提高有杆泵采油系统效率的方法.doc

摘 要结合油田生产工作实际，着重分析了机械采油系统有杆泵系统效率的组成、有杆泵理论系统效率、有杆泵实际系统效率、机械采油井系统效率测试及其计算方法，并对影响机械采油有杆泵系统效率十个方面的主要因素进行了分析，提出了提高抽油机井系统效率的方法和途径。关键词：机械采油，系统效率，有杆泵，节能目 录第1章 前言1第2章 有杆泵系统效率22.1有杆泵系统效率的构成22.2 有杆泵理论系统效率22.3 有杆泵实际系统效率2第3章 机械采油井系统效率测试及计算方法33.1 适用范围33.2 定义33.3 测点选择及测试参数43.4 计算公式4第4章 影响机械采油有杆泵系统效率的主要因素6第5章 提高机械采油有杆泵系统效率的途径和方法7参考文献10致 谢111第1章 前言机械采油是利用机械方法将原油从井筒提升到地面的生产过程。目前，机械采油在国内外的油田开发中约占油井总数的90左右。其中又以有杆泵机械采油所占比重最大，而且绝大多数为抽油机井。提高机械采油系统的运行效率，已成为各油田节能降耗、降低生产成本、提高经济效益的一个重要的问题。近几年来，各油田围绕提高机械采油系统的运行效率做了大量的工作，取得了良好的效果。以胜利油田为例，全油田机械采油系统的平均运行效率由过去的18左右提高到现在的25左右。但与中国石化集团公司总的节能期望目标以及国外先进油田的34以上的系统效率相比，仍有一定差距。造成这种状况的原因主要有：相当一部分井的动液面在井口而泵挂较深；部分井的产液量比较低；部分电机的效率低；大马拉小车；部分井的套压比回压大造成有效扬程较低等。若能解决好这些问题就可以大幅度地提高机械采油系统的效率，节约大量电能。由此可见，开展机械采油系统的节能潜力分析与研究是十分必要的。第2章 有杆泵系统效率2.1有杆泵系统效率的构成有杆泵系统分为地面和地下两个部分八个单元。地面部分：电机、皮带、减速箱、四连杆、悬绳、盘根。地下部分：管杆柱、深井泵。抽油机常用的动力装置是Y系列三相异步电动机。Y系列电机效率为92左右。传动皮带常用的是三角皮带，传动效率为9798。减速箱的效率为9597。四连杆机构有三个活动铰链点、三副滑动轴承，其传动效率为9194。悬绳一般使用钢丝绳。由于钢丝绳的弹性变形造成部分功率损失，其传动效率为9899。井口光杆与盘根间摩擦力的大小除受光杆本身光洁度的影响外，还受到盘根压紧程度的影响。理想情况下，传递效率可达9899。管杆柱部分损失主要包括井下的各种摩擦损失和弹性伸缩造成的功率损失，其效率可达91.6。深井泵效率主要受三方面因素的影响：管杆柱的弹性伸缩、气体或充满度的影响、漏失影响。其效率可达85.288.4。2.2 有杆泵理论系统效率(1)地面部分效率： =7282(2)地下部分效率： =7780(3)单井理论系统效率： = =55652.3 有杆泵实际系统效率(1)平均系统效率=100%式中 一个区块的抽油机井平均系统效率，；单井抽油机输入功率，kW；单井抽油机系统效率，。(2)单井系统效率式中 Q单井日产液量，； H有效扬程，m； 电动机输入功率，KW； 油井液体密度，； 重力加速度，9.8m。第3章 机械采油井系统效率测试及计算方法3.1 适用范围本测试方法是关于游梁式抽油机一深井泵采油井(抽油机井)系统效率的测试方法。它适用于抽油机井系统效率和各分效率的测试。3.2 定义(1)抽油机井系统：包括电动机、抽油机、抽油杆、深井泵、井下管柱和井口装置。(2)抽油机的输入功率：拖动抽油机的电动机的输入功率为抽油机的输入功率。(3)抽油机井的光杆功率：光杆提升液体和克服井下各种阻力所消耗的功率为抽油机的光杆功率。(4)抽油机的有效功率：在一定扬程下，以一定的排量将井下液体提升到地面所需要的功率为抽油机的有效功率，也叫水功率。(5)抽油机井的系统效率：抽油机的有效功率与输入功率的比值为抽油机的系统效率，即抽油机的系统效率可分为地面效率和井下效率两部分。以光杆悬绳器为界，悬绳器以上的机械传动效率和电动机运行效率的乘积为地面效率；悬绳器以下到深井泵，由深井泵再到井口(包括回压)的效率为井下效率。(6)抽油机井的地面效率：光杆功率与电动机输入功率的比值为抽油机的地面效率，即(7)抽油机井的井下效率：抽油机的有效功率与光杆功率的比值为抽油机井的井下效率，即3.3 测点选择及测试参数(1)在进行输入功率、电流、电压、功率因数、上下行电流的测试时，一定要在自控箱的输入端进行，不要在电机处进行，否则会把电容的电流包括在里面。这样，所测参数将比实际值要小，是不准确的。(2)测试参数包括：输入功率、电流、电压、功率因数、上下行电流、回压、套压、动液面、日产液量、含水率、原油密度、示功图。3.4 计算公式(1)电动机输入功率：通过仪器(电能平衡测试仪或电动机经济运行测试分析仪)直接测得或先测得电流、电压、功率因数后再通过公式计算 KW(2)光杆功率：由示功图计算式中 抽油机井的光杆功率，kW；A示功图的面积，；示功图减程比，mmm；示功图力比，Nmm；实测平均冲次，次min。