提高抽油机井系统效率方法探讨

吴存金+杨世东+高三保

[摘 要]通过对中原油田分公司部分机械采油井耗能设备进行详细的分析，找出了影响机械采油系统效率的诸因素。在做好参数优化工作的同时，针对影响系统效率的主要因素，坚持“系统优化、综合配套”的原则，将油藏与工程、地面与地下有机结合起来，积极采用国内外成熟有效的新工艺、新技术，进一步提高了抽油机井系统效率。

[关键词]抽油机井；系统优化；综合配套；系统效率

中图分类号：TE933.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）14-0063-01

1 前言

目前，中原油田分公司普遍使用的是抽油机机械采油法。应用抽油机井生产系统采油的目的是将地面能量通过抽油机—抽油杆—抽油泵传递给井筒中的生产流体将其举升到地面，整个系统的工作过程就是能量不断传递与转化的过程，而在能量传递和转化的每一环节均会产生能量损失。从地面供入系统提供的能量扣除系统中的各种损失，就是系统给井筒流体的有效能量，其与系统输入能量之比即为抽油机井的系统效率。

2 影响抽油机系统效率的因素分析

2.1 抽油机工作状态和载荷特性对系统效率的影响

抽油机的传动系统从动力端到悬点，一般经过减速、换向两个阶段，如果换向机构的输入转速与悬点运动周期的比等于1，如现在广泛使用的游梁式抽油机，则减速系统的传动比就较大，要实现低冲次就较为困难。然而在油藏开发中后期，二类储量动用程度不断上升，油稠造成摩擦阻力增大，稠油井需要低冲次运行来提高泵效和降低能耗，游梁式抽油机不经过改造和其它配套很难实现低冲次。

游梁式抽油机的平衡率对抽油机井的系统效率影响较大，平衡差的油井能耗大，系统效率低。同时抽油机平衡状况的好坏，直接影响抽油机连杆机构、减速箱和电机的效率与寿命，对抽油杆的工作状况也影响很大。因此，对于抽油机平衡状况的判断和及时调整，必须给予重视。在旋转平衡或复合平衡方式的抽油机上，调整平衡最方便的方法是调节旋转平衡块的平衡半径。实践表明，通过合理地调整平衡，每口油井可减少有功功率0.3-1.5Kw，平均节电0.5Kw，节电效果显著。

2.2 电动机的工作特性对系统效率的影响

电动机是油田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。所以对电机的节能效果的要求越来越高，因此电动机及其相关改造是提高機采系统效率项目中不可回避的问题。

电机负载率是指运行中电动机实际输出功率N2与额定功率的比值。

电机的负载率及功率因数越低，电动机的效率越低。

3 提高抽油机系统效率的对策探讨

3.1 应用小型抽油机

由于目前油井供液能力比较强，导致油井的负荷较轻，大部分油井负荷都在60kN以下，采用6型抽油机就能维持油井的正常生产。而中原油田分公司大部分抽油机是6型以上的大抽油机，而且老化比较严重。为此，加大了抽油机更换力度，根据油井负荷情况，将负荷小的普通抽油机更换为6型抽油机。6型机采用双驴头结构，这种结构利用变径原理，做到上冲程平衡扭矩大，下冲程平衡扭矩小，从而更好的与驴头负荷相匹配，降低电机负荷扭矩波动量，使负荷扭矩更平稳，达到节能降耗的目的。

3.2 应用新型电机

3.2.1 应用永磁同步电机

稀土永磁电动机是一种新型节能电机，其转子主要由稀土永磁体构成，所以不用励磁，从而省去了励磁功率，当永磁同步电动机同步运转时，转子既无铜耗，又无铁耗，提高了效率，降低了耗损，因无功功率很小，其功率因数很高。

电机的效率与其功率利用率有较大的关系，电机是以磁场为媒体进行能量转换的以一种机电产品。根据电机学原理，异步电机的转速不可能等于气隙内旋转磁场的同步转速，原因在于必须在转子绕组内产生感应电动势和感应电流，从而产生电磁转矩。为使转子绕组上有电流流过，除感生方式外，也可以采用传导方式，即同步电机转子产生电流的方法。为建立机电能量转换所需的磁场，电动机的磁路需要一定的磁势源进行励磁，有电励磁和永磁两种方式，前者需外接电源供给能量进行励磁，如交流励磁电动机和一部分同步电动机；后者是采用永磁材料的固有特性，经预先磁化后不需外加能量就能建立起永久磁场，这就是同步永磁电机（图1、图2）。

抽油机用永磁同步电机具有体积小、重量轻、结构简单、起动力矩大、过载能力强、效率高、功率因数高、运行稳定等优点，集中了异步电机和同步电机的优点，克服了两者的缺点。同普通电机相比具有以下特点：

效率高：采用永磁材料代替电励磁，减少了励磁损耗；采用同步工作方式，转子与定子旋转完全同步，无转差率损耗（普通电机转差率2%～5%，高转差率电机8～12%）；普通电机额定效率为90%，永磁同步电机额定效率可达94%，经优化设计使高效区得到延宽，可大幅度提高整个冲程内的平均运行效率，平均效率一般可提高12%以上。

功率因数高：永磁电机的功率因数通过转子永磁体磁场决定，因此可获得较高的功率因数，可以达到0.90，轻载时还高于此值，一般运行在0.9以上，无功节电效果相当显著。共安装18台，安装后平均单井日节电36.2kWh/d，系统效率提高2.9%。变速器具有结构简单，运行可靠，传动效率高的特点，现场试验证明普通电机+变速器可以替代电磁调速电机实现稠油井的小参数运行。

3.4 应用变频节能装置

根据部分油井供液能力的变化规律，当油井供液不足或是热采井转周中后期，泵效就开始明显衰减，系统效率减低。游梁式抽油机的启动电流为其正常工作时最大电流的5～6倍，而变频调速后抽油机启动电流接近抽油机正常工作时的最大电流，功率因数由使用游梁式抽油机时的0.3～0.5上升到0.95以上。

软启动功能。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。启动抽油机时，速度可以从零慢慢升至给定速度，时间长至120秒，启动电流不超过电机的额定电流，这样可减少抽油机配备电机功率30%，提高了电机负载率。

降低无功功率。变频器工作为交-直-交方式，首先将交流电整流成直流电，直流电的电能是单向输送的，所以理论上功率因数应为1.0，现场应用中都在0.95以上。

4 优化调整应用效果

调查表明，抽油机井系统效率由2015年的26.0%提高到2016年的31.2%。通过系统效率优化，累计年节电120万KWh；同时，提高机械采油的技术管理水平，使抽油机井机采系统效率显著提高，设备配套能力增强，同时减少作业井次，节约成本，同时保持较高时率，减少作业占产，效益显著，有很好的推广应用价值。同时探索出一条系统的、成熟的提高机采系统效率配套技术为其他区块的类似改造提供成熟、有效的配套技术和管理运行经验。

参考文献

[1] 赵华，毕新忠等，抽油机井系统效率测试及应用研究.石油和化工节能，2010.1.