抽油機(jī)井系統(tǒng)效率技術(shù)及應(yīng)用

抽油機(jī)井系統(tǒng)效率

技術(shù)及應(yīng)用采油工藝研究院采油工藝室2、抽油機(jī)井系統(tǒng)效率的定義及影響因素3、提高系統(tǒng)效率的對(duì)策4、結(jié)論與認(rèn)識(shí)1、抽油機(jī)井系統(tǒng)效率管理的意義一、抽油機(jī)井系統(tǒng)效率管理的意義抽油機(jī)井系統(tǒng)效率的研究并不是一個(gè)新課題或新領(lǐng)域，但是眾多的采油工程、開發(fā)等教科書上討論的較少，自1996年行業(yè)頒發(fā)的系統(tǒng)效率測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)后，該項(xiàng)技術(shù)逐漸進(jìn)入廣闊采油工程人員的視線，通過(guò)幾年的探索與研究，目前已經(jīng)到達(dá)可操作的程度。但由于思維定式的改變，必然要引起設(shè)計(jì)思想的改變。傳統(tǒng)的抽油機(jī)井優(yōu)化設(shè)計(jì)方法是追求井口產(chǎn)量為目標(biāo)，采用節(jié)點(diǎn)分析技術(shù)，對(duì)井下桿柱工作參數(shù)的進(jìn)行優(yōu)化組合，這一舉升設(shè)計(jì)思想已不再適應(yīng)股份公司高效、低耗的生產(chǎn)指導(dǎo)思想。而以提高抽油機(jī)井系統(tǒng)效率、降低生產(chǎn)本錢、降低抽油機(jī)能耗為目標(biāo)的設(shè)計(jì)那么是系統(tǒng)效率的靈魂。從管理的范疇，以系統(tǒng)效率作為目標(biāo)管理可以使抽油機(jī)井的科學(xué)管理到達(dá)更高境界?？梢詫?shí)現(xiàn)用有限的投入、產(chǎn)出最大的效益。因此思維定式的改變，必然要引起設(shè)計(jì)思想的改變，這就是系統(tǒng)效率的靈魂。二、機(jī)采系統(tǒng)效率定義及影響因素

抽油機(jī)井系統(tǒng)效率是指將液體舉升到地面的有效作功能量與系統(tǒng)輸入能量之比。有效功率輸入功率現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)K〔Q、Hd、Po、Pt、ρ〕機(jī)械采油井的有效功率：式中：Pe—有效功率，kW;Q—油井產(chǎn)液量，m3/d;H—有效揚(yáng)程，m;

