设备的效率不会太低，大多数低效井的功率损耗主要在井下。因此，提高抽油机井系统效率的关键在于降低井下的能量损耗，从而提高井下效率。
四、提高抽油机系统效率的措施和方法
（一）、采用节能型技术装备
抽油机系统有节能潜力的设备主要有电动机、抽油机、抽油杆等[2] 。
1、节能电动机
从测试情况来看，抽油机实耗功率仅占装机功率的1/3 （平均输入功率15.437kW， 装机平均功率50kW ） 。所以有相当一部分电动机处于“大马拉小车”的运行状态，其结果使电机电能利用率差，造成电动机运行效率和功率因数低，网络无功损耗大，浪费了大量电能。节能电机具有独特的软特性，提高了转子电阻，也就获得了超高转差率（15% ） 。由于转差率的提高，使电机的机械性能变软，即当抽油机负载扭矩增大时，电机转速下降，这就使电机的功率和电流变化趋于平稳，基本消除了负扭矩，提高了功率因数，降低了电动机的耗电量，从而使抽油机井的系统效率得到提高。2013年初，我队新安装节能电机37台，节电率在20% 左右，工作可靠性优于其他节能电机。
2、节能型抽油机
油田常用的抽油机有：常规型抽油机、异相曲柄平衡抽油机及气平衡抽油机。常规型抽油机上、下冲程所用时间相等，属对称循环机构抽油机，而异相曲柄平衡抽油机及前置式抽油机属非对称循环机构抽油机，悬点上冲程所用时间长于下冲程所用时间，通过对机构尺寸优化设计后，其动力性能明显优于常规型抽油机[3] 。在相同工况下，和常规型抽油机相比， 异相曲柄平衡抽油机节能15% ～20%， 前置式抽油机节能20% ～30%， 气平衡抽油机是一种前置式抽油机，具有平衡效果好、能耗低、重量轻等优点，应用这种抽油机节能20% 以上。
3、特种抽油杆
近年来，国内外在新材料抽油杆和连续抽油杆方面有了很大进展，其中有铝合金抽油杆、玻璃钢抽油杆，加拿大Corod 抽油杆、钢丝绳抽油杆等。玻璃钢、Corod、钢丝绳三种抽油杆在中原油田进行过较大面积的推广应用或试验应用，都取得了较好的效果。由于它们的单位长度重量轻、抗拉强度高，后2种抽油杆中间还无接箍连接，因此，将它们用于抽油系统，井下功率损失小，可增加有效功率，特别适合于深抽井。
（二）、加强抽油机井的科学管理
1、对机—泵—杆进行优化设计
在油井产量要求一定的情况下，不同抽吸参数组合，抽油机的系统效率可相差5 个百分点以上。一般情况下，在保证泵一定沉没度的情况下，应尽量减少下泵深度。另外，对抽吸参数不合理的井，特别是动液面较浅的井，应对抽吸参数进行优选，全面调整冲程与冲次，使生产参数趋于合理。目前，多数采油厂对深抽井采取了用足抽油机最大冲程、合理降低到最小冲数的办法，使抽油井的工作可靠性和检泵周期大大提高，这种方法有助于系统效率的提高，值得重视和推广。
2、采用配套措施
由于气体影响，降低了抽油泵的充满程度，使抽油泵的泵效很低，这必然使整个抽油系统的效率降低。为了克服气体对泵效的不良影响，根据油井产量、气油比大小及地层情况等，可以采用井下分离器、助流器等先进成熟的工艺技术，促使抽油机系统效率的提高。
参考文献
[1] 崔振华著.有杆抽油系统.北京：石油工业出版社，1994
[2] 陈建东.抽油机系统耗能分析.石油知识，1994，（5）
[3] 冯耀忠.高效率地设计和使用有杆泵抽油系统.石油矿场机械，1998， （1）
效率的概况，分析油田抽油机井系统效率低的原因和影响系统效率的主要因素及系统效率的分布规律。最后，指出提高抽油机系统效率的措施和方法。
[关键词]系统效率 井下效率 节能元件 措施方法
中图分类号：TU855 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）28-0055-01
一、前言
抽油机系统工作时，是一个能量不断传递和转化的过程，而能量的每次传递都有一定的损失。由地面供入系统的能量减去系统的各种损失，就是系统供给液体的有效能量，将液体举升至地面的有效作功能量与系统输入能量的比值即为抽油机系统效率[1]。
目前，由于有杆泵抽油系统的能耗问题日趋严重，直接影响着原油的开采成本。为了实现油井的正常生产，降低采油成本，采用节能设备并应用新技术、新方法来提高油井的系统效率越来越引起人们的重视。
二、抽油机井系统效率现状
抽油机系统效率是衡量抽油机井能耗的重要指标，也是一项综合性计算指标，它涉及到日产液量、动液面深度、油压、套压和耗电量（电流、电压、有效功率） 等多项参数。在抽油机稳态工作条件下，对采油44队的66 口抽油机井进行了摸底测试。测试方法采用石油天然气行业标准SY/T5266-1996 《机械采油井系统效率测试方法》中的简便测试计算方法。测试参数主要有：电动机平均输入功率、抽油机平衡度、光杆功率、有效功率等。测试是在正常生产、常规管理、未上任何措施的前提下进行的。被测油井的井况、系统组成、技术装备和管理水平，具有一定的代表性。被测井的平均系统效率约为25.64%， 比下达指标系统效率（32% ） 低约6.36 个百分点。分析原因，主要我队2012年处钻停恢复区，平均沉没度较低，生产参数不合理导致。平均沉没度为136.8米。统计表明，单井系统效率小于10% 的有14口井，占被测井数的21.21%， 单井系统效率大于10% 、小于15% 的有12 口井，占被测井数的18.18%， 单井系统效率在15% ～20% 的有12 口井，占被测井数的18.18%， 单井系统效率大于20% 的井仅有28 口，占被测井数的42.42% 。
