提高有杆泵井系统效率的措施幻灯片

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Xi’anShiyouUniversity影响系统效率的因素抽油机节能技术电机节能技术系统优化设计技术抽油机井间开技术几点认识主要内容

1Xi’anShiyouUniversity一、影响系统效率的因素—系统输入功率，即拖动抽油机所用电动机的实际输入功率，kW—系统有效功率，即水力功率或水功率，指在一定时间内，将一定量的液体提升一定高度所需要的功率，kW1、系统效率的定义有效功率与电机输入功率的比值有效举升高度

2Xi’anShiyouUniversity如某抽油机井产量148.89m3/d，井液平均相对密度为0.9，动液面深度167.8m，井口回压0.2MPa，套压0.22MPa。计算系统效率。一、影响系统效率的因素

3Xi’anShiyouUniversity根据有杆抽油系统工作的特点，可以光杆悬绳器为界，将整个系统分为地面和井下两部分：—光杆功率，指提升液体和克服井下损耗所需要的功率，也是抽油机传递给光杆的功率，kW井下效率：地面效率：2、系统效率的分解一、影响系统效率的因素

4Xi’anShiyouUniversity地面效率=电机效率皮带效率减速箱效率四连杆效率井下效率=盘根盒效率杆柱效率抽油泵效率油管柱效率一、影响系统效率的因素

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6Xi’anShiyouUniversity（1）电机效率对于广泛使用的异步电机：功率因数值总是随输出功率的降低而减小的。异步电机的额定效率是随电机的型号、转速和功率而变化的。电机的额定效率随电机的功率增加而增大；随着电机同步转速的降低而减少。Y系列异步电动机的额定效率一、影响系统效率的因素

7Xi’anShiyouUniversity皮带种类效率(%)平带83-98普通V带87-92窄V带90-95多楔带92-97同步带93-98（2）皮带效率滑动损失摩擦损失风阻损失多条皮带传动时，各条皮带间载荷不均皮带轮的弯曲损失皮带的传动效率一、影响系统效率的因素

8Xi’anShiyouUniversity（3）减速箱效率主要是传动中的磨擦损失，其效率约为90%。（4）四连杆效率主要是轴承磨擦损失和钢丝绳变形损失，其效率约为95%。（5）盘根盒效率主要是磨擦损失，一般情况下摩擦力随工作压力、压缩量、密封材质、硬度、接触面积等的增加而增大，随运动速度、温度等提高而减少。（6）杆柱效率主要是磨擦损失和弹性变形损失一、影响系统效率的因素

9Xi’anShiyouUniversity（7）抽油泵效率包括机械损失，容积损失与水力损失，统称之为抽油泵损失。当原油粘度低时，抽油泵的功率损失主要为漏失损耗，粘度高时，主要为机械摩擦损失。（8）油管柱效率一是由于油管漏失引起的功率损失即容积损失，二是由于原油沿油管流动引起的功率损失即水力损失，主要为水力损失。一、影响系统效率的因素

10Xi’anShiyouUniversity4、各种影响因素的敏感性分析敏感性分析也称灵敏度分析，是技术、经济决策中常用的一种不确定性分析方法。把1口井分为管理因素、油井因素、抽汲因素3个方面共22个参数的影响。一、影响系统效率的因素

11Xi’anShiyouUniversity华北油田阿32井参数调整前后敏感性程度排序结果一、影响系统效率的因素

12Xi’anShiyouUniversity（1）冲次统计安塞油田对单纯调小冲次的油井，降低冲次后油井地面效率、井下效率都有不同程度的上升。类别泵径mm冲程m冲次min-1产液m3/d地面效率%井下效率%系统效率%日耗电kwh调前32.911.925.83.815027.3813.6980.64调后32.921.913.983.9652.0838.9320.1460.48理论仿真结果一、影响系统效率的因素

13Xi’anShiyouUniversity（2）冲程安塞杏23-017井实测数据调小冲程后系统效率上升幅度不大，但调小冲程后使油井输入功率下降，可使油井耗能下降10%以上，提高产液量。一、影响系统效率的因素