ρ—油井混合液體密度，t/m3;g—重力加速度，g=9.8m/s2。

有效揚(yáng)程：式中：H—有效揚(yáng)程，m；Hd—油井動(dòng)液面深度，m；

p0—油管壓力，Mpa；

p1—套管壓力，Mpa。

有用能量：用于提升所載液體

損失能量地面損失能量地下?lián)p失能量電機(jī)損失能量抽油機(jī)摩阻損失能量粘滯摩阻損失能量滑動(dòng)摩阻損失能量水擊損失能量P入=P有+

P地+P粘+P滑+P其它液體粘度泵掛深度油管管徑泵桿桿徑?jīng)_程沖次桿管材質(zhì)井斜軌跡長(zhǎng)度單位長(zhǎng)度桿重皮帶-減速箱四連桿機(jī)構(gòu)地面效率構(gòu)成油管抽油桿抽油泵盤根盒井下效率構(gòu)成電機(jī)效率井下效率影響因素1、盤根盒效率主要功率損失填料摩擦損失。2、抽油桿效率主要為抽油桿與油管的摩擦損失、抽油桿與液體之間的摩擦損失、桿柱彈性伸縮損失。3、抽油泵效率主要的功率損失為抽油泵柱塞與襯套之間的摩擦損失、泵漏失損失、原油流經(jīng)泵閥時(shí)由于水力阻力引起的功率損失。4、管柱效率主要有油管漏失損失、液體與油管內(nèi)壁產(chǎn)生的摩擦損失、油管彈性伸縮損失。影響因素有效功率現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)K〔Q、Hd、Po、Pt、ρ〕〔1〕技術(shù)裝備要想提高系統(tǒng)效率，就應(yīng)采用較先進(jìn)的、節(jié)能型的技術(shù)裝備。如節(jié)能抽油機(jī)、適應(yīng)抽油機(jī)變工況的拖動(dòng)裝置、降低抽油桿摩擦的技術(shù)和高效抽油泵等。由此可見，有桿抽油系統(tǒng)的效率與油井本身的條件有密切關(guān)系。在油井條件一定的情況下，那么主要有以下三種因素的影響：影響因素〔2〕機(jī)、桿、泵的設(shè)計(jì)研究說(shuō)明，抽汲參數(shù)〔S、n、D〕，特別是沖次〔n〕對(duì)有桿抽油系統(tǒng)效率有明顯影響，要想提高其運(yùn)行效率，必須對(duì)抽汲參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。影響因素〔3〕管理工作管理工作水平，例如抽油機(jī)的平衡度、驢頭與井口的對(duì)中情況、傳動(dòng)皮帶的張緊程度等等都會(huì)影響有桿泵抽油系統(tǒng)效率。從以上可以看出系統(tǒng)效率不僅反映了機(jī)采井的節(jié)能與經(jīng)濟(jì)效益，而且也綜合地反映了油田的技術(shù)裝置、技術(shù)管理水平。因此，提高油田有桿抽油系統(tǒng)效率是提高油田工作水平的一個(gè)重要方面。三、提高系統(tǒng)效率的對(duì)策技術(shù)裝備水平抽油機(jī)電機(jī)抽汲參數(shù)沖程沖次泵徑抽油機(jī)平衡調(diào)整方法技術(shù)管理提高機(jī)采系統(tǒng)效率對(duì)策近幾年，從股份公司到地區(qū)分公司、直至采油廠一直在狠抓提高機(jī)采系統(tǒng)效率工作。目前僅系統(tǒng)效率測(cè)試儀器就有三種、系統(tǒng)效率優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)也有幾家在我油田應(yīng)用，在為提高我油田的機(jī)采系統(tǒng)效率做出了積極推動(dòng)作用的同時(shí)，也使技術(shù)的選用存在盲目性。在此，對(duì)我油田在用的優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行了評(píng)價(jià)。優(yōu)化思路：測(cè)試－優(yōu)化－實(shí)施－測(cè)試驗(yàn)證儀器名稱測(cè)試功能范圍精度與軟件的銜接性XTZH-Ⅲ示功圖、動(dòng)液面、三相電壓、電流、有功、無(wú)功、功圖、電機(jī)轉(zhuǎn)速、減速軸轉(zhuǎn)速0～1140V0.5％可直接將測(cè)試數(shù)據(jù)上傳到優(yōu)化診斷及設(shè)計(jì)軟件PTS2.0同上同上0.5％同上日產(chǎn)3166電壓、電流、有功、無(wú)功0～380V1％需人工加載結(jié)論：測(cè)試儀器上，實(shí)現(xiàn)測(cè)試、設(shè)計(jì)一體化是技術(shù)開展趨勢(shì)，顯然北京楓火和華北采研院〔湖北荊州)要優(yōu)于江蘇瑞達(dá)，但在攜帶和操作方面，北京楓火又要優(yōu)于華北采研院。配套儀器的適應(yīng)性評(píng)價(jià)軟件名稱單位軟件功能05年實(shí)施效果提高抽油機(jī)井系統(tǒng)效率優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件江蘇瑞達(dá)技術(shù)服務(wù)公司工況校核優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)施后效果預(yù)測(cè)對(duì)比103口18.12％↑32.51％SysEff軟件華北油田采油工藝院工況校核敏感性分析優(yōu)化設(shè)計(jì)平衡分析實(shí)施后效果預(yù)測(cè)

