張海春

摘 要：近年來(lái)，隨著國(guó)際油價(jià)持續(xù)低迷，采油行業(yè)形勢(shì)突變，油田企業(yè)效益持續(xù)下滑，倒逼企業(yè)降低采油生產(chǎn)成本提高效益。同時(shí)，持續(xù)開采使得油田進(jìn)入高含水期，開采能耗有增大的趨勢(shì)。因此，油田企業(yè)必須改變過去粗獷的開發(fā)方式，加強(qiáng)節(jié)能降耗工作。在油田生產(chǎn)中，機(jī)械采油系統(tǒng)能耗占油田能耗的很大一部分，提高機(jī)械采油系統(tǒng)工作效率降低能耗越來(lái)越受到油田企業(yè)重視。文章分析了影響機(jī)采系統(tǒng)能耗的因數(shù)，提出了通過選擇合理生產(chǎn)設(shè)備、優(yōu)化機(jī)采系統(tǒng)生產(chǎn)參數(shù)、提高機(jī)械采油系統(tǒng)管理水平等節(jié)能措施，提高機(jī)采系統(tǒng)效率，努力實(shí)現(xiàn)降本增效。

關(guān)鍵詞：機(jī)械采油系統(tǒng)；節(jié)能降耗；生產(chǎn)參數(shù)；提高效益

隨著油價(jià)持續(xù)低迷，油田企業(yè)愈加重視降本增效，積極開展了機(jī)械采油系統(tǒng)節(jié)能降耗工作。文中分析了影響機(jī)械采油系統(tǒng)能耗的因素，對(duì)機(jī)械采油系統(tǒng)節(jié)能措施及效果進(jìn)行了分析，為提升機(jī)采系統(tǒng)工作效率、降低能耗提供參考。

1 影響抽油機(jī)能耗的因素分析

1.1 抽油機(jī)載荷和工作狀態(tài)對(duì)機(jī)采系統(tǒng)能耗的影響

抽油機(jī)在工作時(shí)傳動(dòng)系統(tǒng)從動(dòng)力部分到懸點(diǎn)，要經(jīng)過減速和換向等過程，在這個(gè)過程中，游梁式抽油機(jī)的平衡度對(duì)機(jī)采系統(tǒng)的能耗影響較大。平衡度較好的抽油機(jī)，機(jī)采系統(tǒng)工作效率高，反之，平衡度較差的抽油機(jī)，機(jī)采系統(tǒng)工作效率較低。除此之外，抽油機(jī)的平衡度不好會(huì)影響各部分工作狀態(tài)，使得抽油機(jī)連桿機(jī)構(gòu)、減速箱等部件工作異常，縮短機(jī)采系統(tǒng)的工作壽命。因此，要時(shí)刻關(guān)注抽油機(jī)的平衡狀態(tài)，對(duì)于平衡狀態(tài)較差的抽油機(jī)要及時(shí)調(diào)整，通常抽油機(jī)能耗最小時(shí)平衡度最佳，通過平衡調(diào)節(jié)能夠降低能耗，提高機(jī)采系統(tǒng)工作效率。

1.2 電動(dòng)機(jī)對(duì)機(jī)采系統(tǒng)能耗影響

抽油機(jī)的主要?jiǎng)恿υO(shè)備是電動(dòng)機(jī)，其能耗的高低直接決定著機(jī)采系統(tǒng)效率的高低。評(píng)價(jià)電動(dòng)機(jī)參數(shù)有電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率和功率因數(shù)。電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率指的是電動(dòng)機(jī)實(shí)際輸出功率N 1 與額定功率 N 0 的比值，有如下計(jì)算公式：