14Xi’anShiyouUniversity（3）泵径安塞王50-030井调大泵径后，其地面效率下降，井下效率增加，但系统效率只上升了0.07%，耗电量增加3.17kwh/d，泵径调大后系统效率上升幅度较小。对提高系统效率贡献不明显。泵径mm日产液m3/d日产油t/d动液面m输入功率kW有效功率kW光杆功率kW地面效率%井下效率%系统效率%326.055.087782.4490.5331.2952.6341.4221.8386.145.177672.5810.5811.2242.6347.6222.5塔河油田不同泵径系统效率统计一、影响系统效率的因素

15Xi’anShiyouUniversity（4）下泵深度统计新疆油田采油二厂八区151口不同下泵深度的油井，系统效率随下泵深度的增加呈现出逐步递减的趋势。胜利纯梁采油厂三矿上提泵挂措施前后效果对比平均日耗电量降低了63kW·h，平均系统效率提高了6.1%。一、影响系统效率的因素

16Xi’anShiyouUniversity（5）抽油机机型过分考虑设备的“储备”能力，选择的机型（包括装机功率）过大，会存在“大马拉小车”现象。新疆百口泉采油厂不同抽油机机型的地面效率一、影响系统效率的因素

17Xi’anShiyouUniversity（6）电机功率和型号安塞杏3-09井和杏7-05井两口井更换小功率电机（更换前后均为Y系列三相异步电机）后，功率因数和系统效率都上升。井号功率（kW）电流（A）有功功率（kW）无功功率（kW）功率因数测试时间（min）系统效率（%）X3-0913.518.023.17611.020.2825813.07X3-097.55.6481.6141.5980.7125825.72X7-05169.9184.6823.2080.82102423X7-05116.4473.9670.6870.98102427.15一、影响系统效率的因素

18Xi’anShiyouUniversity新疆陆梁油田普通电机地面效率统计一、影响系统效率的因素Y系列YCY系列

19Xi’anShiyouUniversity（7）产液量由有效功率计算公式可知，动液面稳定时，产液量越高，有效功率就越高，系统效率也就越高。同时，通过理论仿真和测试分析，同样表明系统效率随油井产液量的增加而上升。实测产液量与系统效率关系安塞油田陆梁油田一、影响系统效率的因素

20Xi’anShiyouUniversity（8）沉没度沉没度太小，液量低，系统效率低；沉没度太大，泵挂渗，杆柱重量加大，能耗增加，系统效率也低。冀东油田246口抽油机井系统效率与沉没度关系一、影响系统效率的因素

21Xi’anShiyouUniversity（9）抽油机平衡度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，大庆采油九厂在水力模型井进行了平衡度对系统效率的影响试验，平衡度为80%～110%时能耗最低。一、影响系统效率的因素

22Xi’anShiyouUniversity（10）开井时间低产油井实行间开可提高系统效率，系统效率提高幅度和节电量随产量、泵效增加而增大，单井节电可达40kW·h/d。序号井数（口）产液(m3/d)泵效(%)间开前系统效率（%）系统效率提高值（%）系统效率增加幅度(%)日节电（kW·h）1120.786.253.31.0132.7245.922191.2610.26.042.6744.1838.013111.56197.144.7566.2550.53安塞油田油井间开与系统效率关系一、影响系统效率的因素

23Xi’anShiyouUniversity（11）气油比和含水气油比越大、含水率越低，即气液比越大，系统效率越低。理论仿真结果一、影响系统效率的因素

24Xi’anShiyouUniversity小结：系统能量损失的主要原因是系统输入的能量大部分做了无用功，通过各种措施减小这部分无用功可实现抽油机井的各组成部分的节能降耗。系统效率受油藏地质特征、油气水物性、设备类型与设备特性参数、油井参数与管理参数的综合影响。不同地层条件下，各种影响因素的敏感程度不同，应根据实际情况，对症下药，提高系统效率。通过优化设计，抽油机井系统效率可以大幅度提高。一、影响系统效率的因素

