吐哈油田提高抽油井系统效率的技术研究与应用

马玉花（中石油吐哈油田分公司工程技术研究院，新疆 鄯善838202）

王 勇（中石油吐哈油田分公司吐鲁番采油厂，新疆 鄯善838202）

刘 兵（中石油吐哈油田分公司工程技术研究院，新疆 鄯善838202）

钟 银（中石油吐哈油田分公司温米采油厂，新疆 鄯善838202）

段志英（中石油吐哈油田分公司工程技术研究院，新疆 鄯善838202）

吐哈油田提高抽油井系统效率的技术研究与应用

马玉花（中石油吐哈油田分公司工程技术研究院，新疆 鄯善838202）

王 勇（中石油吐哈油田分公司吐鲁番采油厂，新疆 鄯善838202）

刘 兵（中石油吐哈油田分公司工程技术研究院，新疆 鄯善838202）

钟 银（中石油吐哈油田分公司温米采油厂，新疆 鄯善838202）

段志英（中石油吐哈油田分公司工程技术研究院，新疆 鄯善838202）

针对吐哈油田抽油井存在的深抽大负荷、供液不足、气体影响较重、井下功耗大、抽油机不平衡以及普遍存在的“大马拉小车”等现象，对抽油井系统效率进行了分析，从5个方面进行了技术研究与应用：解决地面损失耗功的配套技术；解决井下损失耗功的配套技术；解决供液不足引起的井下效率低的配套技术；功率精确平衡分析技术；电机配带功率优化技术。形成吐哈油田提高抽油井系统效率技术系列，达到了抽油井节能、降耗、增效生产的目的。

系统效率；抽油机；机械采油；节能；增效；吐哈油田

2006年吐哈油田共有抽油井1077口，开井834口，占总开井数的89.1%，抽油井产量占原油总产量的80.9%。抽油井为吐哈油田的主要采油方式，其能耗占总能耗的30.18%，深抽大负荷、供液不足、气体影响较重、井下功耗大、抽油机不平衡以及普遍存在的“大马拉小车”等现象是目前抽油井工作系统需要解决的主要矛盾［2］。为此，吐哈油田开展了提高抽油井系统效率的工作，研究了一系列提高抽油井系统效率的配套技术，取得了较好的经济和社会效益。

1 抽油井系统效率分析

抽油井系统效率是指地面电能传递给井下液体，将液体举升到地面的有效做功能量与输入能量之比。即：抽油机井的有效功率与电动机输入功率之比［1］。

有效功率是指将井内液体输送到地面所需要的功率；输入功率是指拖动机械采油设备的电动机的输入功率。

抽油井系统效率可分为地面效率和井下效率两大部分。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；悬绳器以下到抽油泵，再由抽油泵到井口的效率为井下效率，即：

式中，地面效率包括电动机效率、皮带和减速箱效率、四连杆机构效率；井下效率包括井口盘根盒效率、抽油杆效率、抽油泵效率和油管效率。

2 提高抽油井系统效率技术对策

由于抽油井系统效率由地面效率和井下效率两部分组成，那么提高系统效率的途径主要就是增加有效举升功率、降低损失功率。损失功率包括地面损失功率和地下损失功率。围绕提高抽油井系统效率的途径，结合吐哈油田抽油井潜力，有针对性地开展了5个方面的技术研究工作。

2.1 解决地面损失耗功的配套技术

地面损失耗功主要包括电机损失、皮带传动损失、减速箱损失、四连杆损失、盘根盒损失、抽油机摩擦损失。为解决这一问题，在现场应用中主要通过推广两级平衡抽油机、推广应用节能系列电机、采用永磁同步电机和石墨盘根密封系统等来达到提高地面效率的目的。推荐的节能组合为：节能电机＋节能抽油机＋石墨盘根。

2.2 解决井下损失耗功的配套技术

井下损失耗功包括杆管摩擦损失、液体摩擦损失、活塞摩擦损失、凡尔摩擦损失等。针对井下耗功大的井，研究的思路一是强化杆、管、柱的优化设计，对于存在轻微失稳弯曲的井，采用合理匹配油井工作制度、优化杆柱组合、消除失稳弯曲加以解决；二是对于失稳弯曲严重的井，将防磨与降耗有机结合起来加以研究共同解决，除强化优化设计外，引进配套完善了防磨降耗工具组合（防失稳补偿器、加重抗偏磨副、分散浮力接箍等）来减轻、转移磨损对象，达到防磨降耗提高系统效率的目的。

