关于影响机采系统效率因素的研究

摘　要：机采系统效率是衡量一个油田采油技术水平的主要指标，油田既是能源生产大户，同时也是高能耗大户，其主要是电能的消耗，而油田电能45%以上消耗在采油工程系统，所以采油工程系统的节能降耗工作尤为受到重视。因此机采系统效率在油田生产中占有重要的地位。本论分节点对影响机采效率的因素进行了分析,研究方法与研究成果对指导油田开发提供了理论依据，具有重要的指导及推广意义。

关键词：系统效率　节点分析　合理流压　经济负载

一、研究目的与意义

在石油开采的工业领域内，机械采油在世界范围内都占据着主导地位。随着油田的不断深入发展，机采系统效率已经成为衡量一个油田采油技术水平的主要指标，因此研究机采系统的损耗及原因，找出相应的技术措施，对提高机采系统效率，降低能耗具有重要的意义。

二、分节点分析影响抽油机机械效率的因素

1.抽油机指数对系统效率的影响

我们最常用的游梁式抽油机的平衡率对抽油机井的效率影响较大，平衡差的井耗能大，系统效率低，同时，抽油机状况的好坏也影响了抽油机的连杆机构、电机和减速箱的使用寿命，对抽油杆的工作状况影响也非常大。在旋转平衡或复合平衡的抽油机上，调整平衡最方便的方法就是调节旋转平衡块的平衡半径具体的实践表明，通过合理的调整，可以实现减少油井的有效功率，节电效果显著。根据测试数据，把平衡指数与系统效率关系数据进行回归，可以确定抽油机平衡指数与系统效率的关系：即平衡指数在0.8~1.2时抽油机系统效率最高，耗电量最低。

因此我们确定平衡指数0.8~1.2为抽油机系统效率达标标准实际工作从设备使用寿命考虑，我们平衡指数执行0.85~1.0这一标准。

2.电机指数对系统效率的影响

2.1电机经济负载率的确定

电动机是抽油机井的主要设备，也是油田主要耗能设备之一，机采系统的耗电量也是主要体现在电动机耗电上。所以对电机的节能效果的要求越来越高，因此电动机的负载配备及其相关的改造是提高机采系统效率项目中不可回避的问题。

电机的负载率是指运行中电动机实际输出功率与额定功率的比值。现场中一般用实测电流法计算电机负载率。电机效率是指运行中电动机实际输出功率与输入功率的比值。当电机负载率低于20%时，随着负载率的提高，电机运行效率上升幅度较大，当电机负载率高于20%时，随着负载率的提高，电机运行效率上升缓慢，当电机负载率高于40%时，随着负载率的提高，电机运行效率基本稳定在90%。根据抽油机电机的这一运行工况特点，确定20%为抽油机电机经济运行负载率底线。

2.2稀土电机效果

稀土永磁电机具有节能和提高功率因数的双重作用，在解决相应问题时，可以选择相对适应的环境，主要是考虑合适的电压和负载率。稀土永磁电机是一种新型节能电机，转子由稀土永磁体组成，所以不用励磁，从而省去了励磁功率。当永磁同步电动机同步运转时，因为无铜耗，所以节省了功率，因而节省了能耗，因而无功功率很小，其功率因子很高。抽油机用永磁同步电动机具有体积小、重量轻、结构简单、启动力矩大、过载能力强、效率高、功率因子高、运行稳定等优点，集中了同步电机和异步电机的优点，克服了两者的缺点。与普通的电动机相比，稀土永磁电机具有以下优点：

效率高：采用永磁材料代替电励磁，减少了励磁损耗；采用同步工作方式，转子与定子旋转完全同步，无转差损耗，比普通电机效率高；普通电机额定效率为90%，永磁同步电机额定效率可达94%。

启动方式简单、启动力矩大：稀土永磁同步电机采用同步启动方式，可直接启动，因此结构简单。它的最大启动转矩倍数可达3.8倍。功率因数高：永磁电机的功率因子可以通过转子永磁体磁场决定，因此可获得较高的功率因子，可达0.9。