相應(yīng)的，電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)計(jì)算公式如下：

電動(dòng)機(jī)工作效率通常用 1 個(gè)周期內(nèi)的平均輸入功率平均軸功率的比值來(lái)評(píng)價(jià)，具體公式如下，

式中：N 1m 為平均軸功率，單位 KW。

N 1m 為一個(gè)周期內(nèi)的平均輸入功率，單位 KW。

電動(dòng)機(jī)負(fù)載率與其功率因數(shù)及工作效率關(guān)系如圖 1 所示，電動(dòng)機(jī)負(fù)載率過低時(shí)，其功率因數(shù)與系統(tǒng)工作效率均較低。目前使用較多的異步電機(jī)只有在額定功率運(yùn)行時(shí)，其功率因數(shù)和工作效率才達(dá)到最佳狀態(tài)，負(fù)載率降低時(shí)，電動(dòng)機(jī)的工作效率明顯降低。因此，必須提高電動(dòng)機(jī)負(fù)載率，使用永磁同步電機(jī)能夠較好解決這個(gè)問題。

1.3 摩擦阻力對(duì)機(jī)采系統(tǒng)能耗的影響

（1）桿、管、柱的摩擦阻力。隨著油井持續(xù)開采，地層產(chǎn)出液中含水升高，由早期的油包水變?yōu)樗停畠?nèi)液體潤(rùn)滑效果變差 ，同時(shí)井內(nèi)出砂情況加劇，導(dǎo)致井下桿、管、柱在工作時(shí)摩擦阻力變大。井上部分四連桿機(jī)構(gòu)工作時(shí)也會(huì)由摩擦導(dǎo)致能量損失，驢頭鋼絲形變等也會(huì)降低四連桿機(jī)構(gòu)工作效率。

（2）光桿與盤根盒的摩擦阻力。光桿與盤根盒接觸部分容易產(chǎn)生摩擦阻力，直接影響抽油機(jī)工作效率。當(dāng)盤根盒與光桿對(duì)中性不好時(shí)，會(huì)增加光桿上、下運(yùn)動(dòng)中的摩擦阻力，同時(shí)盤根盒密封過緊時(shí)，也會(huì)增大與光桿直接的摩擦阻力，從而導(dǎo)致系統(tǒng)工作效率降低，能耗增加，研究表明，光桿與盤根盒摩擦造成的抽油機(jī)功率損失可達(dá) 10%左右。

（3）減速箱的摩擦阻力。減速箱工作過程中產(chǎn)生的摩擦阻力主要是因?yàn)闇p速箱潤(rùn)滑不好導(dǎo)致的。減速箱能耗損失主要表現(xiàn)在軸承和齒輪損失上，減速箱中有三對(duì)人字齒輪，潤(rùn)滑不好，齒輪間摩擦阻力增大，導(dǎo)致系統(tǒng)效率下降。

1.4 生產(chǎn)參數(shù)對(duì)機(jī)采系統(tǒng)能耗影響

生產(chǎn)參數(shù)設(shè)置的合理如否直接影響機(jī)采系統(tǒng)工作效率。影響機(jī)采系統(tǒng)效率的生產(chǎn)參數(shù)較多，其中油井產(chǎn)量，懸點(diǎn)載荷、泵掛深度、抽油機(jī)沖次沖程最重要的幾項(xiàng)參數(shù)。當(dāng)油井的設(shè)備與油井產(chǎn)量一定，同時(shí)泵掛深度確定，此時(shí)抽油機(jī)隨著沖次增加，舉升效率降低。若泵徑、沖程沖次一定時(shí)，泵掛深度由淺入深，油井產(chǎn)液量呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)。因此，為了提高機(jī)械系統(tǒng)效率，要根據(jù)油井實(shí)際情況，合理選擇各項(xiàng)生產(chǎn)參數(shù)。

2 機(jī)械采油系統(tǒng)節(jié)能措施及效果分析

2.1 加強(qiáng)油井日常管理，提升機(jī)采系統(tǒng)運(yùn)行效率

2.1.1 優(yōu)化采油工藝設(shè)計(jì)，提高舉升效率

針對(duì)油井具體情況，選擇成熟的工藝技術(shù)，提升井下管柱的舉升效率。針對(duì)稠油井可以采取泵上摻水工藝技術(shù)，對(duì)于不具備注汽條件的稠油油藏，可以采用連續(xù)抽油桿與地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵結(jié)合的機(jī)采工藝技術(shù)。針對(duì)出砂井，不僅要做好前期防砂工作，還要采取攜砂采油相關(guān)的工藝技術(shù)。