三、效率分解和能量损失的分布
根据抽油机系统工作的特点，可将抽油机系统分为2 部分，即地面效率和井下效率。为了对抽油机系统各部分的能量损失及分布情况进行更加深入地研究，可将以上2 部分的效率进一步分解。地面部分的能量主要损失在电动机、三角带、减速箱、抽油机的连杆机构；井下部分的能量主要损失在盘根盒、抽油杆、抽油泵、管柱的摩擦中，故抽油机井系统效率可表示为：
η系=η地·η井
= k ·η电·η皮·η减·η连·η盘·η杆·η泵·η管
式中 k ———有效载荷数，与四杆机构效率及井下液柱重量和抽油杆重量之比有关；
η电、η皮、η减、η连、η盘、η杆、η泵、η管———系统各分效率。
抽油机井的系统效率主要由以上8 个分效率组成，各个分效率的大小，也就是说各部分能量损失的多少，主要取决于油井井况系统的设计、设备运行状况、操作条件及生产管理等。有资料表明：在设备良好运转状态下，η电90.8% ～94%， η皮92% ～95%，η减约91%， η连约95%， η盘约93.5% （测试平均值） ，η杆75% ～85% （研究测试值） ，η管约89% 。按照上面的公式计算，η系的理论值41% ～49%， 实际上，抽油机系统效率很难达到这个数值。抽油机—深井泵装置系统效率的理论上限为49%， 理论下限为41% 。把油井实测系统效率与油井论系统效率相比较可以看出，采油44队被测井的平均系统效率与理论值的下限相差约15.36 个百分点，这部分井有很大的节能增效潜力，只要采取相应的措施，合理优化设计参数，加强管理，系统效率会有较大幅度的提高，也会节约大量的能源。就一般的生产井而言，在正常情况下地面设备的效率不会太低，大多数低效井的功率损耗主要在井下。因此，提高抽油机井系统效率的关键在于降低井下的能量损耗，从而提高井下效率。
四、提高抽油机系统效率的措施和方法
（一）、采用节能型技术装备
抽油机系统有节能潜力的设备主要有电动机、抽油机、抽油杆等[2] 。
1、节能电动机
从测试情况来看，抽油机实耗功率仅占装机功率的1/3 （平均输入功率15.437kW， 装机平均功率50kW ） 。所以有相当一部分电动机处于“大马拉小车”的运行状态，其结果使电机电能利用率差，造成电动机运行效率和功率因数低，网络无功损耗大，浪费了大量电能。节能电机具有独特的软特性，提高了转子电阻，也就获得了超高转差率（15% ） 。由于转差率的提高，使电机的机械性能变软，即当抽油机负载扭矩增大时，电机转速下降，这就使电机的功率和电流变化趋于平稳，基本消除了负扭矩，提高了功率因数，降低了电动机的耗电量，从而使抽油机井的系统效率得到提高。2013年初，我队新安装节能电机37台，节电率在20% 左右，工作可靠性优于其他节能电机。
2、节能型抽油机
油田常用的抽油机有：常规型抽油机、异相曲柄平衡抽油机及气平衡抽油机。常规型抽油机上、下冲程所用时间相等，属对称循环机构抽油机，而异相曲柄平衡抽油机及前置式抽油机属非对称循环机构抽油机，悬点上冲程所用时间长于下冲程所用时间，通过对机构尺寸优化设计后，其动力性能明显优于常规型抽油机[3] 。在相同工况下，和常规型抽油机相比， 异相曲柄平衡抽油机节能15% ～20%， 前置式抽油机节能20% ～30%， 气平衡抽油机是一种前置式抽油机，具有平衡效果好、能耗低、重量轻等优点，应用这种抽油机节能20% 以上。
3、特种抽油杆
近年来，国内外在新材料抽油杆和连续抽油杆方面有了很大进展，其中有铝合金抽油杆、玻璃钢抽油杆，加拿大Corod 抽油杆、钢丝绳抽油杆等。玻璃钢、Corod、钢丝绳三种抽油杆在中原油田进行过较大面积的推广应用或试验应用，都取得了较好的效果。由于它们的单位长度重量轻、抗拉强度高，后2种抽油杆中间还无接箍连接，因此，将它们用于抽油系统，井下功率损失小，可增加有效功率，特别适合于深抽井。
（二）、加强抽油机井的科学管理
1、对机—泵—杆进行优化设计
在油井产量要求一定的情况下，不同抽吸参数组合，抽油机的系统效率可相差5 个百分点以上。一般情况下，在保证泵一定沉没度的情况下，应尽量减少下泵深度。另外，对抽吸参数不合理的井，特别是动液面较浅的井，应对抽吸参数进行优选，全面调整冲程与冲次，使生产参数趋于合理。目前，多数采油厂对深抽井采取了用足抽油机最大冲程、合理降低到最小冲数的办法，使抽油井的工作可靠性和检泵周期大大提高，这种方法有助于系统效率的提高，值得重视和推广。
2、采用配套措施
由于气体影响，降低了抽油泵的充满程度，使抽油泵的泵效很低，这必然使整个抽油系统的效率降低。为了克服气体对泵效的不良影响，根据油井产量、气油比大小及地层情况等，可以采用井下分离器、助流器等先进成熟的工艺技术，促使抽油机系统效率的提高。
参考文献
[1] 崔振华著.有杆抽油系统.北京：石油工业出版社，1994
[2] 陈建东.抽油机系统耗能分析.石油知识，1994，（5）
[3] 冯耀忠.高效率地设计和使用有杆泵抽油系统.石油矿场机械，1998， （1）