劉占軍

摘要：從油田公司的發(fā)展到現(xiàn)在，油田開采是一項(xiàng)非常危險(xiǎn)的工作。今天的經(jīng)濟(jì)發(fā)展促進(jìn)了中國科技水平的提高，也促進(jìn)了油田開采相關(guān)采礦技術(shù)的優(yōu)化和發(fā)展。目前，中國的油田采礦工作往往有石油浪費(fèi)。在此基礎(chǔ)上，有必要采用抽油機(jī)采油系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)，最大限度地利用地下剩余的石油資源，以盡量減少石油浪費(fèi)。另一項(xiàng)研究的重點(diǎn)是抽油機(jī)的石油生產(chǎn)系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)。本文主要針對提高抽油機(jī)采油系統(tǒng)效率進(jìn)行簡要分析。

關(guān)鍵詞：抽油機(jī)；采油系統(tǒng)；效率

1抽油機(jī)節(jié)能技術(shù)概述

在我國油田開發(fā)過程中，最重要的是提高抽油機(jī)的利用效率。在此基礎(chǔ)上，有必要降低抽油機(jī)的功耗。抽油機(jī)工作最重要的是嚴(yán)格確保泵送液體的產(chǎn)生。平衡的供應(yīng)和生產(chǎn)，以及泵單元的負(fù)載與電機(jī)的輸出功率相匹配，以盡可能地減少無功功率損耗。因此，抽油機(jī)的節(jié)能技術(shù)主要從兩個(gè)方面進(jìn)行，一個(gè)是變頻調(diào)速，另一個(gè)是機(jī)械調(diào)節(jié)。其中，變頻調(diào)速模式主要通過安裝節(jié)能控制箱來實(shí)現(xiàn)。通過節(jié)能控制箱，控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩的三個(gè)值，收集井下葉片值和輸出功率，以減少電壓增加的發(fā)生率。節(jié)能控制箱主要用于控制采油系統(tǒng)的內(nèi)圈，外圈和中圈。但是，這項(xiàng)技術(shù)對相關(guān)人員來說更加困難，因此相關(guān)人員應(yīng)提高自身技術(shù)水平，不斷加強(qiáng)抽油機(jī)抽油技術(shù)的綜合素質(zhì)。

2抽油機(jī)采油系統(tǒng)效率

抽油機(jī)采油系統(tǒng)效率為系統(tǒng)輸出功率與電動機(jī)輸入功率的比值。通過計(jì)算或測試油井產(chǎn)量、泵的有效揚(yáng)程，可計(jì)算得到系統(tǒng)的輸出功率；通過懸點(diǎn)運(yùn)動分析，根據(jù)其他參數(shù)計(jì)算懸點(diǎn)載荷、曲柄軸凈扭矩等，求得系統(tǒng)的輸入功率，進(jìn)而求得系統(tǒng)效率。抽油機(jī)采油系統(tǒng)效率的計(jì)算式為

式中：N2——抽油機(jī)采油系統(tǒng)輸出功率，kW；

N1——抽油機(jī)采油系統(tǒng)輸入功率，kW。

2.1系統(tǒng)輸入功率

2.1.1抽油機(jī)懸點(diǎn)運(yùn)動規(guī)律

以游梁式抽油機(jī)為例，應(yīng)用復(fù)變函數(shù)法精確分析得到抽油機(jī)懸點(diǎn)的運(yùn)動規(guī)律，即懸點(diǎn)的位移、速度和加速度。

2.1.2懸點(diǎn)載荷

全面考慮抽油桿柱自重、泵活塞上的油柱重、抽油桿柱所受浮力、油井中液體對活塞底部的壓力、抽油桿柱和油柱運(yùn)動所產(chǎn)生的慣性和振動載荷，柱塞和泵筒間、抽油桿接箍和油管間的半干摩擦力，抽油桿柱和液柱間、液柱和油管間以及油流通過抽油泵游動閥座的液體摩擦力，計(jì)算得到懸點(diǎn)載荷，也可實(shí)測示功圖。

2.1.3電動機(jī)輸入功率

根據(jù)懸點(diǎn)載荷、抽油機(jī)各部件的自重及平衡情況等，利用曲柄軸的凈扭矩（輸出扭矩）進(jìn)行計(jì)算得到電動機(jī)的平均輸入功率即系統(tǒng)的輸入功率，也可實(shí)測。

2.2系統(tǒng)輸出功率

系統(tǒng)輸出功率可由式（2）求得：

式中：Q——油井產(chǎn)量，考慮泵的理論產(chǎn)量、泵漏失、地面油氣比、泵的沖程損失、液

體收縮系數(shù)和體積系數(shù)、泵的充滿情況等因素計(jì)算得到，m3/d；H——舉升高度或泵的（有效）揚(yáng)程，m，

ρL——井液密度，kg/m3。

對于生產(chǎn)井進(jìn)行測試和計(jì)算系統(tǒng)效率或?qū)τ途M(jìn)行參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)計(jì)算系統(tǒng)效率，都可以采用以上方法。但因計(jì)算涉及參數(shù)過多，根據(jù)該計(jì)算方法不能定性或定量分析某些參數(shù)對系統(tǒng)效率的影響。