25Xi’anShiyouUniversity5.国内外系统效率统计有杆泵采油是最主要的采油方式井数：中国80%，美国85%，俄罗斯75%产量份额：产油量的75%，产液量的60％能耗统计系统效率：中国26%，美国40%用电量：占整个油田用电量的25-30%与世界水平相比则有相当的差距，大量的能量在原油举升过程中被损耗掉，系统效率的提高还有很大的空间和潜力。如果能够将抽油机的系统效率平均提高5个百分点，那么全国每年将节约近10亿度电。一、影响系统效率的因素

26Xi’anShiyouUniversity油田中石油长庆采一长庆采二长庆采三长庆采四长庆采五大庆玉门统计井数（口）87442274014071208389168322441249系统效率（%）22.518.0918.0322.419.6520.7531.125油田江苏胜利辽河新疆华北大港中原江汉统计井数（口）64618351113719564348124802226522系统效率（%）25.627.217.423.321.225.127.316.3国内部分油田的系统效率一、影响系统效率的因素

27Xi’anShiyouUniversity安塞油田系统效率统计注：中石油平均吨液耗电14.97kW·h。一、影响系统效率的因素

28Xi’anShiyouUniversitySY/T6275-2007《油田生产系统节能监测规范》代替SY/T6275-1997《石油企业节能监测综合评价方法》，规定了电机功率因素是电机运行指标、平衡度是抽油机运行指标、系统效率是能量利用水平指标。监测项目限定值节能评价值功率因数≥0.4－平衡度（%）80≤平衡度≤110－系统效率（%，稀油）≥18/(k1·k2)≥29/(k1·k2)油田类型特低渗低渗中高渗k11.61.41.0下泵深度（m）<15001500-2500>2500k21.01.051.1SY/T6374-2008《机械采油系统经济运行规范》代替SY/T6374-1998，规定了机械采油系统经济运行的技术要求、判别与评价方法和管理与维护措施。一、影响系统效率的因素

29Xi’anShiyouUniversity影响系统效率的因素抽油机节能技术电机节能技术系统优化设计技术抽油机井间开技术几点认识主要内容

30Xi’anShiyouUniversity二、抽油机节能技术常规游梁式抽油机具有结构简单、制造容易、可靠性高、维修方便、适应现场工况等优点，在采油机械中占有举足轻重的地位，在今后相当长时间内仍是油田首选采油设备。但由于常规游梁式抽油机本身的结构特征，决定了它平衡效果差，曲柄净扭矩大，存在负扭矩，载荷率低、工作效率低和能耗高的缺点。游梁平衡曲柄平衡复合平衡

31Xi’anShiyouUniversity1、节能型抽油机节能型抽油机多数是在常规游梁式抽油机的基础上改造而成，目的是为了提高冲程、节能或改善抽油机的结构特性与受力状态。主要包括下偏杠铃型抽油机、调径变矩型抽油机、双驴头抽油机等。（1）下偏杠铃型抽油机在游梁式抽油机的基础上，利用下偏杠铃来平衡和削减抽油机峰值扭矩，可以根据井况合理匹配下偏杠铃的位置和重量，继承了常规游梁式抽油机的全部优点，平衡效果好，性能可靠。二、抽油机节能技术

32Xi’anShiyouUniversity（2）调径变矩型抽油机调平衡＝加减小配重块＋调径变矩，通过调换不同直径变径销改变吊臂与游梁的夹角，同时改变配重运行轨迹使配重最大平衡力矩位置可调，针对载荷峰值位置精确调平衡。调整简单易行。二、抽油机节能技术

33Xi’anShiyouUniversity（3）双驴头抽油机（异型游梁式抽油机）二、抽油机节能技术

34Xi’anShiyouUniversity（4）矮型异相抽油机（5）摩擦换向抽油机二、抽油机节能技术

35Xi’anShiyouUniversity（6）渐开线抽油机（7）摆杆式抽油机二、抽油机节能技术

36Xi’anShiyouUniversity（8）偏轮式抽油机（9）皮带抽油机二、抽油机节能技术

37Xi’anShiyouUniversity项目产液（m3/d）产油（t/d）动液面（m）系统效率（%）吨液百米耗电（kW·h）节电率（%）常规抽油机2.991.84120314.622.03－异相抽油机2.961.91119915.891.887.40下偏复合抽油机2.781.88121116.091.849.35大庆油田不同抽油机节能效果安塞油田不同抽油机节能效果二、抽油机节能技术