(3)有效功率式中 有效功率，kW；油井日产液量，；有效扬程m；油井液体密度，；重力加速度，9.8m。(4)有效扬程式中 油井动液面，m；井口油管压力，MPa；井口套管压力，MPa；油井液体密度，；重力加速度，9.8m。(5)油井液体密度式中 含水率，；原油密度，；水的密度，。(6)抽油机单井系统效率(7)平均系统效率式中 个区块的抽油机井平均系统效率，；单井抽油机输入功率，kW；单井抽油机系统效率，。第4章 影响机械采油有杆泵系统效率的主要因素抽油机井系统效率在理论上可以达到55 65，但是从最近几年的油田现场测试结果看，实际平均系统效率只有25左右，即使是平均系统效率最高的区块也只有30左右，不到抽油机井系统效率理论值的50。影响抽油机井系统效率的主要因素有：(1)电机负载率的影响。常用电机最佳运行效率在额定负载附近，即在0.71.1之间，而现场上大多数电机的负载率都比较低，一般只有30左右。因此“大马拉小车”是造成电机运行效率低的主要原因。油田的实验表明，提高电机负载率5 10，系统效率可提高24，节电率可达10左右。(2)传动皮带的影响。采用三角皮带传动时，由于其弹性方面的原因，其张紧程度难以保证，不可避免地要出现相互错动、打滑和震动，造成部分能量损失。(3)抽油机的影响。普通游梁式抽油机采用的是对称循环工作方式，上下冲程的运行时间相同，平衡重和悬点负荷重对曲柄轴产生的迭加扭矩呈周期性波动，其幅度和频率都比较大。抽油机的这种工作状况对三相异步电动机来说是不理想的，造成能耗偏高、系统效率偏低。(4)平衡程度的影响。抽油机的平衡程度反映了抽油机运行的平稳程度，其好坏直接影响到抽油机的耗电量，现场测试表明，在不同的平衡状况下，电动机电流有较大差异，从而造成输入功率的变化。即使抽油机轴功率相同，也可能造成输入功率有较大的变化。(5)盘根的影响。盘根在使用中与光杆摩擦产生阻力，根据其材质及压紧程度的不同产生的阻力有较大的变化，由于阻力的作用，造成耗电量的增加。(6)工作制度的影响。工作制度直接影响到整个抽油系统。合理的工作制度(冲程、冲次、泵径)可使排液量与地层的供液量相匹配，使泵在较佳的工作状况下工作，提高产液量。(7)油管伸缩的影响。由于油管下端不固定，所以油管的伸缩会使地面传递下去的功率和冲程损失一部分，特别是深抽井，油管的伸缩带来的损失最大。(8)气体对泵的影响。泵的充满程度是影响泵效的主要因素之一。在生产过程中由于气体的影响，使泵不能有效充满，降低了泵的排量及井下效率。(9)泵漏的影响。随着深井泵工作时间的延长，各种磨损也随之增加，造成深井泵的漏失，从而使泵效降低。(10)抽油杆弯曲及摩擦的影响。在抽油过程中，抽油杆柱有时和油管摩擦，特别是抽油杆的下部弯曲，造成有效载荷的波动，使系统效率降低。第5章 提高机械采油有杆泵系统效率的途径和方法(1)合理配置电机。配置电机应充分利用电机的负载能力，尽量做到使电机的负载率达到或接近最佳负载率，即在0.71.1之间。生产过程中，可按实测功图采用如下公式计算光杆功率，合理选择电机。式中 光杆功率，kW；实测最大负荷，kN；实测最小负荷，kN；冲程，m；冲次，次min。(2)使用新型节能系列电机。(3)采用终端无功补偿，提高功率因数。目前，全厂所有的抽油机自控箱都安装了电力电容器，全部实现了对线路的无功补偿，功率因数由补偿前的不足04提高到现在的055左右，效果非常明显。(4)选用高效传动带。采用窄形联组带或齿形同步带，以克服因震动、打滑现象造成的损失。使用普通三角带以每组5根为最佳组合。(5)使用节能抽油机。现在油井上使用的抽油机多数为普通游梁式抽油机，节能抽油机的数量较少。目前，在油井上使用的节能抽油机主要有两种：一种是异向曲柄平衡抽油机，它是非对称循环的梁式抽油机，即悬点的上行曲柄转角大于180。，下行曲柄转角小于180。，悬点上行所用的时间比下行所用的时间略长，这样悬点上行速度曲线比较平缓，加速度减小，动载也就相应减少，故比普通游梁式抽油机省电，并且可以提高泵效；另一种是链条抽油机，它具有冲程长、负荷能力大，平衡效果好、省电等特点，特别适合在稠油井和中深井上使用，链条抽油机悬点运动均匀、电机损耗小、工作电流小、效率高。(6)使用耐油橡胶盘根，对有偏磨的井口应安装使用井口扶正器。(7)安装抽油杆扶正器，减小抽油杆与油管之间的摩擦。(8)安装油管锚，减小因油管伸长造成的能量损失。(9)安装气锚。对于油气比较高的井，使用气锚可提高泵的容积效率。(10)使用高效深井泵。针对油井的特点，采用相应的深井泵，如稠油泵、防砂卡泵等。(11)使用抽油机诊断技术。对抽油机井生产过程中的诸如环空液面、沉没度、供液能力、参数匹配、平衡块位置设置、杆柱应力、泵的充满程度、活塞冲程、凡尔漏失、间隙漏失等因素进行综合分析和处理，可有效地提高机械采油系统效率。(12)使用节能控制柜。特别是ZJK智能节电控制器和Power P1anner电动机高效节能器的节能效果较好。通过现场试验综合节电率分别达到了23.50和15.98，是较理想的油井电机配套节能控制设备。第六章 结论提高