抽油機(jī)系統(tǒng)效率因素分析與優(yōu)化

詹燕濤1；2宋巖2；3趙星2

1北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院；2中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院；3中國(guó)石油大學(xué)（北京）

根據(jù)抽油系統(tǒng)效率影響因素的分析，總結(jié)出抽油系統(tǒng)設(shè)備、生產(chǎn)參數(shù)指標(biāo)、管理水平三方面因素對(duì)抽油效率的影響。根據(jù)影響因素，從節(jié)能型抽油設(shè)備更換技術(shù)，沉沒度、沖程和沖次、泵徑、下泵深度優(yōu)化技術(shù)，管理手段完善技術(shù)三方面詳細(xì)提出了提高抽油系統(tǒng)效率的技術(shù)方法。對(duì)提高抽油系統(tǒng)效率的技術(shù)方法進(jìn)行應(yīng)用，結(jié)果表明，采用節(jié)能型設(shè)備、優(yōu)化選擇最佳參數(shù)可以在很大程度上提高抽油系統(tǒng)的效率。

抽油系統(tǒng)；效率；參數(shù)優(yōu)化；管柱設(shè)計(jì)

1 抽油系統(tǒng)效率影響因素

（1）工藝設(shè)備因素對(duì)抽油效率的影響。在地面系統(tǒng)，抽油機(jī)輸入能量傳遞和轉(zhuǎn)換過程的能量損失導(dǎo)致抽油效率降低。主要體現(xiàn)在電機(jī)效率損失、皮帶傳動(dòng)效率損失、齒輪減速器效率損失等[1]。

（2）抽汲參數(shù)對(duì)抽油系統(tǒng)地面效率的影響。研究分析表明，抽汲參數(shù)中的抽油機(jī)沖次、沖程、泵徑、下泵深度、抽油桿尺寸等對(duì)抽油系統(tǒng)效率的影響較大，選擇不同抽汲參數(shù)組合能夠優(yōu)化抽油系統(tǒng)，提高抽油效率。

（3）管理技術(shù)水平對(duì)抽油系統(tǒng)效率的影響。管理技術(shù)和制度直接影響抽油設(shè)備的使用、維護(hù)和壽命等，進(jìn)而影響抽油系統(tǒng)的運(yùn)行效率。加強(qiáng)技術(shù)管理水平、合理規(guī)劃系統(tǒng)設(shè)備的使用，對(duì)提高抽油系統(tǒng)效率和設(shè)備壽命都有很大的作用。

2 抽油效率的優(yōu)化

2.1 采用先進(jìn)節(jié)能型抽油機(jī)系統(tǒng)設(shè)備

地面系統(tǒng)效率主要由抽油機(jī)和電機(jī)效率決定，對(duì)地面系統(tǒng)抽油效率的提升可以從設(shè)備技術(shù)層面出發(fā)，更換先進(jìn)節(jié)能型抽油機(jī)設(shè)備。提高電機(jī)效率主要從抽油機(jī)平衡度、合理匹配電機(jī)效率、使用高效電機(jī)三方面出發(fā)，抽油機(jī)與電機(jī)效率不匹配嚴(yán)重影響抽油效率。通過實(shí)驗(yàn)分析可以看出，不同的抽油機(jī)型號(hào)選擇對(duì)抽油系統(tǒng)效率有影響，并不是功率越大的抽油機(jī)抽油效率最好，而是要根據(jù)電機(jī)效率、抽油設(shè)備型號(hào)、油井實(shí)際情況選擇匹配的抽油機(jī)，只有抽油機(jī)匹配性高才能發(fā)揮最高的抽油效率[2]。

實(shí)驗(yàn)表明，選擇節(jié)能型永磁電機(jī)比常用普通電機(jī)的抽油效率高。在相同工況下，和常用普通電機(jī)相比，異相平衡電機(jī)可節(jié)能15%～20%，前置式電機(jī)可節(jié)能20%～30%，且節(jié)能型電機(jī)平衡效果好、能耗低、重量輕。因此，選擇節(jié)能型電機(jī)，合理匹配抽油機(jī)是提高地面抽油效率的有效措施[3]。

2.2 采用生產(chǎn)參數(shù)優(yōu)化技術(shù)

（1）優(yōu)化沉沒度技術(shù)。沉沒度過大容易造成抽油機(jī)上、下行程懸點(diǎn)載荷增大，摩擦阻力增大導(dǎo)致管柱效率降低；沉沒度過小會(huì)降低抽油泵效率。泵掛變化時(shí)，油井產(chǎn)量與下泵深度有關(guān)，也就與沉沒度有關(guān)，沉沒度直接影響懸點(diǎn)載荷、電機(jī)載荷。沉沒度與系統(tǒng)效率關(guān)系如圖1所示。從圖1可以看出，優(yōu)化沉沒度使其控制在合適水平可以達(dá)到最佳效率。