38Xi’anShiyouUniversity2、抽油机平衡调整技术抽油机的工作特点是典型的周期交变载荷，抽油机的平衡度对抽油机井的耗电量有一定的影响，平衡差的油井能耗大，同时平衡状况的好坏，直接影响抽油机四连杆机构、减速箱和电机的效率及使用寿命。因此，调整抽油机的平衡，可以降低地面能量损失。电流时间扭矩功率抽油机平衡调整二、抽油机节能技术

39Xi’anShiyouUniversity根据电流曲线判断和调整平衡的成功率低。据大庆萨中油区50口井的试验统计，采用电流曲线法判断，其平衡率为72%，而采用功率曲线法，平衡的井只占44%。其中存在负功的井占68%，用功率曲线法调整平衡后平均单井节电12.5%。室内和现场试验表明，三相异步电动机运行转速大于同步转速时，处于发电状态，并产生负功。电机转差率越大，产生的负功越大。如果以电流峰值比来作为平衡率，则不能揭示负功问题。因为目前的仪器测不出电流的负值。交流电流表的原理，是测50HZ交流电的均方根平均值（即有效值），于是负值的平方成了正值，电流曲线本应下降为波谷值，反而上升为波峰。所以当抽油机存在发电现象时，电流曲线是错误的，不能应用。当负功电流（电机电流流向电网）和正功电流（电网电流流向电机）接近时，电流峰值比很高，表明平衡最坏。只有功率曲线（或扭矩曲线）才能反映正功、负功的变化情况。二、抽油机节能技术

40Xi’anShiyouUniversity类别平均泵深(m)产液(m3/d)动液面(m)输入功率(kW)有效功率(kW)系统效率(%)单井日耗电(kW·h)调整前13634.611883.310.618.2279.42调整后13634.7711833.130.6420.3175.02安塞油田实施抽油机平衡调整200余井次，抽油机井在举升高度和产液量基本不变的情况下，调整平衡使油井能耗降低4.4kW·h/d。同时，通过平衡调整后，设备运转更加平稳，延长了抽油机的使用寿命。新疆陆梁油田油井调整前后测试结果二、抽油机节能技术

41Xi’anShiyouUniversity影响系统效率的因素抽油机节能技术电机节能技术系统优化设计技术抽油机井间开技术几点认识主要内容

42Xi’anShiyouUniversity1、电机功率与油井能耗关系常用电机最佳运行效率在额定负载附近，即在60%-100%之间，一般电机效率最高点是负载率在70~80%之间。当电机负载率低于50%时，电机效急剧下降。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”是造成电机运行能耗高的主要原因。另一方面由于电机负荷变化较大，电机平均功率因数普遍很低。过低的功率因数会使电机无功损耗和输电线路损耗增加。三、电机节能技术

43Xi’anShiyouUniversity针对抽油机井这种负载快速变动的设备，电机功率的选配要考虑到电机的最大负载与平均负载，建议按如下原则选配电机：第一步测试电机（包括启动时）的最大功率Pmax。第二步在电机正常工作时测试电机的平均负载率，计算出均方根功率PFCL。按下式计算电机功率。需要注意的是，电机选得太小，会造成启动困难，甚至不能起动。在运行期间也会大量发热，甚至烧坏电机。三、电机节能技术

44Xi’anShiyouUniversity以长庆机械总厂生产的抽油机为例，当冲次3.5/min-1，不同型号的抽油机电机功率选配结果：名称抽油机4型机5型机6型机8型机2.5m冲程3m冲程均方根扭矩(kN.m)2.90114.6557.42268.84611.47计算电机功率(KW)2.6064.1826.6687.94710.5拟选电机功率(KW)3.395.458.6710.3313.65选配电机功率(KW)5.57.5111115三、电机节能技术

