高含水期机采系统效率提升对策探究

宋先龙

摘要：抽油机井升举过程是一个能量不断转化和传递的过程，在每一次转化和传递中都将损失一部分能量。从地面供入系统的能量扣除系统的各种损失以后，就是系统所给液体的有效能量，该有效能量与系统输入能量的比值称为抽油机井系统效率。抽油机井系统效率是衡量油井工作水平的重要因素，也是一项反映油井工作效率和用电损耗的重要指标。提高抽油机井系统效率已经成为油田节能降耗、降低生产成本、提高经济效益的一个重要途径。

关键词：机采系统效率；地面因素；井下因素；结构分析；对策

针对机采系统效率偏低的现状，结合目前提高抽油机井系统效率的措施和方法，从地面和井下两个部分论述了提高抽油机系统效率的重要性和必要性，分析了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，提出了提高抽油机系统效率的有效途径。

1 抽油机井系统效率的组成

根据抽油机系统工作特点，可将抽油机井的系统效率分为地面和井下两部分。系统效率的计算公式为：

式中：K—有效载荷系数；η1—电动机效率，%；η2—皮带效率，%；η3—减速箱效率%；η4—四连杆机构效率，%；η5—盘根盒效率，%；η6—抽油杆效率，%；η7—抽油泵效率，%；η8—管柱效率，%。

2 影响机采系统效率因素分析

2.1 影响地面系统效率因素分析

影响抽油机系统效率的地面部分设备主要有电动机、皮带、减速箱和四连杆机构，各部分的能量损失不同。1）电动机：电动机效率与电动机类型、电动机质量、抽油机平衡、电动机匹配、电动机老化等有关。其中电动机类型、电动机的匹配和抽油机的平衡度是影响电动机效率的主要因素。2）皮带：采用三角皮带传动时，由于弹性方面的原因，产生弹性变形能量损失，不可避免地要出现相互错动、打滑和震动，造成部分能量损失。皮带传动效率与皮带松紧、两轮对正度、轮轴同心度有关，其中皮带松紧度是影响皮带传动效率的最重要因素。3）减速箱：减速箱中一般有三对人字齿轮，齿轮在转动时，相齿合的齿面间有相对滑动，因此就要发生摩擦，产生能量损失，同时，三副轴承也要产生摩擦损失。影响减速箱效率的主要因素是齿轮及轴承的润滑度。一般出问题少，对机采系统效率影响较小。4）四连杆机构：在抽油井四连杆机构中共有三副轴承和一根钢丝绳，四连杆机构效率与轴承摩擦力损失及驴头钢丝绳变形损失有关。因此轴承是否润滑，钢丝绳的变形程度大小是影响四连杆效率的主要因素，因采油队一般都实施了严格的保养制度，所以出问题少，对机采系统效率影响较小。5）抽油机平衡：平衡率较差时，电动机会在冲程周期运行的某一时间段出现做负功（即发电）现象，根据电能→机械能→电能的转化过程，转化效率只有50%，即电动机做1 kWh负功，电网系统需要消耗2 kWh。抽油机平衡是影响电动机效率，进而影响系统效率的主要因素。

2.2 影响井下系统效率因素分析

影响抽油机系统效率的井下部分设备主要有盘根盒、抽油杆、抽油泵和管柱，各部分的能量损失。1）盘根盒：盘根盒过紧、井口偏中会造成悬点载荷增加，磨阻增大，效率降低。影响盘根盒效率主要因素是盘根盒的松紧度以及驴头井口对中程度。2）抽油杆传动：井斜、抽油杆及油管弯曲会造成抽油杆磨阻增加，能耗增大。冲程、冲速、泵径匹配不合理，杆速增加，也会造成传动效率下降。冲程、冲速、泵径匹配不合理和抽油杆及油管的弯曲是影响抽油杆转动效率的两个主要因素。3）抽油泵：抽油泵功率损失主要包括机械摩擦损失功率、抽油泵容积损失功率和抽油泵水力损失功率。抽油泵机械摩擦损失功率及水力损失功率由泵的结构等决定，在黏度不高的情况下一般很小，抽油泵效率与泵充满系数（即通常说的泵效）