2.1.2 優(yōu)化抽油設(shè)備，提高采油效率

首先要提升電機(jī)的工作效率，使電機(jī)匹配更合理，提高電機(jī)負(fù)載率，同時(shí)提升電機(jī)功率因數(shù)，減少無(wú)功功率。其次要提升抽油機(jī)工作效率，從改善抽油機(jī)平衡度入手，減少扭矩波動(dòng)幅度，還可以使用新型傳動(dòng)方式的抽油機(jī)。再次，要提升泵的工作效率，對(duì)于供液較差的井，可采取間斷式生產(chǎn)、增加泵的下入深度、降低泵級(jí)等方式，實(shí)現(xiàn)供采平衡。

2.1.3 提升地面配套設(shè)備性能，減少能量損耗

要改善地面設(shè)備性能，首先是使用節(jié)能抽油機(jī)、節(jié)能電機(jī)，改造節(jié)能變頻控制裝置，同時(shí)要加強(qiáng)設(shè)備的維修和保養(yǎng)工作，使地面設(shè)備高效運(yùn)轉(zhuǎn)，從而減少能耗。及時(shí)準(zhǔn)確的分析油井工作狀態(tài)，調(diào)整相應(yīng)的工作制度適應(yīng)油井實(shí)際情況，能夠有效的降低機(jī)采系統(tǒng)能耗。

2.2 使用節(jié)能設(shè)備，提高機(jī)采系統(tǒng)效率

2.2.1 根據(jù)實(shí)際情況，使用新型抽油機(jī)

針對(duì)油井供液能力不足的情況，可以更換使用小型抽油機(jī)，使抽油機(jī)功率與油井負(fù)荷匹配效果更好，降低扭矩波動(dòng)，達(dá)到節(jié)能效果?？梢允褂卯愊嘈陀瘟撼橛蜋C(jī)，該型抽油機(jī)在同樣井況條件下動(dòng)載更小，平衡效果好，比常規(guī)抽油機(jī)工作效率高。還可以使用無(wú)游梁式抽油機(jī)，提高油井利用率。

2.2.2 使用新型電動(dòng)機(jī)

異步電機(jī)存在功率因數(shù)低，無(wú)功功率高的情況，使用新型永磁同步電機(jī)能夠解決這一問題。永磁同步電機(jī)體積更小、重量較輕，使用維護(hù)方便，在性能方面，永磁同步電機(jī)具有啟動(dòng)力矩大、過載能力強(qiáng)、負(fù)載率高、運(yùn)行效率高的優(yōu)勢(shì)，在機(jī)采系統(tǒng)中應(yīng)用效果好，節(jié)能效果明顯。

2.2.3 使用變頻調(diào)速裝置

機(jī)采系統(tǒng)使用變頻調(diào)速控制裝置能夠極大提升系統(tǒng)工作效率。變頻調(diào)速控制裝置能夠方便任意調(diào)節(jié)抽油機(jī)沖程，可控制抽油機(jī)上沖程速度快從而減少油泵泄漏，控制下沖程速度慢從而提高泵的充滿系數(shù)，從而使泵工作效率更高。變頻調(diào)速控制裝置能夠?qū)崿F(xiàn)軟啟動(dòng)，極大的降低了啟動(dòng)電流，可減少抽油機(jī)配備電機(jī)功率，從而提升電機(jī)的負(fù)載率。同時(shí)變頻調(diào)速控制裝置能夠提高功率因數(shù)，降低電機(jī)無(wú)功功率。

參考文獻(xiàn)：

[1] 提高機(jī)采井系統(tǒng)效率措施的探討[J]. 王雪坤. 中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量. 2016（11）