提高抽油机井机械采油效率研究

摘要：抽油机井系统效率的高低关系到采油厂的整体开采量，较低的采油效率不仅阻碍采油厂的正常发展，管理运营成本的显著提高也是其危害之一。因此，要保证采油厂抽油机井的稳定运行，相关管理人员必需重视对采油效率的影响因素的相关研究。由此可见，对机械采油效率进行深入研究，对于提高采油厂的整体运作效率具有重要的现实意义。

关键词：抽油机；机械采油；效率

抽油机井的整体运作效率是量化机采井工作状态的一项指标，它不仅可反应机采井的资源损耗情况，也可指明抽油机井的运行状态、生产总量的关键数据。就现阶段国内采油厂而言，多数采油厂的整体运作效率逐渐降低，因此需对抽油机井系统采取对应的精细化管理措施，以此提高整体采油效率。据此文章对抽油机的基本运作原理及工作效率进行简要叙述，并探讨影响其工作效率的相关因素，进而提出提高抽油机整体效率的对应方案。

1抽油机采油原理及效率概述

1.1基本运作原理

部分机井的机械采油装置存在结构相似性特征，其主要结构可分为两大部分，地表的机械采油装置与地下装置。地面设备多为机械抽油机及其他辅助设备，同时包括大量输油管道等。地下部分主要由抽油泵和驱动装置构成。机井中的机械采油装置通常在各部位加装多个传感器。当抽油机电机运转后，驱动卷筒旋转，卷筒带动柔性抽油杆进行联动，并搭配减速机、卷筒、抽油杆等单元协同运转，将电机的轴向运动转化为抽油泵柱塞直阶段的往复运动，柱塞往复运动将能量下压至地层原油中，使得原油在柱塞压力下逐渐达井口。柱塞在运动时的动力主要由抽油杆柱自重产生，借助抽油杆和柱塞的配合运作，完成了原油的开采作业。

1.2采油机的作业效率

抽油机系统的效率即为人为输入抽油机系统的总能量与地下原油开采总量之比，也可以理解为能量的输出与输入之比。该系统的整体效率越高，其原油产量越多。就实际而言，影响抽油机系统效率的因素存在多样性特点，在整体技术先进程度、技术能耗、技术集成度等多个方面均可提高系统的运作效率。如优化抽油机的能耗，减少电能投入，优化系统传动装置。也可在抽油机系统的地面设备与井下系统等方面进行优化，优化各个系统流程的运行控制管理，以此提高系统的效率，确保抽油机系统始终处于最佳状态。抽油机生产系统的优化工作应结合实际情况进行调整，若井下供液压力处于一定的范围时，则应结合油井的工作制度，适当调整各种抽汲参数，以此保证各子系统相互配合，进而实现最佳的生产效率。

2降低抽油机井机械采油效率的影响因素

2.1电机损失

当设备处于稳定运转状态时，分析表明，应保证电机工作时的输入功率达到额定功率的34-50%，这时可保证电机处于损坏最低状态，其总量约为输出功率的10%；当输入功率小于34%，则电机自身损耗上升；当输入功率大于50%，受抽油机工作的瞬时功率限制影响，可能出现电机过载现象。尤其是在抽油机不平衡时，其电机输出功率将在额定功率的-20%~120%内进行波动，这时电机的能量损耗将显著提高。

2.2皮带损失与减速箱损失

皮带松紧合适时，其整体传动效率普遍为91%~96%。窄V联组皮带具有较高的实用性。通常情况下，减速箱有三副轴承，且为滚动轴承，其传动摩擦损失为2.5%，若系统润滑不良，则摩擦损失将进一步提升。

2.3四连杆、密封盒以及抽油杆损失

四连杆损失主要涉及三副轴承的摩擦损失以及钢丝的变形损失，其损失程度约为5%。若轴承存在保养不良，损失也将随着提高。当密封盒损失处于正常情况下时，其功率损失数值约为6.5%。但若抽油机安装存在位置偏差，则可能导致光杆与密封盒的摩擦力显著增加。另外，摩擦力与所用密封材质之间密切相关。不同填料(如橡胶与石墨)的摩擦数值差距可达数倍，有条件的油田可采用石墨密封盒。抽油杆损失的产生原因是由摩擦和弹性变形所致，这一数值测试可知测试值约为14%~26%。摩擦力的提升导致载荷随之增长，进而导致功率消耗大大增加。

