抽油机井节能降耗措施与评价

摘 要：分析了抽汲参数在举升过程中对抽油工况的影响，以及能量的转换过程和能量损失的影响因素，提出了提高系统效率的方法。以2013年现场实施优化调参的123口井，取得了平均单井系统效率提高7.44%，单井日节电31.3kW.h效果，为抽油机井的节能挖潜提供了技术手段。

关键词：抽油机井 参数 优化 节能 评价

一、抽油系统能耗分析

1.抽汲参数对抽油工况的影响分析

抽油机井的抽汲参数主要为下泵深度、泵径、冲程、冲次。抽汲参数的改变会对抽油机井的工况带来较大的影响，进而导致抽油系统能耗的变化。主要工况参数采用如下公式计算：

1.1悬点最大、最小载荷。由抽油机悬点运动规律知，最大载荷发生在上冲程，最小载荷发生在下冲程。

式中，、分别为最大、最小载荷，N；、分别为杆柱在空气和井液中的重力，N；为泵柱塞全面积上的液柱重力，N；、分别为上、下冲程时的杆柱惯性载荷，N；为冲程长度，m；为冲次，min-1；为曲柄轴扭矩，Nm；为电机输入功率，kW。

由以上公式分析，抽汲参数对工况的影响：①下泵深度和杆径主要影响着杆柱载荷，下泵深，杆径大，杆柱载荷就大，其惯性载荷也相应变大。②泵径主要影响着液柱载荷，泵径大，液柱载荷就大。③冲程、冲次是影响曲柄轴扭矩、电机功率的主要因素，同时又是影响杆柱惯性载荷的主要因素，乘积代表了杆柱的速度大小，杆速越大，其加速度就大，杆柱的惯性载荷就大。

因此，调大抽汲参数，使抽油机悬点载荷、曲柄轴扭矩、电机输入功率增大，油井耗能增加；反之调小参数，油井耗能减小。

2.抽油系统能量转换分析

对于一个抽油系统，它依靠外部提供动力进行采油，同时又遵循能量转换与守恒定律。

深井泵采油过程相当于克服阻力做功的过程，它把系统输入的能量，一部分转换为将一定量的液体从井下举升到地面所做的有用功；另一部分则转换为克服举升过程中的阻力而被消耗损失掉的无用功。

有用功是油井获取一定产量所必需的能量，其大小取决于油井的产量、举升高度、井液密度、气油比等。

无用功是油井获取产量时所损失的能量，它的存在一是地面抽油设备各运转部件之间的摩擦力以及电机空载功率。二是井下举升过程中液柱与杆、管壁的黏滞摩擦和杆管相对滑动摩擦。黏滞摩擦损失取决于井液黏度、泵挂深度、管杆径比、冲程、冲次等；滑动摩擦损失主要取决于井斜、冲程、冲次、杆管材质等。

系统有用功与输入能量之比即为抽油机井的系统效率。所以系统效率是评价抽油机井工况和能耗的综合指标。系统效率高，说明系统工况好，转换为有用功的能量比例大，无用功损失小，系统能耗低；反之，无用功损失大，系统耗能高。

二、降低抽油能耗的措施方法

由抽油系统能耗分析可知，降低系统能耗的措施途径一是增大有用功，二是减小无用功损耗，从而提高系统效率。具体方法有：

1. 地面抽油设备优选与管理

1.1新井投产选用节能型抽油机和节能电机，目的在于提高电机负载率及地面设备的运行效率。

1.2地面设备定期维护保养，及时调整抽油机平衡，降低地面设备的动力消耗。

1.3对老型抽油机进行技术改造，更换节能型电机，改善抽油设备的机械性能，提高地面效率。

2. 加强油井清防蜡管理

油井热洗减少杆、管壁蜡的附着量，增大井液流通空间，油井化防降低原油黏度，二者均可降低井筒内的黏滞摩擦损失。

3. 漏失井治理

油井存在漏失，其产液量下降，系统效率降低，造成电能的浪费。因此，应加强油井工况分析，及时发现漏失井，并及时检泵，恢复油井产量，使其保持在较高的系统效率下生产。

4. 抽汲参数优化调整

油井产量一定时，选择不同的抽汲参数组合，其工况和系统效率不同。依据抽汲参数“长冲程、慢冲次”的设计原则，在多种参数组合中，选择系统效率高、耗能低、便于实施的参数组合作为油井的调参方案。

