付玉佳（大慶油田有限責任公司第三采油廠）

抽油機井系統(tǒng)效率是衡量機采井綜合管理水平的一項指標，它不但反應機采井能耗情況，而且體現(xiàn)抽油機井的生產(chǎn)狀況及機、泵、參數(shù)等的匹配狀態(tài)。采油廠2011—2015年節(jié)能管理潛力逐漸變小，系統(tǒng)效率上升速度變緩，單純依靠投資換效益的做法可行性差，必須對抽油機井系統(tǒng)效率進行精細化管理。2016年抽油機井平均系統(tǒng)效率31.85%，其中低于20%的井963口井，較其他開發(fā)條件相近的采油廠相比還有上升空間。

1 目標提出

根據(jù)采油廠抽油機井產(chǎn)液單耗與系統(tǒng)效率關系曲線，當系統(tǒng)效率低于20%時，產(chǎn)液單耗急劇上升，當系統(tǒng)效率大于20%時，產(chǎn)液單耗緩慢降低，如果將系統(tǒng)效率從20%提高到32%，產(chǎn)液單耗將從10 kWh/t降低到7 kWh/t，提高系統(tǒng)效率的同時在一定程度上降低采油成本。理想狀態(tài)下抽油系統(tǒng)能耗節(jié)點效率見表1。

對采油廠2011—2015年抽油機井系統(tǒng)效率進行了調查，結合抽油機節(jié)點分析理論，分析采油廠系統(tǒng)效率提升潛力。系統(tǒng)效率低的問題統(tǒng)計見表2。

抽油機能耗節(jié)點分析：抽油機井系統(tǒng)效率總體分為地面效率和井下效率兩部分，懸繩器以上包括電動機、皮帶、減速箱及四連桿機構4個能耗節(jié)點；懸繩器以下包括盤根盒、抽油桿、抽油泵和井下管柱等4個能耗節(jié)點[1]。目標值確定依據(jù)見表3。

表2 抽油機井系統(tǒng)效率統(tǒng)計

表3 2016年目標值確定依據(jù)

從以上數(shù)據(jù)可以看出，參數(shù)無法調整和工況差影響累計百分比為91.13%，為癥結問題。通過節(jié)點分析計算，抽油機井系統(tǒng)效率有0.27%的上升空間，所以把目標設定為抽油機井系統(tǒng)效率值由31.85%提高到32.12%。

2 影響因素分析

2.1 曲柄平衡能耗高

曲柄平衡是將平衡塊加在曲柄上，工作時，由懸點載荷和平衡重在曲柄軸（減速器輸出軸）上造成的扭矩與電動機輸給曲柄軸的扭矩相平衡。截止到2015年底，采油廠2956口抽油機井采用曲柄平衡的井1959口，占總井數(shù)的66.27%，統(tǒng)計曲柄平衡抽油機井平均系統(tǒng)效率25.66%，相比復合平衡抽油機井，系統(tǒng)效率低8.1%。

2.2 皮帶打滑

抽油機井皮帶是傳輸動力的重要環(huán)節(jié)，皮帶打滑與皮帶和皮帶輪接觸面積、皮帶松緊度2個因素有關，抽油機皮帶打滑直接影響皮帶使用壽命、耗電量、系統(tǒng)效率。

2015年采油廠皮帶平均使用天數(shù)102天。通過對系統(tǒng)效率低于20%的井進行現(xiàn)場檢查，其中85口井皮帶打滑，這些井皮帶平均使用壽命79天，低于全廠平均水平。通過對這些井進行測試，皮帶平均傳動效率88.81%，平均系統(tǒng)效率25%。皮帶打滑使得抽油機井的傳動效率變低，能耗提高，影響系統(tǒng)效率。

2.3 電動機匹配不合理

通過對采油廠系統(tǒng)效率低于20%的井963口井電動機匹配情況進行調查，其中功率利用率低于15%或高于50%的井314口井，通過分析匹配不合理井共計198口井，其中電動機型號偏大83口井，型號偏小115口井。

針對匹配不合理的198口井進行現(xiàn)場測試，通過測試得出電動機型號偏大抽油機井平均系統(tǒng)效率17.52%、偏小抽油機井平均系統(tǒng)效率15.47%，低于全廠平均水平[2]。能耗數(shù)據(jù)見表4。

3 實施對策及效果

3.1 針對曲柄平衡，采取平衡改造的措施

采油廠常規(guī)抽油機井多采用曲柄平衡方式，通過分析，曲柄平衡抽油機井存在負扭矩、能耗大、系統(tǒng)效率低的問題。針對這個問題，提出二次平衡改造和安裝輔助平衡裝置的對策[3]。

1）進行常規(guī)抽油機井下偏杠鈴改造。下偏杠鈴抽油機采用復合平衡方式。節(jié)能原理：當驢頭懸點載荷最大時，游梁平衡重力臂最長，抽油機驢頭懸點載荷最小時，游梁平衡重力臂變短，使抽油機具有良好的平衡效果。

2017年累計實施150口井，平均有功功率由9.64 kW下降到8.23 kW，節(jié)電率達到14.63%，平均日節(jié)電量33.84 kWh，百米噸液耗電下降了0.03 kWh，系統(tǒng)效率提高了2.12%，節(jié)電效果明顯。