45Xi’anShiyouUniversity2、节能型电机节能电机的种类比较多，永磁系列电机、双速电机、超高转差率电机等。（1）永磁同步电机采用稀土永久磁铁代替励磁绕组激磁，没有转差损耗，功率因数高，电机的负载变化和电网电压波动时，不存在速度波动，没有机械转换过程中的损耗，提高了低负载区的电机运行效率。三、电机节能技术

46Xi’anShiyouUniversity井号抽油机型号电机功率kW有功功率kW无功功率kW功率因数异步永磁异步永磁异步永磁异步永磁王45-026CYJY4-1.5-9HB13.5112.551.7710.91.450.230.77王47-030CYJY6-2.5-26HF16153.431.566.31.440.480.73王51-029CYJY6-2.5-26HF16152.712.3718.71.30.140.84王52-026CYJY6-2.5-26HF16152.672.3310.30.510.250.98招1-5CYJY3-1.5-6.5HB5.541.931.744.20.030.421招3-5CYJY3-1.5-6.5HB5.542.051.964.10.20.450.99平均12.08102.561.969.080.820.330.89安塞油田在6口油井上分别安装永磁同步电机：平均功率因数由0.33提高到0.89平均系统效率提高3.61个百分点平均单井日节电14.4kW·h投入成本高，回收期长。三、电机节能技术

47Xi’anShiyouUniversity（2）双速电动机属于异步电机。改变定子绕组的连接方法可改变定子旋转磁场磁极对数，从而改变电动机的转速。2005年，陆梁油田推广使用了双速电机，双速电机的平均地面效率为55.61%，而普通电机的平均地面效率为50.30%。说明节能型双速电机的功率因数高于常规Y系列电动机的。三、电机节能技术

48Xi’anShiyouUniversity（3）开关磁阻调速电机系统（SRD系统）继交流变频调速电机之后，国际上又一种逐渐成熟的无级调速系统，兼有交流、直流调速系统的优点，①电机结构简单坚固，免维护，调速方便，性能可靠，可以频繁起制动、正反转，电机不怕热。②电机起动转矩为额定转矩的150%，而起动电流仅为额定电流的30%。③电机空载电流仅为额定电流的1%。2005年10月，国家发改委、科技部、国家环保总局联合发布节能指导文件，已把开关磁阻电动机调速系统作为节能产品进行推广。胜利纯梁采油厂三、电机节能技术

49Xi’anShiyouUniversity（4）超高转差率电机在美国油井上已安装上万台，节电率达20％。国内实测结果：只在轻载（负载率30％以下）时有节电效果。使用条件：振动载荷大的井（美国油井的振动载荷和惯性载荷都大）。电机的转差率要适度，不可过高，一般要求电机转差率的最大值不能超过10％。目前提倡长冲程、低冲次，这种工艺本身就能最大限度的减少惯性负荷和振动负荷，因此超高转差率电机的应用范围被大大缩小。此外成本比普通电机高约50%。三、电机节能技术

50Xi’anShiyouUniversity呼伦贝尔油田YCCH超高转差率电机耗能对比根据单位产液耗能的平均值计算，YCCH超高转差率电机的平均节电率为13.5%。三、电机节能技术

51Xi’anShiyouUniversity（5）电磁调速电机电磁调速电机由拖动电机（Y系列电动机）、电磁转差离合器（在普通电机轴与负载轴之间）和控制器三部份组成。胜利油田孤岛采油厂2001年使用50台YCT系列电磁调速电机（具有交流恒转矩无级调速的特点），泵效提高15%~20%，检泵周期延长60d，但节电不明显。目前主要用于解决低冲次的问题。三、电机节能技术

52Xi’anShiyouUniversity（6）高起动转矩电机其机械特性最适合抽油机交变载荷特性，它集中了硬特性和软特性的优点，当抽油机载荷较轻时，电机可达到额定转速；抽油机载荷较重时，发挥软特性功能，降低转速，减缓硬冲击，过载能力强。大庆油田第六采油厂三、电机节能技术