3系統(tǒng)效率影響因素分析

用功能原理建立系統(tǒng)效率計(jì)算的數(shù)學(xué)模型，綜合分析各主要因素對系統(tǒng)效率的影響。

3.1系統(tǒng)效率計(jì)算功能原理法

計(jì)算中所需量的名稱和單位見表1。懸點(diǎn)下沖程時(shí)，要把平衡重從低處抬到高處，增加了平衡重的位能。為了抬高平衡重，除了依靠抽油桿柱下落所放出的位能或下沖程懸點(diǎn)載荷對抽油機(jī)所作的功Wsd外，還需要電動機(jī)付出能量。平衡重中所儲的能量為抽油桿柱下落所放出的能量與輸入至電動機(jī)的電能傳遞到減速器輸出軸上的能量之和。設(shè)hfs和hmg分別是四連桿機(jī)構(gòu)效率和電功輸入→電動機(jī)→減速器輸出軸的轉(zhuǎn)化和傳遞效率，電動機(jī)在下沖程中輸入電功是Wmd，則平衡重所儲的能量Wb為

上沖程時(shí)，電動機(jī)輸入的電功和平衡重下落放出的位能都用來提升抽油桿柱和液柱向上運(yùn)動，即電動機(jī)的輸入電功通過電動機(jī)轉(zhuǎn)化為機(jī)械功后，經(jīng)過皮帶傳動和減速器傳到減速器輸出軸（曲柄軸）上，和平衡重放出的位能一起通過四連桿機(jī)構(gòu)傳遞后，來提升懸點(diǎn)載荷，對懸點(diǎn)做的功或克服懸點(diǎn)載荷所做的功為Wsu。

3.2系統(tǒng)效率影響因素分析及提高系統(tǒng)效率的措施

應(yīng)用功能原理分析抽油機(jī)采油系統(tǒng)效率的影響因素：

1）由式（14）可知，當(dāng)油井產(chǎn)量、動液面深度、油壓和套壓不變，即油井處于穩(wěn)定工作狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)的輸出功率不變。

2）由式（15）可知，系統(tǒng)的輸出功率決定于產(chǎn)量、油層中部深度和井底流壓。對于每口油井，油層中部深度一定，井底流壓又與油井產(chǎn)量有確定的關(guān)系，所以對于任意1口油決定于產(chǎn)量，產(chǎn)量確定，則輸出功率確定。

3）由式（14）和式（15）可知，其他因素不變，當(dāng)下泵深度增加時(shí)，分母中的第1、3項(xiàng)都增大，因而輸入功率增加，系統(tǒng)效率降低。所以，在滿足一定泵吸入口處壓力的條件下，應(yīng)盡量減小下泵深度。

4）當(dāng)產(chǎn)量不變時(shí)，輸出功率不變，同時(shí)泵活塞面積、沖程、沖速的乘積（）FSn基本不變。當(dāng)增加泵徑時(shí)，可以減小抽汲速度（）Sn，此時(shí)式（14）和式（15）分母中的第1、3項(xiàng)減小，第2項(xiàng)不變，所以系統(tǒng)輸入功率減小，系統(tǒng)效率增加。因此，在一定條件下可采用較大泵徑、低抽汲速度，以提高系統(tǒng)效率。

5）其他條件不變，當(dāng)電動機(jī)、皮帶傳動、減速器效率增加時(shí)，系統(tǒng)效率增加。

6）其他條件不變，當(dāng)四連桿機(jī)構(gòu)的效率增加時(shí)，式（14）和式（15）分母中的第1、2項(xiàng)減小，可認(rèn)為第3項(xiàng)中的兩項(xiàng)加數(shù)的增減相抵消，即第3項(xiàng)不變。而四連桿機(jī)構(gòu)效率增加時(shí)，系統(tǒng)效率增加。

4結(jié)論

4.1根據(jù)系統(tǒng)效率的定義，系統(tǒng)效率已有相應(yīng)的計(jì)算方法。由于計(jì)算中用到的參數(shù)多，系統(tǒng)效率不能寫成各油井生產(chǎn)參數(shù)和抽汲參數(shù)的函數(shù)，即使寫成，此函數(shù)也是很復(fù)雜的超越方程，無法定性或定量分析油井生產(chǎn)參數(shù)和抽汲參數(shù)對系統(tǒng)效率的影響。

4.2應(yīng)用功能原理可以得出系統(tǒng)效率與油井生產(chǎn)參數(shù)、抽汲參數(shù)的函數(shù)關(guān)系，并且可以進(jìn)行定性分析，為提高系統(tǒng)效率、實(shí)現(xiàn)機(jī)械采油系統(tǒng)的節(jié)能降耗，提供理論上、方向性的指導(dǎo)具有重要意義。

4.3在滿足一定泵吸入口處壓力的條件下，盡量減小下泵深度，而并非“深抽”。

4.4在一定條件下可采用較大泵、低抽汲速度，而并非“長沖程、低沖速、小泵深抽”。

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