抽油机井系统效率计算及能耗节点分析

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1、抽油机井系统效率计算及能耗节点分析　　摘要：针对常规抽油机采油系统存在系统能耗高、效率低的问题，借鉴油田内对抽油机的理论分析结果，分析了抽油机系统各节点的能耗状况，对高能耗节点开展了针对性地分析研究，并采取有效方法，为现场节能措施提供指导作用。　　关键词：抽油机系统；节点的能耗　　中图分类号：TE933文献标识码：A文章编号：　　1有用功计算方法　　常规计算系统效率的公式：　　η=QHρg/86400P电　　式中：η—机械采油井的系统效率，%；Q—抽油机井日产液量，m3/d；H—泵举升液体的有效扬程，m；ρ—抽油机井液体密度t

2、/m3；P电入—电机的输入功率或抽油机井的实耗功率，KW。　　公式表明，影响系统效率的主要因素是产液量、有效举升高度和耗电量。为此，从有杆泵抽油井的能量损失入手，分析各节点处能量损失对系统效率的影响。　　有杆泵抽油井的能量损失包括地面和井下两部分，见油井单耗关联图1。　　有杆泵的系统效率公式：　　η=ηuηd，（1）　　式中：η—有杆泵的系统效率，无量纲；ηu—地面部分效率，无量纲；ηd—井下部分效率，无量纲。　　　　　　　　　　　　图1油井单耗关联图　　地面部分的能量损失，发生在电动机、皮带-减速箱、四连杆机构中，因此：　　

3、ηu=η1η2η3，（2）　　井下部分的能量损失发生在盘根盒、抽油杆柱、深井泵以及管柱中，因此：　　ηd=η4η5η6η7，（3）　　2能量损失计算方法　　根据能量守恒定律，输入功率P入应当等于有效功率P有与损失功率ΔP的和，即：　　η系统=P有/P入=1-ΔP/P入，（4）　　公式表明，抽油机井系统效率只取决于损失功率与输入功率之比。根据抽油机井系统的组成情况，可以把抽油机井系统的功率损失分为八个部分：　　（1）电机部分的损失ΔP。　　（2）带传动部分的损失ΔP。　　（3）减速箱部分的损失ΔP。　　（4）四连杆部分的损失ΔP

4、。　　（5）盘根盒部分的损失ΔP。　　（6）抽油杆部分的损失ΔP。　　（7）抽油泵部分的损失ΔP。　　（8）管柱部分损失ΔP。　　为此，从以上八个方面对系统效率的影响进行了分析，具体数据见表1。理论分析表明，能耗节点主要包括电机、皮带、减速箱、四连杆、盘根盒、抽油杆、抽油泵、管柱等八个主要节点。皮带传动效率、减速箱效率、四连杆效率、盘根盒效率均达到90%以上，由表1可知，对能耗影响较大的因素主要是电机、抽油泵、抽油杆、管柱。依据相关技术文献资料和现场试验及理论分析结果，常规抽油机-有杆泵抽油系统中能耗点的节点损耗由高到低依次为

5、电机、抽油泵、管柱、抽油杆、四连杆、减速箱、盘根盒、皮带。　　　　表1油田内抽油机各节点能耗状况理论分析结果　　　　　　2抽油机井能耗主要影响因素分析　　2.1地面主要因素影响　　电机的影响关键在于电机负载率的影响。目前电机平均负载率29.5%，主要是由于抽油机在运转过程中负荷具有交变载荷的特点，要求再选择驱动电机时留有足够的裕度，满足抽油机的启动要求。电机在正常运行时以轻载运行，存在“大马拉小车”现象，使电机的负载率低，对机采系统能耗影响较大。电机负载率过低时，电机效率和功率因数下降，严重影响抽油机系统能耗。由图2可知，当电

6、机负载率低于20%时，电机功率因数低于0.3；当电机负载率高于80%时，电机功率因数将达到0.8以上。因此，为保证抽油机在负载波动的情况下，避免反发电现象，电机在功率因数应控制在0.5-0.7之间运行。　　　　　　　　　　　　　　图2功率因数随负荷率的变化曲线　　2.2井下主要因素影响　　（1）抽油杆对耗能的影响。抽油杆的损失功率主要包括黏滞损失功率和滑动损失功率。黏滞损失功率主要取决于举升过程中的液体黏度、泵挂深度、管径、杆径、冲程、冲次等6个因素，并随之增加而增加。滑动损失功率主要取决于井斜的水平轨迹长度、冲程、冲次、抽油

7、杆重度以及杆管材质这5个因素，并随之增加而增加。分析可知，通过抽油杆质量和减小泵挂深度，降低冲次、冲程等，同时优化抽油杆的杆径、材质组合，可减少黏滞功率损耗和滑动功率损耗，最终提高抽油杆效率。　　（2）管柱结构。油井正常抽汲过程中，由于液柱载荷使抽油杆柱和油管柱发生伸缩变形，引起活塞和泵筒在一定范围内相向运动，使活塞的冲程小于光杆冲程，其值称为冲程损失。冲程损失越大，产量损失也越大，泵效就降低得越多。　　（3）光杆与盘根盒间的磨阻。光杆与盘根盒间的磨阻盘根盒起密封流体作用，测试结果证明，盘根盒密封过紧时光杆上下行程中磨阻的增加

8、可引起驴头悬点负荷变化1～2t，为克服变化的负荷，电机功耗会大幅上升。　　（4）泵的影响。抽油泵效率是机采系统井下效率重要的一部分，其功率损失主要为抽油泵柱塞与衬套之间的摩擦损失、泵漏失损失和产出液流经泵阀时由于水力引起的功率损失。　　2.3设计和管理　　（1）抽油机参数。研