2）安裝抽油機自動平衡裝置。抽油機自動平衡裝置安裝在游梁的尾部，抽油機驢頭載荷不變時，驢頭上下運動產(chǎn)生慣性，帶動擺錘鐘擺式前后擺動，使游梁前后載荷接近平衡。驢頭載荷改變時，根據(jù)電流變化、控制系統(tǒng)發(fā)出指令，輔助電動機啟動，拖動擺錘前后自由擺動，把改變的驢頭載荷再次平衡掉。抽油機正常運行時，擺錘前后自由擺動各30°，驢頭載荷改變，擺錘擺動角大于30°，油井措施后，載荷恢復，擺錘恢復鐘擺式前后自由擺動[4]。

2017年累計實施20口井，平均有功功率由12.41 kW下降到10.51 kW，節(jié)電率達到15.32%，平均日節(jié)電量45.62kWh，百米噸液耗電下降了0.1kWh，系統(tǒng)效率提高了6.17%，節(jié)電效果明顯。

3.2 調整皮帶松緊度及更換皮帶輪

皮帶輪打滑會降低抽油系統(tǒng)的傳動效率，在一定程度上增加了能耗，降低了系統(tǒng)效率。對于皮帶松致使皮帶輪打滑的156口井，采取調整皮帶松緊度的方法；對于皮帶輪槽磨損引起皮帶輪打滑的29口井采取更換皮帶輪的措施。

在生產(chǎn)實踐中，判斷抽油機皮帶是否松，采用的是單手用力扭轉皮帶，皮帶扭轉45°角左右為松緊合適，如果扭轉皮帶超過45°角比較多，則是皮帶松。調整皮帶松緊度操作方法：停運抽油機，將抽油機停放在上始點，拉緊剎車，拉開控制箱內空氣開關。松開電動機頂絲和電動機固定螺絲，調整皮帶到合適松緊度，同時要滿足2個皮帶輪達到“四點一線”，擺正電動機，緊固電動機螺絲和電動機頂絲，起抽抽油機。

換皮帶輪操作方法：停運抽油機，將抽油機停放在上始點，拉緊剎車，拉開控制箱內空氣開關。松開電動機頂絲和電動機固定螺絲，向前推移電動機，卸掉抽油機皮帶。用皮帶輪拉拔器卸下皮帶輪，安裝新皮帶輪，安裝皮帶，調整大小皮帶輪“四點一線”，緊固電動機螺絲和電動機頂絲，起抽抽油機。2017年累計調整皮帶松緊度156口井，更換皮帶輪29口井，皮帶平均壽命達到126天，抽油機系統(tǒng)效率達到34.3%[5]。

表4 電動機型號偏大、偏小抽油機井生產(chǎn)能耗數(shù)據(jù)

3.3 采取電動機合理匹配措施

抽油機的凈扭矩在一個工作循環(huán)中，有較高的“峰值”和較深的負向“谷值”，即有較大的“負扭矩”。扭矩波動很大，抽油機平衡效果不佳。從能耗角度講，凈扭矩波動大勢必加大功率而增大能耗；從動力角度講，為了保證抽油機的正常運轉，峰值扭矩高，勢必要選用較大的電動機，這種大電動機、大峰值電流的配套方案，必將導致電動機自身損耗和電路損耗的增加。為此，研究抽油機運行規(guī)律，結合現(xiàn)場工作實際，制定抽油機井電動機匹配原則。根據(jù)電動機選型原則，對376口電動機匹配不合理抽油機井進行優(yōu)化設計，從而有效降低裝機功率，提高系統(tǒng)效率。

1）優(yōu)化設計，更換節(jié)能電動機。根據(jù)抽油機井電動機匹配的原則，對電動機選型不合理的376口抽油機井進行優(yōu)化設計，利用油田公司資金進行節(jié)能電動機的合理匹配。永磁同步電動機和高轉差率電動機的啟動和最大轉矩均大于Y系列電動機的，因此永磁同步電動機可以代替比他大1～2個功率等級的Y系列電動機；雙功率電動機是以大功率啟動，小功率運行[6]。節(jié)能電動機替換常規(guī)電動機頻率選擇見表5。

表5 節(jié)能電動機替換常規(guī)電動機功率選擇

2）應用高轉差電動機。2017年在采油廠安裝高轉差電動機150口，安裝后單井平均日耗電由265.95 kWh下降到235.94 kWh，下降30.01 kWh，平均有功節(jié)電率為11.28%，功率利用率達到31.2%，系統(tǒng)效率由22.52%上升到26.04%，系統(tǒng)效率提高3.52%。

3）應用永磁電動機。2017年在采油廠安裝稀土永磁電動機134口，安裝后單井平均日耗電由288.2 kWh下降到242.5 kWh，下降45.7 kWh，平均有功節(jié)電率為15.82%，功率利用率達到31.3%，系統(tǒng)效率由24.81%上升到29.77%，系統(tǒng)效率提高4.96%。

4 結論

截至2017年12月，采油廠共治理低系統(tǒng)效率抽油機井640口，治理后抽油機井系統(tǒng)效率達到32.73%，完成了預定指標。按平均單井日節(jié)電35kWh計算，年節(jié)電規(guī)模817.6×104kWh，除去改造等成本2017年累計獲得經(jīng)濟效益387.04萬元。有效提高了抽油機的系統(tǒng)效率，大幅提高機采井綜合管理水平。