53Xi’anShiyouUniversity（7）齿轮减速电机胜利油田纯梁采油厂使用齿轮减速电机节能效果三、电机节能技术

54Xi’anShiyouUniversity3、电机节能控制器（1）变频控制器随着现代电力电子技术的发展，变频控制器已是十分成熟的电气产品，并且其价格也已经大幅度下降。2007年进口变频器的价格约为600～700元/kW，国产变频器的价格在400～500元/kW。在抽油机上大量推广变频调速节能改造已经成为可能。三、电机节能技术

55Xi’anShiyouUniversity变频控制器的优点：可根据油井的实际供液能力，动态调整抽取速度，一方面达到节能目的，同时还可以增加原油产量；由于实现了真正的软起动，对电动机、变速箱、抽油机都避免了过大的机械冲击，大大延长了设备的使用寿命，减少了停产时间，提高了生产效率；大大提高了功率因数（可由原来的0.25～0.5提高到0.9以上），从而大大减少了供电电流，减轻了电网及变压器的负担，降低了线损。能耗基本上与转速成正比，只要降速，肯定节能。是节能电控装置的发展方向。随着技术的发展，其价格将进一步降低，而性能将进一步提高。三、电机节能技术

56Xi’anShiyouUniversity呼伦贝尔油田三、电机节能技术

57Xi’anShiyouUniversity（2）调压控制器根据电机的负荷变化相应的调节机电的输入端电压来调节机电的输入电功率，而输入端电功率的调节过程又是通过调节机电机的输入电抗来实现的，即当电机的载荷变轻时，把电机的输入电抗调节成相应功率的小电机输入电抗，这时相当于一个小功率电机在工作，当电机的负载变重时，把电机的输入电抗调节成相应功率的大电机的输入电抗，这时电机又恢复原来的功率工作。通过对安塞油田王48-028井的测试，该装置在电机节能方面效果明显，有功、无功节能效率分别达到47.6%、57.2%，油井输入功率从9.7kw下降到6.07kw，功率因数从0.79提高到0.85，在不影响油井产量的情况下，抽油机能耗降低，能量的利用率提高。三、电机节能技术

58Xi’anShiyouUniversity（3）无功自动补偿控制器由于游梁式抽油机运行过程中负荷变化的特殊性和复杂性，导致抽油系统效率低下。正常运行时电机的有功功率变化较大，功率因数很低，一般只有0.2～0.4，变压器处于低效率运行状态，传输线路和变压器通过的主要是无功电流，致使变压器、线路损耗过大，严重影响了电网有功功率的输送能力和电网的经济效率。同时，传送过大的无功功率还引起电压降落，使电机运行在低电压大电流高损耗状态，也易发生电机和变压器烧毁事故。有效解决的办法：安装电机无功功率动态跟踪自动补偿控制器。三、电机节能技术

59Xi’anShiyouUniversity井组井数类别电压(V)电流(A)有功功率(kW)无功功率(kVar)功率因数耗电量(kwh)节电率135井组11投用前213.574.723.145.20.39662.920.70%投用后21839.521.63.130.99525.9变化4.5-35.2-1.5-42.070.6-136.916-25井组5投用前238.761.1218.525.90.44506.231.10%投用后224.521.714.14.40.97348.9变化-14.2-39.42-4.4-21.50.53-157.221-10井组7投用前229.268.218.0334.20.41514.827.90%投用后231.2525.614.796.70.93371变化2.05-42.6-3.24-27.50.52-143.8井组变化情况33投用前226.4272.88418.93642.0340.392555.2226.17%投用后226.9927.6416.5245.570.968409.92变化0.57-45.244-2.412-36.4640.576-145.3安塞油田安装无功功率补偿器前后效果对比三、电机节能技术

60Xi’anShiyouUniversity（4）软起动控制器起动转矩、电流、电压、时间可按负载不同灵活设定。三、电机节能技术电机节能的发展趋势是节能电机与控制器联合—一体化节能装置

