节能与环保 文章编号：１６７１—０７１ １（２０１２）０８—００６６—０３ 抽油机井系统效率分析及提高对策 李天云，丁建军，张来雁，魏东红 （中国石油吐哈油田公司吐鲁番采油厂，鄯善８３８２０２） 摘要：分析了油田抽油机井系统效率低的原因，提出了提高系统效率的措施，达到节能降耗、提高经 济效益的目的。 关键词：抽油机井；系统效率；影响因素；节能抽油机 中图分类号：ＴＥ９３３＋．１ 文献标识码：Ｂ 石油开采企业如何提高抽油机井系统效率，对于其节 能降耗、提高经济效益具有十分重要的意义。 一抽油机工作过程中负荷是不断变化的，因而其瞬时输 入功率、光杆功率、输出功率等也是不断变化的，相应的 各种瞬时效率也是不断变化的。为了便于研究，将有杆抽 油系统及各部分的效率指定为抽油机每工作一个周期的平 、抽油井系统效率分析 １．抽油井系统效率的定义 抽油机井采油的原理是将电能从地面传递给井下液体， 从而把井下液体举升到井口。这是一个能量不断传递和转 化的过程，必然伴随着一定的能量损失。抽油机系统的效 均效率，所采用的各种功率值也是每一周期内的平均功率。 ２．地面效率 地面部分的能量损失产生在电动机、皮带和减速箱、 四连杆机构中，按下式计算： 叼地面＝ Ｘ叼１×町２Ｘ＂ｑｓ 率分为两部分，即地面效率和井下效率。以光杆悬绳器为 界，以上的机械传动效率和电机运行效率的乘积为地面效 率；悬绳器以下到抽油泵为井下效率： 叼＝叼地面Ｘ叼井下 式中：卜有效载荷系数； 叼，——电动机效率； 不够时，设备自动停机，恢复压力，设备自动启动，并在 停机前的状态下运行。 发黄的现象。通过对二氧化氯发生器的二氧化氯发生量的 调整，消除了反应水发黄的现象，经当地卫生防疫部门检 化验出水符合国家生活饮用水标准。宣钢生活水厂２００８年 （５）电源断掉，设备自动停机，恢复电源后，设备自 动启动，并在断电前的状态下运行。 底投入运行，经过两年多的使用，一直运行良好，水质化 验进行日检、月检、季检、年检，合格率百分之百。 参考文献： ［１】符九龙．水处理工程【Ｍ】．中国建筑工业出版社，２０００． （６）设备配有特制的防爆阀，具有单向可逆自动恢复 功能。 三、应用效果 宣钢生活水厂选用的二氧化氯发生器型号为 ＣＰＦ一１０００Ｃ，数量为２台，通过出水端余氯值设置，可闭环 控制二氧化氯的发生量和投加量。由于宣钢的厂区管网大 多数为铸铁或钢管，且使用年代较长，水厂刚投入运行时， 管网末梢有时会出现水发黄的现象，通过分析，发现这种 现象与二氧化氯发生器的发生量设置和管网材质有关。在 夜间厂区生活用水偏少，而二氧化氯的发生量仍与白天一 收稿日期：２０１１一ｌ２—０２ 【编辑：郭霄］ 样投加，造成管网余氯值偏高，对铁材质的管网氧化出现 ６６ 中国设备工程ｌ ２０１ ２年０８Ｙ］ 节能与环保 厂皮带和减速箱效率； 田广四连杆机构效率。 由于皮带的输出功率（减速箱输入功率）不便测试， 因此不再进一步将它们分开。有效载荷系数Ｋ是由于上下冲 程时四连杆机构中能量的传递方向不同而引入的一个系数。 各个效率又可分别表示为： 田ｌ＝ １只 町２＝ Ｐ２ ３＝只， 式中：Ｐ。——电动机输入功率，即Ｐ ，ｋＷ； 一电动机输出功率，ｋＷ； Ｒ一减速箱输出功率，ｋＷ； ——光杆功率，即Ｐ光，ｋＷ。 ３．井下效率 井下部分的能量损失在盘根盒、抽油杆、抽油泵和管 柱中，因此： 井下＝’７４× ５×ｖ／６×７｝７ 式中：叼 ——盘根盒效率； ——抽油杆效率； 叼６＿——抽油泵效率； 叼广一管柱效率。 