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浅谈机采井系统效率影响因素

发表时间：2021/3/16 来源：《中国科技信息》2021年2月作者：高文明方瀚

[导读] 抽油机井目前普遍存在系统效率偏低的问题。本文通过对机采系统的理论计算，分析了系统效率的构成及影响因素，结合油井生产运行情况，认为地面设备、井下工具、采油管理等都不同程度地影响了机采井系统效率的提高，从而从管理和新技术运用等方面有针对性地提出了提高机采井系统效率的多项措施。

山东东营中国石油化工股份有限公司石油开发中心有限公司胜龙采油管理区高文明方瀚 257231

摘要：抽油机井目前普遍存在系统效率偏低的问题。本文通过对机采系统的理论计算，分析了系统效率的构成及影响因素，结合油井生产运行情况，认为地面设备、井下工具、采油管理等都不同程度地影响了机采井系统效率的提高，从而从管理和新技术运用等方面有针对性地提出了提高机采井系统效率的多项措施。
关键词：机采井    系统效率措施
       1机采系统效率影响因素及分析
       1.1地面设备对系统效率影响分析
       1.1.1电机影响
       电动机是抽油机井的主要动力设备，也是油田主要的耗能设备之一，机采系统的耗电量最终也体现在电动机耗电上。电机的影响关键在于电机负载率的影响。电机负载率过低时,电机效率和功率因数下降,电机处于“大马拉小车”现象,严重影响抽油机系统效率。多年来抽油机的驱动电机一直采用通用系列异步电机，这种电机额定功率运行时的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，无功损耗随之增大。为解决异步电机所带弊端，我站从2009年开始推广使用永磁电机等节能电机，目前，节能电机已经占全站总电机数的76.5%。
        1.1.2皮带影响
        现在使用的皮带一般都是联带和单带，通过上面的分析，我们发现联带与单带相比，能够减少能量损失，所以应尽量使用联组皮带。
        1.1.3减速箱影响
        减速箱损失包括轴承损失和齿轮损失，它们都是由摩擦引起，减速箱中一般有三对人字齿轮，齿轮在传动时，相啮合的齿面间有相对滑动，因此就会发生摩擦与损失，增加动力消耗，降低传动效率。如果减速箱润滑不好，减速箱的损失将增加，效率将下降。
        1.1.4四连杆机构影响
        在抽油机四连杆机构中共有三副轴承和一根钢丝绳。四连杆机构损失主要包括摩擦损失及驴头钢丝绳变形损失。在润滑良好的正常工况条件下，三副轴承的损失约为3%，钢丝绳的变形损失约为2%。综合考虑轴承与钢丝绳，抽油机四连杆机构的能量损失约5%，即抽油机四连杆机构的传动效率约为95%。
        1.2井下工具对系统效率的影响及分析
        1.2.1盘根盒影响
        为了防止油气从光杆处漏失，需在抽油机井口安装盘根盒。抽油机在工作时，由于光杆与盘根盒中填料有相对运动产生摩擦，因此会产生功率损失。造成盘根盒磨损的主要原因有：（1）油井不出油，造成光杆与盘根盒干磨，将盘根盒磨坏；（2）井口偏或不对中；（3）油稠引起光杆负荷大，引起光杆振动负荷大，造成光杆偏磨。由于这些原因的存在，导致盘根磨损严重，使得盘根频繁更换，增加劳动强度的同时也大大降低了盘根盒的效率。
        1.2.2管杆柱影响
        在油藏开发中后期，随着含水的不断上升，采出液由原来的油包水变成了水包油，摩阻增大，加上油井出砂加剧，造成井下抽油设备砂磨严重，使得抽油杆与油管间的摩阻增大。其次，在部分直井和斜井中，存在杆管偏磨的现象，摩擦阻力增大，使抽油机负荷增加、功耗上升。
        1.2.3抽油泵影响
        常规泵在高含水出砂油井中工作一般几个月以后，泵效就开始明显衰减，主要是由于井液砂磨导致泵密封间隙和泵阀漏失造成的，并且漏失量会迅速上升，另外随着含水的上升，产出液对泵的腐蚀性增加也是泵效降低的原因之一。
        1.3采油管理工作对系统效率的影响及分析
        1.3.1平衡率的影响
        游梁式抽油机的平衡率对机采系统效率影响较大，抽油机不平衡，会造成抽油机寿命缩短、杆断、电能浪费等。平衡好的抽油机，可减小对电动机的容量需求，有利于提高电动机运行效率。目前，我站平衡率小于80%的井有18口，平衡率在80%—90%之间的井有20口，大于90%的井有13口，按照抽油机平衡率大于80%为标准，可知我站还有35.3%的抽油机还处于不平衡工作状态，所以通过调节平衡率提高系统效率的潜力是比较大的。
        1.3.2沉没度的影响
        在抽油机井，抽油泵在井底所输送的介质是油、气、水的混合。

