抽油机井提高系统效率简析

【摘要】油田生产中广泛使用抽油机采油，抽油机机械采油的系统效率主要包括地面效率与井下效率。在实际生产中，地面效率容易检测、计算和调整，井下效率则取决于产液量、动液面泵效以及管柱的状况。文章仅对提高抽油机井系统效率进行简单分析，旨在为优化设计抽油机运行参数提高油田产量提供参考。

【关键词】抽油机 系统效率 螺杆泵

1 系统效率的理论计算

将抽油机井的地面设备（抽油机）与井下设备（杆、管、泵）作为一个系统，抽油机井系统效率η是系统的输出功率P2与系统的输入功率P1之比η= P2/ P1.。

而任何一个功率变换系统都会存在着功率损失，系统的输入功率P1是系统的输出功率P2与损失功率PS之和。P1=P2+PS

综合上式系统效率可以表示为：

从式中可以看出，提高系统效率的途径有两个：一是减少损失功率；二是增加有效举升的功率。

2 影响抽油机井系统效率的因素

根据抽油机井工作特点，抽油机功率损失主要是抽油机正常生产时井下杆柱和液柱重量加载给电动机的负荷引起的功率损失；同时也包括抽油机传动磨损、电动机自损耗以及井下杆、管、泵液体间的磨阻造成的功率损失。

2.1 抽油机井地面部分的影响因素2.1.1 电动机自损耗

电动机本身发热引起温升增加，降低了电动机的输出功率。安装电动机功率过大，出现“大马拉小车”现象，电动机自损耗增加。

2.1.2 电路线损

供电线路老化以及配电箱设计不合理时线路损耗会大量增加。电动机进行电容无功补偿的容量值设置不合理时会出现过补或欠补，为克服过补或欠补，电机运行时能耗也会增加。目前运行的节能配电箱都具有电容自动补偿功能，电路线损大大降低。

2.1.3 设备传动损耗

设备传动损耗包括皮带传动损失、减速箱损失、四连杆机构损失和井口密封盒功率损失。皮带传动效率较高，可达98%，其传动损失仅为2%；减速箱传动效率为90%，在良好的情况下，其损失在10%左右；四连杆机构传动效率为95%，在保养良好的情况下，其损失在5%左右。以上三部分总的传动效率在84%左右，在保养到位的情况下，进一步提高传动效率的潜力不大。

在传动部分井口密封盒功率损失是比较小的，只有当油井含水达到95%以上时，盘根容易漏失，此时密封较紧，缺少，盘根密封的有效期缩短，此时的功率损失才稍微大一点。

2.2 井下部分影响因素

2.2.1 抽油杆与油管间的磨阻

由于井身结构和杆管应力变化的影响，抽油杆运动时，杆管弯曲接触部位会产生摩擦阻力。

2.2.2 抽油泵机械磨阻

抽油泵柱塞与衬套间的机械摩擦所产生的阻力，砂、蜡等异物也会造成柱塞表面光洁度变差而大大增加磨阻。2.2.3 杆管与流体间的磨阻

抽油井生产时井筒内流体与杆管间存在一定的流动摩擦阻力，当杆管表面结蜡、腐蚀时会造成磨阻增加，抽油机负荷增加，能耗上升。

2.3 其他影响因素

2.3.1 生产参数不合理

当地层能量一定时，生产参数过小，违背了效能最大化原则，生产参数过大，泵效较低，无功损耗上升

2.3.2 举升方式不合理

对于地层条件差，特别是低产液井，抽油机举升受到杆柱重量的限制，进一步降低装机功率，降低抽油机能耗，降低吨液耗电的潜力不大。

3 影响A油田能系统效率的主要因素3.1 电动机自损耗大，电机功率利用率低

A油田目前还有普通Y系列30KW以上电机35台，普通配电箱16个，普通Y系列电动机自损耗大，无用功消耗大。普通配电箱无补偿装置，功率因数低，电能利用率低。

3.2 井口密封盒功率损失。

目前A油田油井含水95%以上有149口井，这部分井盘根与金属光杆的磨阻大，盘根密封的有效期缩短。3.3 生产参数不合理。

A油田参数不合理井主要有四方面影响，一是参数偏大，泵效偏低；二是泵径偏小，地面参数调整余地小；三是抽油机机型偏大，地面参数调整难度大；四是控制高含水井的产液量，个别井不易放大生产压差。3.4 举升方式不合理。

目前A油田日产液在4-10t的井有65口井，平均系统效率13.7%。现有的抽油机举升系统对进一步降低能耗难度很大。4 提高A油田系统效率的方法探讨

通过抽油机井动态测试数据，油井管柱结构，生产参数和地层能量状况进行综合分析，针对不同影响因素应采取相应的治理方法。

（1）合理优化匹配抽油机电机的运行。为了提高设备运行效率，降低设备耗电，A油田加大了对Y型电机的更换力度，首先，普通电机改造为多功率一体化节能电机57台，前后测试数据对比，平均单井系统效率提高4.52%。其次，更换高转差双速电机，10月后更换9台，安装前后测试数据对比，平均单井系统效率提高5.2%。但仍有部分油井仍未进行更换，为了进一步提高油田的平均系统效率，剩下的抽油机的电机就需要给予及时的更换。

（2）对参数不合理，地面参数无调整余地的采油井采取间抽生产。

（3）实施“五率”动态调整。根据抽油机运行情况，定期对电流资料进行抽查，要求单井平衡比在90-100%之间，对电流变化大和措施井，及时对平衡率进行调整，降低无效功消耗。全年共调整平衡124井次，调整前后测试平均单井日耗电下降20.2KW. h，系统效率提高1.8%。

（4）优化调整生产运行参数。A油田按照“大泵径、长冲程、低冲次”的参数调整原则，对高冲次井调小参数24口井、对泵径偏大井换小泵7口井、对低冲程、高冲次抽油杆弹性变形和惯性损失大的井，调大冲程、调小冲次4口井。共调整35井次，平均消耗功率下降1.9KW.h，平均节电率16.6%，平均单井日节电25.1KW.h，平均系统效率提高12.4%。所以在此之上要进一步提高油井生产运行参数的调整。

（5）改变举升方式，进一步降低机采能耗。从举升方式看，A油田基本都是采用有杆泵、抽油机连续举升方式采油，而对于日产液小于10t的井通过调整工作参数和更换节能电机等很难取得较好的经济效益。对日产液在4～10t的井用抽油机连续举升方式采油是不经济的。目前A油田日产液在4～10t的有65口井，平均系统效率13.7%，低于全油田15.12%。这部分井可以通过改变举升方式，建议采用成熟的小排量（10～20m3/d）螺杆泵进行连续采油。

5 结论与认识

（1）对抽油井产量低的井，可以通过更换螺杆泵来提高系统效率。

（2）在电机、抽油机改造工作量大，而耗资大不易执行的情况下。可以通过加大油井的日常管理力度来达到提高系统效率的目的，例如调平衡、及时检换泵。

（3）对抽油机系统进行综合分析和治理，找出其影响的主要因素，针对主要影响因素做工作，才能在提高抽油机系统效率，降低单井能耗上取得较为理想的效果。