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孤东油田机采井系统效率影响因素剖析

发表时间：2021/5/6 来源：《中国科技信息》2021年6月作者：柳海舰冯卫华李妍春

[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孤东采油厂采油管理二区柳海舰冯卫华李妍春 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。

图1 电机负载率与其效率及功率因数关系曲线
        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
        皮带在转动过程中会带来功率损失，皮带传动损失包括:
        ①绕皮带轮的弯曲损失。
        ②进入与退出轮槽的摩擦损失。
        ③弹性滑动损失。
        ④多条皮带传动时，由于皮带长度误差及轮槽误差过大造成的各条皮带间载荷不均而导致的功率损失。
        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。另外，随着稠油开发的规模不断扩大，在热采井的转周后期，原油的粘度很高，使上、下冲程过程中的抽油杆、采出液与油管之间的粘滞磨阻非常大，在某些稠油井上还会出现光杆缓下的现象，诸多因素影响下，导致杆、管效率下降，进而影响系统效率。
        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。
另外，随着稠油开发的规模不断扩大以及注聚区块见聚浓度不断升高，高粘度采出液对泵效及系统效率的影响越来越引起重视。沉没度对抽油泵充满度的影响在深井和稀油井上比较大，而对稠油井的泵效影响较小。采出液高粘度的情况下，粘度是影响抽油泵充满度的主要原因，而抽油泵充满度与泵效有直接的相关性，又因泵效与井下举升效率成正比关系，泵效低，直接导致系统效率降低。
        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。
        3结论与认识
        3.1通过对影响机采井系统效率各个因素的分析，采取综合性的各项措施，使得我站今年上半年系统效率比去年同期提高了2.4个百分点。
        3.2影响系统效率的主要因素可以分为三大方面：地面设备、井下工具、日常管理工作。所以，在提高机采系统效率方面就要紧紧围绕这三大方面来着手，积极推广应用节能新工艺、新技术、新设备、实现降本增效，提高经济效益的目的。
        3.3在影响系统效率的因素中电机的使用情况对单井日耗电的影响是最为突出的，同时也是最具工作潜力的。
        3.4在较短的时间内，设备因素是不可调整的，但是我们可以通过提高技术管理，科学快速地对油井生产状态进行评价，这也是提高油田管理水平和机采井系统效率的最关键、最具有潜力的途径。
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
[2]卢建平.抽油机合理沉没度与泵效关系探讨.河南油田.2003
[3]范风英.提高抽油机井系统效率技术.北京.石油大学出版社
[4]赵子刚.抽油杆管偏磨机理与防治.大庆石油地质与开发