圖1 沉沒度與抽油系統(tǒng)效率的關(guān)系

（2）優(yōu)化抽油沖程與沖次技術(shù)。抽油系統(tǒng)的沖程、沖次對(duì)抽油效率有較大影響，由實(shí)驗(yàn)分析沖程、沖次與抽油效率的關(guān)系。結(jié)果表明，隨著沖次數(shù)量的增加，井下原有液體的舉升效率先增加后降低，這說明在抽油系統(tǒng)穩(wěn)定和油井供液能力一定的情況下，存在最佳沖次。采取最優(yōu)化技術(shù)方法進(jìn)行分析和優(yōu)化，使得長(zhǎng)沖程、慢沖次達(dá)到最佳協(xié)調(diào)水平，促使舉升效率提高。

（3）泵徑、下泵深度優(yōu)化技術(shù)。抽油泵是作用在原有液體上的最直接能量，泵的利用效率高低直接決定了抽油系統(tǒng)效率，影響泵效率的最主要因素有泵徑、下泵深度兩方面，通過實(shí)驗(yàn)分析，得出泵徑與抽油效率的關(guān)系，如圖2所示。由圖2可以看出，要達(dá)到最佳的系統(tǒng)效率就要優(yōu)化泵徑，選擇泵徑為56mm，其次為70mm、83mm，泵徑為38mm、44mm時(shí)不能提高抽油系統(tǒng)效率。從下泵深度與抽油系統(tǒng)效率的關(guān)系可以看出，隨著下泵深度的增加，抽油系統(tǒng)效率先升高后降低，因此要采用有效技術(shù)方法對(duì)下泵深度進(jìn)行優(yōu)化分析，選擇合理、科學(xué)的下泵深度，確保最佳的抽油效率。

圖2 泵徑與抽油系統(tǒng)效率的關(guān)系

2.3 優(yōu)化管柱設(shè)計(jì)和管理技術(shù)

不同的油井和抽油系統(tǒng)采取不同的措施，液量低、動(dòng)面深的油井要保持一定的泵掛深度。針對(duì)油井抽油效率存在的問題要采取參數(shù)和管柱設(shè)計(jì)互相組合進(jìn)行優(yōu)化，配套使用連續(xù)桿、液壓油管加重桿，選擇防砂抽油泵、防氣抽油泵、固定閥罩、改制盤根盒等新技術(shù)設(shè)備等。同時(shí)，改進(jìn)管理方法，選用先進(jìn)管理技術(shù)以提高管理水平，從管理改變促進(jìn)技術(shù)轉(zhuǎn)變，對(duì)抽油現(xiàn)場(chǎng)的人、設(shè)備、環(huán)境等綜合高效管理，如加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)、加大維修力度、做好抽油平衡等，提高抽油系統(tǒng)整體工作效率。

3 提高抽油效率技術(shù)的應(yīng)用

選擇某油田，通過應(yīng)用優(yōu)化軟件、宏觀控制圖、功能診斷及自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)，實(shí)時(shí)跟蹤并不斷完善和調(diào)整抽油工藝設(shè)計(jì)，相繼調(diào)整沉沒度、泵徑、下泵深度、沖程、沖次等參數(shù)，選擇優(yōu)良的永磁電機(jī)和抽油機(jī)設(shè)備，在油田進(jìn)行持續(xù)應(yīng)用。應(yīng)用結(jié)果表明，平均單井日增液11.3t，日增油2.4t，累計(jì)增液113542t，累計(jì)增油14163t；平均單井抽油系統(tǒng)效率由47.8%提高到53.4%，泵效率提高3.3%，電機(jī)效率提高4.2%，平均節(jié)電率提高14.32%，抽油系統(tǒng)平均效率提高近6個(gè)百分點(diǎn)。應(yīng)用結(jié)果表明，采用節(jié)能型設(shè)備、優(yōu)化選擇最佳參數(shù)可以大大提高抽油系統(tǒng)效率。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）根據(jù)抽油系統(tǒng)效率影響因素的分析，總結(jié)出抽油系統(tǒng)設(shè)備、生產(chǎn)參數(shù)指標(biāo)、管理水平三方面因素對(duì)抽油效率的影響。

（2）根據(jù)影響因素從節(jié)能型抽油設(shè)備更換技術(shù)，沉沒度、沖程和沖次、泵徑、下泵深度優(yōu)化技術(shù)，管理手段完善技術(shù)三方面詳細(xì)給出了提高抽油系統(tǒng)效率的技術(shù)方法。

（3）對(duì)提高抽油系統(tǒng)效率的技術(shù)方法進(jìn)行應(yīng)用，結(jié)果表明，采用節(jié)能型設(shè)備、優(yōu)化選擇最佳參數(shù)可以很大程度上提高抽油系統(tǒng)的效率。

[1]張志遠(yuǎn)，古小紅，王麗麗．提高抽油機(jī)井系統(tǒng)效率的方法[J]．?dāng)鄩K油氣田，2012，7（4）：59-63.

[2]蔣紅波，凌凱，鄭英杰．提高抽油機(jī)井系統(tǒng)效率方法的改進(jìn)與應(yīng)用[J]．內(nèi)江科技，2011，32（4）：106-108.

[3]崔學(xué)軍，張永利，鄭朝新．提高抽油系統(tǒng)效率工藝技術(shù)研究[J]．油氣田地面工程，2008，27（9）：14-15.

（欄目主持 李艷秋）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.10.007