2.4皮带打滑

抽油机井皮带是能量传递的核心部件，皮带打滑与关键部件的接触面积、皮带松紧度等因素密切相关，抽油机皮带打滑现象将导致皮带使用寿命显著降低，耗电量大幅增长、系统效率降低。结合某采油厂相关数据可知，该采油厂皮带平均使用天数100天。在针对系统效率低于20%的井开展现场检查，其中80口井存在皮带打滑问题，上述机井的皮带平均使用寿命80天，普遍低于全厂平均水平。上述皮带测试中显示，其皮带平均传动效率88.81%，平均系统效率25%。皮带打滑使得抽油机井的传动效率变低，能耗提高，影响系统效率]。

3提升系统效率的措施

3.1调整机、杆、泵优化抽汲参数

针对新井或转抽的井，应结合系统效率最佳以及实际需求原则，统筹规划，不断调整采油工程方案，引进节能型设备。重新调整杆管及下泵深度，设定参数时尽量采用长冲程、慢冲次原则，以此强化抽油机整体的系统工作效率。

3.2引入节能技术设备，降低能量损失

针对抽油机载与电机功率利用率较低的机井，应及时更换小型或节能型抽油机。对大型抽油机，最小冲程，最小冲次或间抽的油井，需换低转速的电机及抽油机频率装置。

3.3完善作业监督及井下设备技术优化

完善作业监督，确保油管螺纹处要密封完好；对出砂井，应积极建立防砂筛管等；对于气油比高的井可根据实际情况适当加大泵的沉没度、装气锚以及周期性减少套管气压等措施，提高泵的充满系数。对偏磨的油井，采取抽油杆上加扶正器，减少抽油杆磨损。

3.4对抽油设备进行升级改造

积极引进新型长冲程抽油机，并逐步优化新型长冲程抽油机技术，运行过程中，确保实现长冲程、慢冲次的运行效果，以此强化抽油机的效率。调整抽油机的整体结构，对四连杆机构开展优化设计，调整运行模式，确保动力传输直接稳定，避免能量的损耗。如异相曲柄平衡抽油机的研制，二次平衡抽油机的应用，有效降低了抽油机的能源损耗问题，使得抽油机的效率得到大幅提升。另外，增加抽油机的转动惯量，采用节能设计方案，减小抽油机零部件自身的整体质量，应用节能蓄能器，也可实现节能目标。针对电动机进行优化，安装高转差率电动机，可显著降低电能损耗，进而提升整体系统的抽油效率。经过改造后，应用新型的抽油机系统，其整体抽油效率提升20％以上，满足预期设计要求，就实际效果而言，这一解决方案是提高抽油机系统效率的有效手段。

3.5提高地面系统整体效率

结合地面系统中对抽油机与电动机的研究可知，要提高地面系统的整体效率，应重点选择低功耗的电动机，降低输入端能源消耗，以此保证开采能量的高效化。在安装抽油机时，应合理匹配电动机，结合功率计算进行选择，避免出现不配套的情况。若所选电动机功率选择的过低，可能导致电动机消耗增加，无法满足抽油机的动力需要。若电动机功率选择超出限制，则可能导致能量的浪费，引起油田生产成本的增加，同时降低整个系统的效率。因此在选择电动机与抽油机的方案时，应优先确定最佳的功率因数，方可保证油田生产时刻处于高效率状态。选择高效节能的电动机，可提高地面系统的整体效率，同时提高抽油机的平衡度，避免受抽油机不平衡而出现能量过高问题，进而导致抽油机系统的效率大减。如果抽油机在往复运动中无法保持平衡，也可能导致电动机做功出现波动，使系统的效率降低。在抽油机系统运行过程中，应定期检查抽油机状态，可借助测试抽油机往复行程电流的方式，判断抽油机是否平衡，若状态失衡，则需对抽油机进行调整平衡的操作，确保其处于平衡状态，才能降低能量的消耗，提高系统的运行效率。

4结语

抽油机系统效率是采油厂生产的核心指标。由于影响系统运作的因素多种多样，既与抽油机设备及抽汲参数密切相关，同时也受井况和油井管理水平影响。采取提高日常管理强度、优化抽汲参数、优选机抽配套设备等措施，可全面提高抽油机井系统效率。