稀土电机与普通电机相比节电效果明显，功率因数提高到0.9以上，对比5口更换稀土电机井，平均单井日节电23.4度，节电率达到20.9%，系统效率提高2.5%以上。

2.3节能箱效果

节能系统在机械采油系统中占有重要的地位，油田经过几十年的发展，电控系统从简单闸刀，空气开关过流过压保护，到各式节能控制系统及变频控制系统。从以自我保护为目的到以节能提效为目的逐步进步。

目前主要采用变频节能装置。根据部分油井供液能力的变化规律，当油井供液不足泵效开始明显较少，系统效率减低。游梁式抽油机的启动电流为其正常工作时最大电流的五到六倍，而变频调速后抽油机启动电流接近抽油机正常工作时的最大电流，功率因子由使用游梁式抽油机时的0.5以下上升到0.95以下。

3.抽油机皮带、光杆、盘根部分分析

3.1皮带部分

皮带压紧：通过对不同皮带压紧程度下耗电测试，皮带压紧1.5指时耗电最低，皮带过松（压紧2.5指）平均增加1.7度，冲数减少0.13次；皮带压紧1指时平均增加5.1度；皮带过紧时（紧不动）平均增加5.9度。

3.2盘根盒部分

盘根盒松紧：盘根盒过松（跑气）时耗电最低，盘根压紧一圈日耗电平均增加13.6度。油井生产时，在保证盘根不漏的情况下将盘根盒调到最松。

4.井筒部分分析

4.1沉没度对系统效率的影响及合理沉没度确定

从沉没度与系统效率关系分析中可以看出，沉没度55米~85米时系统效率最高，因此我们确定新立油田合理沉没度为55米—85米。

沉没度调整效果：根据合理沉没度界限，对沉没度不合理井进行调整，可以取得一定效果通过实际现场调整，调整沉没度系统效率平均提高4.9%。

4.2生产参数对系统效率的影响

4.2.1冲次对系统效率的影响

对于同一有效扬程，抽吸参数不同，系统效率不同，而且差别较大。

为测试生产参数对油井系统效率的影响，我们选择一口井在泵径和冲程不变的情况下，进行不同冲数下的系统效率测试， 通过测试结果我们看出冲数与系统效率是线性关系，低冲次运行的系统效率高,耗电低。降低1个冲次节电率在10～20%,系统效率提高3-5个百分点。

4.2.2抽油杆尺寸对系统效率的影响

较重的抽油杆住能耗较大，无论哪一种杆柱，随着冲程长度的增加，冲次下降，其能耗下降；对于某一特定的杆柱有一特定的冲程才能使其能耗较低。

4.2.3泵径对能耗的影响

较大的泵径液柱重量大，相对能耗高。试验表明，答大泵径配以小冲次，可以使能耗更小，实现较高的系统效率。其原因是大直径的泵可以在较低的抽吸速度下得到所要求的产液量，从而使水力损耗和摩擦损失减小，因此其系统效率较高。

三、结论

1.平衡率在80%~120%情况下最节能（实际工作中平衡率执行80~100%这一标准）。

2.电机经济负载率底线为20% 。稀土电机节电效果明显，系统效率提高2.5%以上。节能箱节电效果好，系统效率提高2.1%。

3.抽油机皮带压紧1.5指时耗电最低。在油井生产时，在盘根不漏的情况下将盘根盒调到最松。同时应保证油井井口与光杆同心。

4.油井在长冲程、低冲次、合理泵径下运行耗电低，系统效率高。在控制合理流压范围内降低冲数，可保证提高系统效率，增加或不减少产量。井在低冲数下运行，可延长油井免修期。参考文献[1]朱益飞，等. 变频调速器在油水外输系统中的应用[J]. 油气田地面工程，1999（5）：26-27.[2]蒋生键 李勇 等.提高有杆泵井机械采油系统效率技术应用[J].特种油气藏,[3]王仲茂等.高新采油技术.北京：石油工业出版社，1998.9.[4]郑海金，邓吉彬，唐东岳，袁林，陈岩. 提高机械采油系统效率的理论研究及应用[J].石油学报.