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一方面，沉没度过小，自由气可能脱离而吸入泵筒，影响抽油泵的排量系数，从而影响泵效；另一方，沉没度过大，尽管自由气对泵工作的影响减小，抽油杆的增长，系统总的举升负荷增大，同时抽油和油管的变形加剧，这又会使抽油泵的排量系数低，影响泵效。
        1.3.3生产参数的影响
        理论研究与现场试验均表明，抽汲参数对有杆抽油系统效率(特别是井下能耗或井下效率)影响较大。抽油机生产参数过大，容易造成杆管偏磨，以至于降低系统效率，因此，必须对有杆抽油系统进行优化设计，在保证产量的前提下，使其能耗最低，效率提高。通过对我站高参数井与低参数井系统效率对比分析，低参数井系统效率要高于高参数井，因此，在确保排夜要求的前提下，抽汲参数的确定一般遵循“长冲程、慢冲次”的原则。
        2.提高系统效率的措施及效果
        由于影响系统效率的因素复杂多样，任何一个环节的变化都会导致系统效率发生变化，根据以上各个因素的分析，结合本站的生产现状，我站从地面设备、井下工具以及管理工作方面着手，在提高系统效率方面主要做了一下措施：
        2.1应用节能电机
        对油井更换电机，主要遵循两个方面：节电和调速。节能是各种能耗设备发展的方向，调速则是为了适应油井现场情况的需要而定。针对部分井存在“大马拉小车现象”，我站不同程度的更换了电机设备，从而降低了能耗。
        2.2应用变频节能装置
        变频控制系统是一种输出功率可调的电力拖动设备。变频装置具有可以改变冲程、软启动、降低无功三大特点，应用变频节能装置，可以任意改变抽油机的冲程。可做到上冲程快提，下冲程慢放，快提可减少抽油泵泄漏，慢放可提高泵的充满系数，以提高泵效，减少了粘滞损失。应用变频调速技术对抽油机实现软启动，启动平稳，启动电流大幅度降低。这样可减少抽油机配备电机功率，提高了电机负载率。我站根据实际情况，对部分稠油井加装变频节能装置，从而降低了能耗，提高了机采效率。
        2.3优化生产参数
        建立抽油机宏观控制图，可更好地掌握抽油机井系统效率的整体状况，从而及时地对问题井做分析研究，采取相应措施提高系统效率，为生产管理和决策提供重要的依据。
        通过工况图快速全面地了解油井的生产状况，及时发现潜力井，及时调整工作参数，使泵在较佳的工作状况下工作，提高了产液量，从而提高了油井开采的整体效果。
        2.4调节平衡率
        游梁式抽油机的平衡率对系统效率影响较大，平衡差的油井能耗大，系统效率低，根据下面曲线可看出，只有当平衡率在80％～100％时候最节省能耗。我站根据实际情况，对本站部分井进行了调平衡。
        2.5沉没度优化
        可以看出泵深与举升效率的关系，只有当泵深在合理范围时，举升效率才会最大。根据地层情况，先后对6口油井进行了沉没度优化，通过上表可以看出，沉没度优化后，油井的泵效得到提高，能耗得到降低，从而达到了增产、节能降耗的目的，提高了机采效率。
        2.6防偏磨治理
        在制约抽油机井系统效率的各个因素中，杆、管偏磨已经成为一项不容忽视的问题，我站在偏磨井治理方面也做了大量工作，目前对于偏磨井的治理方法，概括起来主要有以下几方面：
        （1）合理调整生产参数，尽量采用长冲程、低冲次的生产参数，可改善抽油杆柱的受力状况，减轻管杆偏磨，同时也提高了泵效，达到了“双赢”的目的。
        （2）在抽油杆和油管上分别安装旋转装置（旋转井口和光杆旋转器），使得杆管偏磨为均匀的圆周磨损，延长了杆管的有效使用时间，相对延长了免修期。
        （3）使用各种防偏磨杆及防偏磨接箍，减少抽油杆与管壁的摩擦。
        （4）在地层能量允许的情况下尽可能上提泵挂，避开偏磨点或造斜点，从而达到治理偏磨的目的。
        通过对比，我们可以发现，在以上油井经过防偏磨治理后，日产液都有所增加，而吨液耗电有所下降，通过防偏磨的治理，达到了增产、节能降耗的目的。
        通过以上各项措施的治理，我站各项机采指标都得到了不同程度的提高，在提高机采系统效率的同时，也取得了较好的经济效益。
参考文献
[1]陈兴元.从合理配置源头提高机采系统效率.节能与环保.2005