對(duì)比15口23.6％↑29.5％結(jié)論：從優(yōu)化設(shè)計(jì)角度看，SysEff軟件功能較江蘇瑞達(dá)強(qiáng)，不僅能分解地面效率與井下效率，還能定量的計(jì)算主要參數(shù)對(duì)系統(tǒng)效率的敏感性程度，并在此根底上進(jìn)行了油井參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高了優(yōu)化設(shè)計(jì)及動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。且為網(wǎng)絡(luò)版軟件，便于生產(chǎn)單位的應(yīng)用及技術(shù)的管理。但由于實(shí)施井?dāng)?shù)較少，其效果的普遍性有待進(jìn)一步驗(yàn)證。設(shè)計(jì)軟件的適應(yīng)性評(píng)價(jià)一是對(duì)高凝高粘油考慮不夠充分。從現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果來(lái)看，主要表現(xiàn)在有效期上〔小于90天的井占到了三分之一〕；局部井未到達(dá)預(yù)期效果〔四分之一的實(shí)施井〕二是對(duì)摻水量、加藥濃度等配套措施無(wú)法優(yōu)化，僅僅是桿管柱的設(shè)計(jì)及工作制度的優(yōu)化；三是優(yōu)化目標(biāo)比較單一，未考慮經(jīng)濟(jì)效益。研發(fā)了提高雙高油井系統(tǒng)效率優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件缺點(diǎn)：?沖程對(duì)懸點(diǎn)載荷影響相對(duì)最小沖程長(zhǎng)那么沖程損失變小長(zhǎng)沖程沖次對(duì)懸點(diǎn)載荷影響大稠油井、低供液井慢沖次泵徑大直徑泵可以在較低抽汲速度下得到所要求的產(chǎn)液量，從而使水力損失和摩擦損失減小，可得到較高的系統(tǒng)效率較大泵徑抽汲參數(shù)優(yōu)化的共同點(diǎn)：在同等產(chǎn)液量，桿柱等級(jí)、管徑根本保持不變的前提下：8.447kw5.02kw23.6%35%優(yōu)化前優(yōu)化后輸入功率系統(tǒng)效率系統(tǒng)效率優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)施效果比照表項(xiàng)目日產(chǎn)液m3/d泵徑mm沖程m沖次次/分輸入功率％系統(tǒng)效率％年耗電量kw.h實(shí)施前34.753.163.535.329.16723.3777003實(shí)施后39.259.053.574.156.62935.7355684對(duì)比+4.5+5.89+0.04-1.17-2.538+12.36-21319新井優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)施效果比照項(xiàng)目沖程沖次輸入功率系統(tǒng)效率年耗電量噸液耗電抽測(cè)新井平均單井4.354.786.7929.65.7萬(wàn)度5.58度全油田平均3.565.278.4023.67.1萬(wàn)度5.66度對(duì)比+0.79-0.49-1.61+6-1.4-0.08度技術(shù)裝備水平抽油機(jī)電機(jī)抽汲參數(shù)沖程沖次泵徑抽油機(jī)平衡調(diào)整方法技術(shù)管理提高機(jī)采系統(tǒng)效率對(duì)策由系統(tǒng)效率的定義出發(fā)：系統(tǒng)效率↑輸入功率↓有效功率↑通過(guò)設(shè)計(jì)參數(shù)的優(yōu)化可實(shí)現(xiàn)P入=P有+P損從輸入功率的構(gòu)成來(lái)看：P地+P粘+P滑+P其它P電機(jī)+P抽油機(jī)對(duì)現(xiàn)有抽油機(jī)加強(qiáng)維護(hù)和保養(yǎng)在條件允許的情況盡可能選擇節(jié)能型抽油機(jī)進(jìn)行常規(guī)游梁式抽油機(jī)的節(jié)能型技術(shù)改造〔下偏杠鈴式〕〔一〕降低抽油機(jī)能量損耗的主要方法〔二〕國(guó)內(nèi)外開展趨勢(shì)游梁式抽油機(jī)是國(guó)內(nèi)外油田應(yīng)用最廣泛的有桿抽油裝備。近年來(lái)，為了滿足注水開發(fā)油田排液量高、粘油、稠油、深井與超深井抽油工藝的要求，游梁式抽油機(jī)朝著長(zhǎng)沖程、重載、大扭矩方向開展。同時(shí)，節(jié)能型抽油機(jī)也是目前有桿抽油技術(shù)一個(gè)比較活潑的研究領(lǐng)域。