61Xi’anShiyouUniversity4、不同节能设备对比节能效果比较经济效益对比（呼伦贝尔油田，2007）三、电机节能技术

62Xi’anShiyouUniversity节能的间接效益三、电机节能技术

63Xi’anShiyouUniversity大庆油田第六采油厂（2005年）大庆油田总体（2008年）三、电机节能技术

64Xi’anShiyouUniversity影响系统效率的因素抽油机节能技术电机节能技术系统优化设计技术抽油机井间开技术几点认识主要内容

65Xi’anShiyouUniversity四、系统优化设计技术1、有杆抽油系统优化设计的内容和方法（1）设计内容有杆抽油系统：从油层、井筒、机杆泵、地面出油管线到油气分离器所涉及的各个环节有杆抽油系统设计：选择机、杆、泵、管及其工作参数，并预测其工况指标（2）设计原则以油藏供液能力为依据，以油藏与抽油设备的协调为基础，最大限度地发挥设备和油藏潜力，使抽油系统高效而安全地工作。

66Xi’anShiyouUniversity（3）设计步骤和方法①将管径按内径大小排序；将杆柱钢级按强度大小排序；将泵径按尺寸大小排序；将泵挂从动液面始，依次加深排序直到油层中部为止。②各种管径、各种杆柱钢级、各种泵径、各种泵挂（对应科学的杆柱组合）、各种冲程、各种冲次一一组合，每一种组合对应着一种机采系统效率。③计算出每一种组合相应的年度耗电费用、所对应的机采年耗成本；④以能耗最低或以年耗成本最低作为所选择的机采参数并确定抽油设备。四、系统优化设计技术

67Xi’anShiyouUniversity调参内容井数(口)调参前平均日耗电（kW·h）调参后平均日耗电（kW·h）单井日节电（kW·h）节电率（%）冲次调整59778.665.916.216.16冲程调整13576.364.212.115.86泵径调整7083.579.73.84.55Dns综合调整4175.455.42020.53合计84378.4866.2612.2215.57实例1：安塞油田实例2：新疆油田百口泉采油厂统计6口井，平均系统效率提高了7.5个百分点，平均产液单耗下降了9.9kW·h/t，平均单井增产液量达2.9t/d，增产油量达0.8t/d。四、系统优化设计技术

68Xi’anShiyouUniversity2、分析影响系统效率的主要因素项目分析井数(口)平均输入功率(%)平均有效功率(%)平均系统效率(%)实测优化实测优化实测优化变化值开井时间1012.471.660.260.3311.3921.6510.26冲次3883.362.520.460.5114.2120.25.99平衡度963.443.130.600.6417.5320.312.78冲程753.212.710.550.5117.6418.71.06泵径243.483.340.610.5517.5316.560.97安塞油田：开井时间是影响系统效率的第一因素，主要是低产、低泵效井偏多；冲次是影响系统效率的第二因素，主要原因是部分油井冲次偏大，进一步下调冲次或采用超低冲次可提高系统效率。第三为抽油机平衡度，而冲程、泵径对系统效率影响较小。四、系统优化设计技术

69Xi’anShiyouUniversity抽油机低冲次改造技术加装过渡皮带轮安塞油田对57台抽油机安装过渡皮带轮，41台抽油机加装二级减速器，平均日产液由2.13m3/d变为2.09m3/d；平均冲次由7min-1下降到2.8min-1，下降了4.2min-1；平均抽油泵效由15.5%提高到44.3%，提高了28%，单井节电达10kW·h/d以上。加装二级减速器四、系统优化设计技术

70Xi’anShiyouUniversitySouth TexasPumpdepth：8210ftPumpsize：1.25inStroke：86inSPM：6.254Reducingthepowerrequirementby6hp/d四、系统优化设计技术

71Xi’anShiyouUniversity3、合理流压的确定近年来，越来越多的试井资料及油藏研究成果证实，注水保持压力开发的油田，当井底流压低于饱和压力以后，IPR曲线向压力轴偏转，并会出现最大产量点，对应最大产量点的流压是油井提液稳油的最小流压界限或合理流压。合理生产压差确定流程四、系统优化设计技术