2.3 解决供液不足引起的井下效率低的配套技术

主要通过改变油井的工作制度，依据“较大泵径、长冲程、慢冲次”的优化原则及系统效率的敏感性分析，研制了二级减速器，同时调研引进了低转速永磁同步电机技术，引进了低转速永磁同步电机，达到降低冲次和提高功率因数的目的。

2.4 功率精确平衡分析技术

抽油机电流平衡法有两个方面的弊端，一是该方法以峰值电流作为判断平衡与否的依据，峰值电流不能准确反映抽油机一个周期内的全过程，因而带有片面性；二是这种判断易出现假平衡，即从电流峰值看是平衡的，但这个现象可能是平衡过重，在上行时做负功引起的。为此，引进了功率精确平衡分析技术，该技术是对功率曲线进行傅里叶分解，求出不平衡功率，计算出最佳平衡调整量，从而达到均方根功率、均方根扭矩最小，实现抽油机最安全、电机发热量最少的目标。

2.5 电机配带功率优化技术

针对吐哈油田存在的抽油井“大马拉小车”的问题，引进完善了电机配带功率优化技术，该技术是通过功率测试及负载率分析，优选功率需求，从而达到电机功率的合理匹配。

3 矿场应用效果分析

1）节能抽油机应用及效果 ①改造常规游梁抽油机。2001年以来，吐哈油田共改造在用常规游梁抽油机75台，改造后平均单井节能4kW，节电率为27.7%。②推广应用节能抽油机。油田共推广应用节能抽油机324台，应用后电机工作电流下降25%～50%，地面效率达到72%。③配套抽油机节能装置。推广应用智能型空抽控制器60台，用后节电达到35%以上。

2）二级减速器的应用及效果 2007～2008年在鄯善、温米、丘陵等油田共应用二级减速器18井次，保持产液不变的情况下，平均系统效率提高6.07%，平均单井日节电达到51.23kW·h。

3）防磨降耗综合技术的应用及效果 防磨降耗综合技术主要是采用井下防磨降耗工具等装置转移磨损对象或减轻磨损，实现节能降耗、延长检泵周期的目的。防失稳补偿器、加重抗偏磨副、分散浮力接箍等3种井下防磨降耗工具在鄯善、温米和丘陵等油田应用了12井次，取得了较好的防磨降耗效果。平均系统效率提高8.79个百分点，平均单井日节电32.16kW·h。

4）永磁同步电机的应用及效果 试验引进低转速永磁同步电机，引进电机主要以22、30kW为主，其最小冲次为2.2次/min。2008年丘陵、温米、吐鲁番等采油厂相继推广应用，截至2008年10月，吐哈油田共应用低转速永磁同步电机209台，措施井平均系统效率提高4.59个百分点，平均单井日节电32.85kW·h。

5）功率精确调平衡技术的应用及效果 截至2008年10月，吐哈油田共进行抽油机平衡调整268井次，调整后平均系统效率提高3.57个百分点，平均单井日节电22.87kW·h。

4 结 论

1）吐哈油田抽油井提高系统效率措施主要以供液不足、井下耗功、抽油机平衡调整等挖潜措施为主。

2）项目研究形成了一系列适合吐哈油田提高抽油井系统效率的配套技术，在现场应用中取得了较好的效果，平均系统效率提高3.11个百分点。

3）吐哈油田提高抽油井系统效率工作取得了显著的经济效益和社会效益，具有广阔的应用前景。

［1］李颖川.采油工程［M］.北京：石油工业出版社，2002.

［2］李道品.低渗透油田高效开发决策论［M］.北京：石油工业出版社，2003.

TE355.5

A

1000－9752（2010）05－0311－02

2010－03－05

马玉花（1973－），女，1997年石油大学（华东）毕业，工程师，现主要从事采油工程技术研究与应用工作。

［编辑］ 萧 雨