密切相关，也与泵的漏失量密切相关，影响抽油泵效率的主要因素是泵效及漏失量，在供液不足的油井中，泵的充满系数与生产参数密切相关。4）油管柱：管柱效率损失包括容积损失和原油沿油管流动引起的功率损失（即水力损失）组成，在管柱不漏的情况下，影响管柱效率的主要因素是泵挂深度、原油黏度、结蜡程度等。

3 提高抽油机系统效率的有效途径

提高系统效率主要有两个方面，即提高地面系统效率和提高井下系统效率。

3.1 提高地面系统效率的途径

地面系統效率主要由电动机效率、抽油机效率组成。提高地面系统效率也就是提高电动机效率和提高抽油机效率，提高地面部分系统效率的流程。

3.1.1 提高电动机效率

目前抽油机井使用的部分电动机能量损耗仍然较高，而且配置的额定功率远大于抽油机实际输入功率，存在“功率不匹配”现象，造成负载率和功率因数偏低，无功功率偏大是影响电动机效率的重要因素。1）合理匹配电动机。普通三相异步电动机一般在负载率85%时效率最高，电动机的负载率及功率因数越低，电动机的效率越低。对于电动机匹配不合理、大马拉小车的现象，若有针对性地进行更换小电动机工作，可降低电动机运行无功功率，降低电动机空载运行有功功率，提高电动机功率因数，降低有功耗能提高效率。系统效率随着电动机功率利用率的提高而提高。2）应用高效电动机Y系列三相异步电动机在额定功率的85%运行时，效率和功率因数呈现最大值，而当负载降低时效率和功率因数都随之下降，能耗随之增大。抽油机的扭矩特点是波动较大，且存在负扭矩，因此Y系列电动机经常不在最佳状态下运行。高效节能电动机在较宽的载荷率下工作效率较高，在低负载率时效率较高，具有启动扭矩大，功率因数高的特点。3）提高抽油机平衡度。抽油机运行不平衡，会造成电动机运行电流和功率因数波动过大，甚至造成电动机在冲程某一阶段出现负功现象，造成不必要的电耗。抽油机平衡度调整的最终目的有两个，一是保证抽油机安全运行，二是节能。通过调整平衡块重心的位置，使上冲程与下冲程消耗电能近似相等，达到最节能的效果。

3.1.2 提高抽油机效率

1）推广应用高效抽油机。使用皮带式抽油机。该机冲程长，冲速小，泵的充满系数高。而且皮带具有吸收震动的作用，换向平稳，冲速慢，所以机泵惯性载荷、动载荷小。使用双驴头抽油机。同常规型抽油机结构基本一样，但将曲柄上的平衡重转到另一侧的驴头上，载荷的周期性变化小，电动机匹配小，节能效果好。2）强化抽油机保养，降低机械摩擦损耗。在能量传递过程中，抽油机的能量损失在摩擦损耗中，因此，强化抽油机维护保养，降低机械摩擦损耗，是提高抽油机效率的重要方面。主要包括电动机、抽油机、井口各运动摩擦部位的润滑、校偏、皮带轮“四点一线”、皮带松紧调整及更换磨损严重变速箱等。

3.1.3 优化沉没度。沉没度对泵效及系统效率影响很大，沉没度过大造成抽油机上下行程悬点载荷增加，磨阻增大，管柱效率降低，地面能耗增加；沉没度过小会降低泵效。泵挂深度变化时，油井产液量随下泵深度的增加，有先上升后降低的规律。沉没度过大，不但对提高产量无益，反而会增加悬点载荷，增大电动机负荷，降低系统效率，在现场生产中当动液面确定时，沉没度的选择直接决定泵挂深度，因此，合理选择沉没度对油井系统效率的提高十分重要。

参考文献

1.马春玲，王艳丰，郑慧娟.抽油机井系统效率的管理因素分析[J].石油石化节能，2016，2（2）：31-32.endprint