浅谈抽油机井各部分能耗与系统效率的关系

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摘 要：油田开发进入中后期，机械采油成为举升原油的主要手段，而机械采油中抽油机采油是最主要的部分，占有绝对的比重。机械采油的系统效率主要有地面效率与井下效率两部分，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、动液量、泵效以及管柱的状况，一般取决于油井本身供液情况及管柱状况。文章对抽油机井系统效率的影响因素进行简单分析，旨在为优化设计抽油机运行参数，如何提高系统效率等方面提供参考。

关键词：抽油机井 能耗 系统效率 措施 对策

一、我厂抽油机井能耗及系统效率现状

我厂有抽油机2200多台，年耗电约20641万KW？h，占全厂总耗电量的38.86%以上，抽油机系统的效率为27.25%。而中石油信息研究所的《国内外油田地面生产系统节能技术调研》报告称，美国抽油机井系统的效率一般为40%，这与世界先进水平相比存在相当的距离。是什么原因造成这样的差距呢？由抽油机的工作特点知道，抽油机始终处在周期变载荷的作用下，甚至在几秒钟之内，电机要从空载到满载再到空载甚至负值的周期性变化，这样变化复杂的工况都会影响到抽油机的平衡以至于效率。油田抽油机的系统效率较低，一直是困扰油田生产的一大顽症。

二、各系统能耗及影响系统效率的因素

作为一个整体系统，根据近年油田能源检测结果，抽油机井的地面设备（抽油机）与井下设备（杆、管、泵）中，其各节点的能耗及对影响系统效率的影响为：

1.地面部分。消耗电力约占系统总能耗的30%。

1.1控制箱（柜）。约占系统总能耗的5%。影响系统效率的因素为：控制箱性能单一，缺少电容补偿、生产参数自动调节等功能，致使电机功率因数低，无法满足抽油机运行参数的调整，致使抽油机参数不合理。

1.2电动机。约占系统总能耗的10%。影响系统效率的因素为：1）节能电机应用比例比较低，适应性差，不少油井存在“大马拉小车”的现象。2）普通电机功率因数在运行时比较低，造成了供电线路的无功损耗增加。3）电机经过多次维修后，绝缘等性能变差，电机效率变差。

1.3抽油机。约占系统总能耗的15%。影响系统效率的因素为：1）节能型抽油机比例小，老式抽油机仍占有一大部分，部分抽油机因不能及时调整，平衡度低且机械磨损严重。2）井口盘根盒过紧，增加抽油机的负荷。3）井口不对中，造成偏磨，也会增加抽油机负荷。

2.地下部分，约占系统总能耗的70%。

2.1杆泵组合。约占系统总能耗的55%。影响系统效率的因素为：抽油泵与抽油杆的组合优化程度比较低，每口井抽油杆组合，没有按油井的生产负荷情况进行优化组合，一般只是简单的采用二级杆柱组合，没有广泛采用连续抽油杆等优化杆柱。

2.2泵和油管存在漏失。约占系统总能耗的15%。如果泵和油管存在漏失，就会造成产量下降和液面回升，从而降低有效举升功率。泵沉没度的大小决定油井生产做功多少，沉没度小，杆、管弹性伸缩大，泵的冲程损失大；沉没度大，泵的有效功率降低，一般考虑沉没度300-400米。

2.3举升工艺。通过电量分析和耗能调查可看出，一般情况下，泵径越大、排量越高，产液单耗就越低，系统效率就越高。

三、降低能耗提高抽油机井系统效率的措施及对策

通过以上分析，可以看出在抽油机各部分对系统能耗，都存在一定的可优化的因素，因此针对以上分析可以得到相应的整改措施，以获得较高的系统效率。

1.提高地面设备效率的措施及对策。

1.1控制箱。针对目前控制箱功能单一，节能效果差的现状，可以推广应用带有自动调参、电容无功自动补偿、软启动、能量回馈、变频等功能的控制柜，以提高控制柜对现场抽油机工况的调节能力。

1.2电动机。推广应用抽油机专用永磁同步电动机，对供液严重不足的生产井，采用16极永磁电动机、超低速齿轮减速电动机、直流伺服电动机等，降低能耗提高效率。

1.3抽油机。推广应用履带式抽油机、齿轮换向抽油机；基于长冲程、慢冲次的生产方式，采用双驴头等节能型抽油机；对无法调平衡的抽油机，采用二次平衡调节技术。

1.4井口装置。推广应用防偏磨治理技术，降低抽油机负荷。

2.提高井下设备效率的措施及对策。

2.1杆、管、泵。根据各井的生产参数优化杆、管、泵的组合，降低抽油泵沉没度，降低油井的运行负载。对稠油电加热井，在具备掺水条件的情况下，选用井筒掺水技术取代电加热；在不具备掺水条件的情况下，优先选用化学降粘工艺取代井筒电加热；也可选用可控硅调功柜加热。

2.2泵和油管漏失。从上述分析可以看出，在地面设备和井下设备确定的情况下，提高系统效率的工作实际上就是减少泵和油管漏失。管理措施是定期检泵，防止泵漏，提高泵效。技术措施是动态调节抽油机上下行程的速度， 实现节能增产的目的。采用微电脑控制、变频调速技术和直流伺服电动机等。除了可以动态改变抽油机的冲程频次之外， 还可以根据实际需要分别调整每一冲程上下行程的速度，使抽油机工作在最佳运行状态。在每一冲程中，适当降低下行程的速度， 可以提高原油在泵内的充满度， 而适当提高上行程的速度， 则可减少在提升中的漏失系数， 有效地提高单位时间内的原油产量。同时通过动态调速也可大大节省电能的消耗。

2.3建立机采系统优化运行平台。应用无线监测与节能诊断系统，实时掌握机采井供电质量、抽油机平衡度以及示功图变化，及时优化调参。

从上述分析可以看出，在地面和井下设备确定的情况下，降低能耗提高系统效率的工作实际上就是减少泵和油管漏失。采用高性能的地面及井下设备、采用优化的设计参数来减少各种功率损失，从而达到节能降耗、延长设备使用寿命、减少设备投资和维护费用支出、达到提高油田经济效益和管理水平的目的。

作者简介：魏长宇，胜利油田河口采油厂三矿主任师高级工程师。