影响抽油机系统效率因素分析与改进措施效果

　　【摘要】通过对孤岛采油厂采油三矿抽油机井耗能情况进行详细的分析，找出了影响系统效率的诸因素。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，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；系统效率；措施效果
　　抽油机井系统效率是指提高抽油机井机采系统效率工作具有增产降耗、延长系统使用寿命、降低操作成本等作用，是采油工程主要技术指标。
　　一、抽油机系统效率影响因素分析
　　1。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。
　　1。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。对电机的节能效果的要求越来越高，电动机及其相关改造是提高机采系统效率项目中不可回避的问题。
　　电机的负载率及功率因数越低，电动机的效率越低。
　　二、提高抽油机系统效率的措施
　　2。1应用新型抽油机
　　2。1。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。而采油厂大部分抽油机是8型以上的大抽油机，而且老化比较严重。为此，孤岛采油厂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，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。
　　2。1。2应用异相型游梁式抽油机
　　异相型抽油机具有峰值扭矩低、所需电动机功率低等特点，运转时平衡效果较好。其中25口测试井中，平衡度在85以上的占62，高于其它类型游梁机。通过与相同井况使用的常规机相比，异相型游梁机在同样井况下动载小，减速器所需扭矩小，平衡效果好，异相型抽油机的系统效率比常规型机高2。5～4。
　　2。1。3应用无游梁式抽油机
　　目前采油厂常用的无游梁式抽油机主要是皮带式抽油机，其中胜利油田设计的皮带机有9台，占抽油机总数的0。41。
　　胜利皮带机采用长冲程、低冲次，减少了冲程损失，由于其悬点运动的匀速克服了游梁机高速时的供液不足现象，提高了泵的充满系数，同时改善了井下管柱的载荷状况，延长了油井免修期，提高了油井利用率。
　　2。2应用新型电机
　　2。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。
　　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。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。到2018年11月底，共在采油管理三区抽油井上安装18台，单井日节电36。2kWhd，系统效率提高2。9。
　　2。4应用变频节能装置
　　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，这样可提高电机负载率。降低无功功率。目前在采油管理三区10口供液不足的油井安装了变频装置，电机功率因数在0。95以上，平均单井节电60Kwh，提高系统效率15以上，效果非常显著。
　　三、措施效果分析
　　调查表明，采油管理三区抽油机井系统效率由2016年的26。0提高到2018年的30。2。通过系统效率优化，累计年节电220万KWh；由于生产系统协调运作，单井平均检泵周期延长30天减少作业22次，节约作业成本220万元；由于采油时率延长，油井的有效生产时间可以延长110天，累计多产油396t。通过对油井进行系统化优化，提高油井系统效率，实施地面管理工作将油井平衡度提高15，对比去年同期节省电量3。46万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，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
　　〔2〕梁爽等，抽油機系统能量损失因素分析与降耗措施《中国科技博览》2014年第6期
　　〔3〕国家发展和改革委员会。SY752642006。油田生产系统能耗测试和计算方法。北京：石油工业出版社，2006。