4.1对于供液充足、沉没度大的油井，一是调大油井抽汲参数，增大产量，发挥油井的生产潜力和设备的举升能力；二是在产量不变及合理沉没度条件下，减小泵挂深度，降低悬点载荷。

4.2对于供液不足的油井，一是加深泵挂，增大泵的沉没度和充满程度，提高泵效；二是调小抽汲参数，降低杆柱、液柱的惯性载荷。

5. 油井防偏磨措施

对于偏磨井，一是优化设计抽油杆扶正位置及扶正器数量，并在其下部配用加重杆；二是对管柱采取泵下锚定或扶正、加长尾管等。减小因交变载荷引起的杆管弯曲，降低杆管的滑动摩擦损失。

三、实施效果与评价

华北油田采油一厂多年来围绕以提高抽油机井系统效率，降低油井能耗开展工作，采取的主要技术措施是：

1. 新井应用节能型抽油机和节能型电机

近几年投产的230多口新井，全部采用节能型抽油机和节能型电机。与老井相比，电机装机功率由55～45kW降至37～22kW，提高了电机的负载率，具有明显的节能效果。

2. 部分抽油机实施技术改造

对64台使用时间长、平衡度差的抽油机，采取了安装下偏杠铃平衡重的技术改造，平均系统效率提高1.2%左右。

3. 更换节能型电机

当电机空载电流超过其额定空载电流时，即处于老化、耗能高的状态。通过测试，对使用时间长、超过额定空载电流的200余台老旧电机更换为节能型电机，装机功率由原来的55～45kW降为30kW，平均系统效率提高2.3%，单井日节电16.5kW.h。

4. 油井抽汲参数优化调整

针对采油一厂近两年出现灰岩油井沉没度偏大、新投砂岩油井供液能力差、系统效率低的问题，2013年采取了以灰岩油井上提泵挂、砂岩油井调小参数为主的技术措施。

2013年调小参数123口井，平均系统效率由调前的24.0%提高到调后的31.44%，提高7.44%；平均单井日耗电由调前的224.0kW.h降低到调后的192.7 kW.h，单井日节电31.3kW.h。其中：

4.1灰岩油井上提泵挂44口，平均系统效率提高6.62%，单井日节电20.5kW.h。上提泵挂后，油井的产液量基本不变，抽油系统所需有用功不变，而上提泵挂减小了杆柱重力，使抽油机悬点载荷降低，电机输入功率变小，因此提高了系统效率，降低了油井耗能。

4.2砂岩油井调小抽汲参数79口，包括调小冲程3口、调小冲次21口、换小泵径55口，平均系统效率提高7.31%，单井日节电37.3kW.h。对供液不足的油井，调小参数的原则是保持调参前后产量基本稳定。由于抽汲参数调小，油井的排液速度减小，供排关系得到改善，泵的充满程度增大，泵效提高；同时也使抽油机悬点载荷变小，电机输入功率降低，从而使系统效率提高。

四、结语

1.通过对抽油系统的分析，了解了抽汲参数在举升过程中对抽油工况的影响，以及能量的转换过程和能量损失的影响因素，明确了提高系统效率的方法。经现场实施油井节能措施，取得了改善油井工况，提高系统效率，节能降耗的效果。

2.抽油机井的节能挖潜是一项系统工程，要做到地层与设备、设计与技术、生产与管理的协调统一，不断应用新技术、新工艺，使抽油机井节能挖潜工作深入持久的开展下去。

参考文献：

[1] 张琪.采油工程原理与设计[M].山东东营：石油大学出版社，2006，100-133.

[2] 范凤英.提高抽油机井系统效率技术[M].山东东营：石油大学出版社，2002，2-23.

作者简介：李冬存[1961.08.29]，男，工程师，从事采油、集输管理工作。