各个效率又分别表示为： ｑ ＝Ｐ Ｐ４ 田 ＝Ｐ Ｐ５ Ｐ１｜Ｐ６ ７１７＝Ｐ￣／Ｐ７ 式中：Ｐｒ一光杆经盘根盒后传给抽油杆的功率，ｋＷ； ——舶油泵的输入功率，ｋＷ； —一抽油泵的输出功率，ｋｗ； Ｐ厂有杆抽油系统的有效功率，即 ，ｋＷ。 所以，抽油机系统的效率为： ＝＝田地面Ｘ叼井下＝Ｋ×叼ｌｘ ２×叼３×叼４Ｘ ５× ６×叼７ 二、提高抽油井系统效率的方法 １．提高技术装备，提高地面系统效率 （１）合理匹配电机。抽油机电机效率主要受抽油机电 机负载率的影响，抽油机井的电机一般都存在“大马拉小 车”的现象（电机的负载率３０％左右）。 （２）调整抽油机平衡。平衡率较差时，电机在冲程周 期运行的某一时间段出现做负功（即发电）现象，根据电能一 机械能一电能的转化过程，转化效率一般只有６０％左右，且 发电相位落后于供电相位，不能充分被系统利用。因此， 提高抽油机平衡，可以减小电机轴功率波动，消除负功现 象，提高地面效率。 （３）应用高效永磁电机。根据抽油机的工作特性，近几 年积极推广应用永磁同步电动机。平均有功节电率６．２１％， 平均综合节电率达ｌ９．７５％，平均系统效率提高２．２６％。 （４）做好设备的日常维护保养，加强地面设备的保养 维护，确保设备良好的工作状况。 ２．优化油井参数，提高井下系统效率 就一般的生产井而言，在正常情况下地面设备的效率 不会太低，大多数低效井的功率损耗主要在井下。因此， 提高抽油机井系统效率的关键在于降低井下的能量损耗， 提高井下效率。 （１）确定合理的油井工作制度。提高井下效率的关键 是提高泵的充满系数。根据油井的工作状况，确定合理的 工作制度，使抽汲参数与油井供液能力相适应。降低井下 功率损失的主要途径有：①减少抽油杆柱的磨损和油井的 非正常漏失；②减少抽吸参数的不匹配；③减少泵的沉没 度不合适及气体影响等矛盾。 （２）优化抽油泵的泵径。对于供液严重不足的油井， 通过加深泵挂、调小泵径增加产液量，提高泵效，对于日 产量较低的低泵效油井，为降低能耗，实施间开措施。这 在一定程度上也提高了抽油机井的系统效率。较大泵径配 以合理的最小冲程，可以使能耗最小，提高系统效率。 （３）优化下泵深度抽油杆尺寸。下泵深度不合理会造 成抽油机上下行程悬点载荷增加、摩阻增加，从而能耗增 加。下泵深度以及抽油杆尺寸同样对油杆抽油系统产生影 响。较重的抽油杆柱能耗较大，对于某一特定的杆柱有某 一最小冲程才能使其耗能较低。 （４）优化参数组合及抽杆组合。近两年来应用提高 机采系统效率优化设计软件，先后在３３口井上实施优化参数 组合及抽杆组合。对比检测结果，优化后产液量略有增 加，平均有功节电率１５．３４％，平均系统效率提高５．７３％。 （５）应用防蜡降黏技术。为减小结蜡对井下系统效率 的影响，开展了油井防蜡技术研究，通过对多口防蜡井进 行的药剂种类、加药量、加药周期优化，药剂有效时间比 例得到大幅度提高，有效地抑制了抽油机悬点载荷上升。 ３．提高油井管理水平 （１）合理调整盘根盒及其配件。应适当调节皮带及盘 根盒的松紧；加强对抽油机的滑润，减少连杆机构的磨损。 通过对偏磨井应用偏心盘根盒调偏及盘根材质的选择、松 紧度的调整，使系统效率得到提高。 （２）及时分析抽油机平衡状况。改善抽油机平衡度， 减少抽油机电机处于轻载运行的情况。分析抽油杆柱应力 情况，防止抽油杆断脱事故发生。分析泵的工况，避免产 生漏失。 ２０１ ２年ｏ８月ｆ中国设备工程 ６７ 譬 ≥ 囊 三、抽油井系统提效的实例 按照以上提高抽油机效率方法，对６２口井抽油机的系 统效率进行了测试，取得了良好效果。 １．测试布点 本次测试采油厂抽油机的各部分效率，依据ｓＹ厂Ｉ ’５２６６—２００６《油田生产系统能耗测试和计算方法》进行。测 点位置如图１所示。 图１ （１）测试点１，位于电动机动力输入端，该点测各种电 参数。 （２）测试点２、３，测点２位于电动机输出端，测点３位 于减速箱皮带轮上，测试转速。 （３）测点４位于悬绳器处，测试光杆的载荷与位移关系 曲线，即示功图。 （４）测点５、６测油压、套压。 ２．测试内容 输入功率、功率因数、油压、套压、冲程、冲次、示 功图、漏失、平衡度（液面深度、产液量由对方提供）、系统 效率等。 ３．测试结果分析及评价 通过本次测试数据和现场提供相关技术数据，依据 ＳＹ／Ｔ６２７５—２００７《油田生产系统节能监测规范》，对所测试 ６２口抽油机井综合数据分析如下。 对抽油机井的系统效率测试，通过计算分析平均地面 效率为６６．２０％，平均井下效率为３９．７９％，平均系统效率 为２６．５５％，系统效率较实施前提高７％。 四、结论 通过上述理论分析和大量的现场实验表明，提高抽油 机系统效率是一个系统工程，需要从整体上进行分析和调 整，实现最优化的配置，才能最大限度地提高系统效率。 （１）加强地面管理，提高系统效率通过改善抽油机井 地面管理工作，使抽油机处于较好的平衡状态。 ６８ 中国设备工程Ｉ ２０１２ｆ－０８￣Ｊ 节能与环保 （２）在生产过程中定期检查抽油机的平衡，并及时调 整平衡率。根据研究，抽油机平衡率在８５％～１００％之间时， 抽油机的能耗最低、系统效率最高。 （３）参数优化措施是提高机采系统效率的主要途径。 在满足油井产量的前提下，以能量消耗最低或机采成本最 低为原则，通过优化作业井杆柱设计、改造地面配套设备 和优化油井工作参数等措施提高油井系统效率。使用提高 机采系统效率优化设计软件是一个很好的选择。 （４）用高效节能电机，加强抽油机的保养维护，确保 抽油机设备工作处于良好的状态。 （５）优化防蜡降黏工艺及合理调整盘根盒，可以降低 油井负荷，有利于系统效率的提高。 参考文献： 【１】周文耀．有杆抽油井系统效率与日产液量匹配关系测定ｆＪ１．石油 机，２００６，３４（３）：８３—８４． ［２】陈兴元．从合理配置源头提高机采系统效率ｆＪ】．节能与环保，２００５ （３）：３９—４１． 【３】李炳超．抽油机曲柄平衡的调整计算及效果预测【ＪＪ．石油矿场机 械，２００６，３５（２）：４８—５１． 收稿日期：２０１２—０６—０１ 【编辑：吴建卿】 我国首套８ ０００ｍ钻机 在中石油宝石机械生产 近日，中国石油宝石机械有限责任公司自主设计开 发的我国首套８ ０００ｍ超深井钻机在该公司钢结构厂下料 生产。这是我国首次设计开发８ ０００ｍ超深井钻机，将使 国产钻机系列更加完善。 这套８ ０００ｍ超深井钻机是宝石机械为塔里木油田山 前作业区量身打造的，作为建设“大庆”的关键装 备，能够满足塔里木山前特殊地理环境对超深井钻探的 需求。 ８ ０００ｍ超深井钻机的井架有效高度为４８ｍ，与常规 的９ ０００ｍ超深井钻机井架有效高度相当。同时，它具有 结构紧凑、配套齐全、重量较轻和操作安全等优点。 这一钻机是宝石机械继２００５年研制成功国内首台 ９ ０００ｍ超深井钻机和２００７年研制成功全球首台陆地用 １．２万ｍ特深井钻机后，在深井钻机研制方面取得的又 一技术成果，填补了国内空白。 （摘编自国资委网）