2000年前－－節(jié)能抽油機(jī)的應(yīng)用以雙驢頭抽油機(jī)為主2000年－－油田公司召開了“新型節(jié)能抽油機(jī)”技術(shù)開展研討會(huì)，確定了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)機(jī)型2001年－－開展了調(diào)徑變矩式抽油機(jī)、下偏杠鈴式抽油機(jī)、擺桿式抽油機(jī)和皮帶式抽油機(jī)等4種節(jié)能抽油機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)2002年至今－－重點(diǎn)在產(chǎn)能井上開展了節(jié)能抽油機(jī)的推廣應(yīng)用工作，常規(guī)游梁式抽油機(jī)節(jié)能型技術(shù)改造進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施〔三〕大港油田應(yīng)用情況節(jié)能抽油機(jī)試驗(yàn)情況抽油機(jī)常規(guī)抽油機(jī)調(diào)徑變矩?cái)[桿皮帶下偏杠鈴雙驢頭懸點(diǎn)最大負(fù)荷(KN)120120120120120120沖程(m)5/4.2/3.6/33.4/4.2/54.8/4.2/3.664.8/4.2/3.65/4/3沖次(r/min)2.8464562.745.50--45.542.7654減速箱額定扭距7348或53375348電動(dòng)機(jī)功率(KW)4522或3022373022平衡方式曲柄平衡游梁平衡復(fù)合平衡平衡箱復(fù)合平衡曲柄平衡地面效率54.4％70.78％85.17％82.35％78.37％節(jié)電率--18%28%42%36%25%節(jié)能抽油機(jī)應(yīng)用參考意見型號(hào)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)適應(yīng)油藏條件雙驢頭配件與常規(guī)機(jī)通用10型機(jī)可實(shí)現(xiàn)5米沖程調(diào)參同常規(guī)機(jī)對(duì)稠油井適應(yīng)性差中北部常規(guī)油氣藏皮帶機(jī)最大沖程達(dá)到7.3米、沖次0—4次可調(diào);對(duì)扭矩要求較小，可最大限度的利用其額定負(fù)荷;平衡易調(diào)整作業(yè)需要移機(jī)價(jià)格較常規(guī)機(jī)高稠油及深抽油井調(diào)徑變距調(diào)參簡(jiǎn)便10型機(jī)可實(shí)現(xiàn)5米沖程配重箱離地面近，需安裝防護(hù)欄基本適應(yīng)大港油田常規(guī)油氣藏下偏杠鈴可作為常規(guī)游梁機(jī)節(jié)能改造技術(shù)調(diào)參同常規(guī)機(jī)基本適應(yīng)大港油田常規(guī)油氣藏?cái)[桿調(diào)沖程、調(diào)平衡方便滾輪套為易損件需定期更換基本適應(yīng)大港油田常規(guī)油氣藏復(fù)合平衡最大沖程達(dá)到6m，具有節(jié)能效果調(diào)參同常規(guī)機(jī)適用于各類油井機(jī)型選擇：以節(jié)能抽油機(jī)為首選，并依據(jù)上表視油井情況確定合理的節(jié)能抽油機(jī)類型。最大載荷選擇：依據(jù)懸點(diǎn)最大載荷計(jì)算結(jié)果，載荷利用率為40～80％之間為合理。扭矩選擇：依據(jù)最大扭矩計(jì)算結(jié)果，抽油機(jī)扭矩利用率為40～80％之間為合理，并考慮后續(xù)加深需要，在同載荷機(jī)型中最好選擇較大扭矩的機(jī)型。沖程選擇：同系列機(jī)型中，選擇沖程最大的機(jī)型。〔四〕抽油機(jī)選配原那么技術(shù)裝備水平抽油機(jī)電機(jī)抽汲參數(shù)沖程沖次泵徑抽油機(jī)平衡調(diào)整方法技術(shù)管理提高機(jī)采系統(tǒng)效率對(duì)策P入=P有+P損從輸入功率的構(gòu)成來(lái)看：P地+P粘+P滑+P其它P電機(jī)+P抽油機(jī)電機(jī)負(fù)載率與電機(jī)效率的關(guān)系曲線50提高系統(tǒng)效率→降低電機(jī)損耗→提高電機(jī)效率正常區(qū)域低負(fù)載區(qū)域過(guò)載區(qū)域大港油田在用電動(dòng)機(jī)負(fù)載情況統(tǒng)計(jì)統(tǒng)計(jì)井?dāng)?shù)：349口電機(jī)負(fù)載率范圍日產(chǎn)液泵深動(dòng)液面輸入功率有效功率系統(tǒng)效率<40%39.021134.9612.986.7231.60123.8％40～50%59.541136.9666.819.2962.73829.5％>50%124.62940.747914.5364.52731.1％電機(jī)處于不同負(fù)載區(qū)域系統(tǒng)效率統(tǒng)計(jì)表電機(jī)功率選擇電機(jī)發(fā)熱啟動(dòng)能力過(guò)載能力應(yīng)用永磁同步電機(jī)、雙功率電機(jī)等節(jié)能輔助設(shè)備可得到改善“大馬拉小車”的現(xiàn)象普遍存在，由于電機(jī)選配考慮了更多因素，因此不能徹底鏟除，但可采取有效措施加以改善。突出技術(shù)——永磁同步電機(jī)

項(xiàng)目啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩與普通異步電機(jī)比節(jié)電率負(fù)載率低于50%的效率額定效率普通異步電機(jī)1.8(倍)——30%-50%80%永磁同步電機(jī)3.6（倍）9.6%-27%>90%94%井號(hào)安裝前機(jī)型安裝后機(jī)型安裝前月耗電（kWh）安裝后月耗電（kWh）月節(jié)電（kWh）西49-7Y225M-822KWCXT225M-822KW21741380794西15-83Y225M-830KWCXT225M-830KW528535601725永磁同步電機(jī)與常規(guī)異步電機(jī)性能比照永磁同步電機(jī)安裝前后節(jié)電計(jì)量比照〔四〕電機(jī)應(yīng)用需注意的問(wèn)題電機(jī)性能與抽汲參數(shù)優(yōu)化匹配問(wèn)題以系統(tǒng)效率為設(shè)計(jì)目標(biāo)的參數(shù)優(yōu)化原那么：長(zhǎng)沖程、慢沖次、合理泵徑在用電機(jī)皮帶輪改造增置輔助調(diào)速裝置在用電機(jī)增極改造選用較大極數(shù)的電機(jī)6極電機(jī)通過(guò)皮帶輪的加工，沖次可降低到4次8極電機(jī)通過(guò)皮帶輪的加工，沖次可降低到3次12極電機(jī)通過(guò)皮帶輪的加工，沖次可降低到2次電機(jī)轉(zhuǎn)速電源頻率電機(jī)定子磁極對(duì)數(shù)電機(jī)改極前后的變化1、電機(jī)轉(zhuǎn)速變化電機(jī)極速增加，轉(zhuǎn)速變慢2、電機(jī)軸承運(yùn)行條件變化電機(jī)極速增加，轉(zhuǎn)速變慢，軸承運(yùn)行條件變化好3、電機(jī)額定功率下降在同一口井應(yīng)用時(shí)，電機(jī)負(fù)載率提高，電機(jī)效率提高原功率6極改8極8極改10極8極改12極302425233730312845363834其它油田現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況1999年開始勝利油田臨盤采油廠對(duì)舊電機(jī)進(jìn)行增極改造，用于供液較差的油井，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，取得了較好的效果。在保持油井產(chǎn)油量根本不變的情況下，平均電流下降了30％，輸入功率下降了37%，系統(tǒng)效率提高了5%，單井日耗電下降了72KW.H。電機(jī)改極的條件工廠生產(chǎn)的系列電機(jī)都是綜合各種性能的最正確方案，包括平安性、經(jīng)濟(jì)性，進(jìn)行改極后將造成一些電機(jī)性能更加優(yōu)化，一些性能更加惡化。同時(shí)，改極一般只適用于鼠籠式異步電機(jī)，繞線式轉(zhuǎn)子電機(jī)改極時(shí)，其轉(zhuǎn)子繞組也要相應(yīng)改變極數(shù)