72Xi’anShiyouUniversity安塞油田油藏流入动态曲线含水率对IPR曲线的影响研究表明，长6层油井提液稳油的合理流压约为饱和压力的0.48～0.55倍，即在3.2～3.8MPa。因此将流压保持在3-4MPa，可最大限度发挥油井潜能。在饱和压力一定的条件下，油井见水后随着含水率上升，流入能力明显下降，含水越高流入能力越低。因此，随着含水上升，应及时调整油井工作制度，以减缓油井产量的递减速度。四、系统优化设计技术

73Xi’anShiyouUniversity4、合理沉没度的确定沉没度对系统效率的影响有两方面：沉没度过小，泵效低，液量少，系统效率低；沉没度过大，由于抽油杆重量增加造成抽油机悬点载荷增加，能耗增加，系统效率也低。因此，在保证油井供液的前提下使沉没度最小，是保证抽油井系统效率处于较高水平运行的关键。胜利油田东辛采油厂经济沉没度下的耗电量动液面降低50m，沉没度降低488m，节电21.35%，提高系统效率26.9%。四、系统优化设计技术

74Xi’anShiyouUniversity5、气体对充满程度的影响气体影响的示功图（1）气体影响的泵示功图气锁时泵示功图（2）提高充满程度的措施减小防冲距增加沉没度使用井下气锚或防气泵四、系统优化设计技术

75Xi’anShiyouUniversity中排气防气泵与常规抽油泵不同之处在于泵筒中部开有排气孔。上冲程时游动阀关闭，固定阀打开，油气进入泵筒。当活塞下端经过排气孔后，此时泵筒与油套环空连通，气体可通过排气孔排到油套环空，环空内的液体也可进入泵筒，提高泵的充满程度，可防止气锁，提高泵效。另外排气孔在作业时可起到泄油器的作用，减少环境污染。1—固定阀；2—泵筒;3—活塞;4—排气孔;5—拉杆中排气防气泵（3）防气泵包括中排气防气泵、环形阀防气泵、强制阀防气泵。四、系统优化设计技术

76Xi’anShiyouUniversity1—固定阀;2—泵筒;3—活塞;4—环形阀;5—连杆环形阀防气泵环形阀防气泵在常规泵的基础上，将上部游动阀改为环形阀，并增加了拉杆和摩擦环等部件。下冲程时环形阀在连杆的带动下及时关闭，并承受液柱压力，环形阀和活塞之间的空间增大,压力迅速降低，下游动阀迅速打开,上泵腔进油。上冲程时环形阀在拉杆的带动下及时打开，下游动阀迅速关闭，上泵腔排油，固定阀打开，原油进入下泵腔。四、系统优化设计技术

77Xi’anShiyouUniversity1—固定阀;2—泵筒;3—出油阀;4—活塞;5—限位器;6—连杆强制阀防气泵强制阀防气泵该泵的游动阀为机械式开启,下冲程时连杆下行,出油阀开启,泵内油气进入上部油管,避免由于气体易压缩性造成的游动阀开启滞后。上冲程连杆使出油阀及时关闭,避免气体膨胀造成固定阀开启滞后。因此,强制阀防气泵解决了普通抽油泵阀球不能及时开启和关闭的问题,提高了泵效,避免了气锁现象。四、系统优化设计技术

78Xi’anShiyouUniversity选井条件防气泵适用于高油气比井。适用于高油气比的油井，油气比越高，中排气泵防气效果越明显。环形阀式防气泵油气比在250~450m3/t时效果最好。由于下行阻力增加,需要配套采用抽油杆底部加重措施。各防气泵不宜在出砂井中使用。防气泵的主要技术参数四、系统优化设计技术

79Xi’anShiyouUniversity现场应用实例：2000年,在中原文卫马油田的54口高油气比井中选择17口井使用,效果明显,平均泵效提高16%。如卫2—5井,该井作业前泵径为44mm,下泵深度1625m,冲程4.8m,冲次5min-1,产液12.6t,气油比460m3/t,泵效24%。使用中排气防气泵后,在工作制度不变的情况下泵效达47%,使用效果理想。认识：中排气防气泵、环形阀防气泵和强制阀防气泵较好地解决了高油气比油井泵效普遍偏低的情况。其结构简单,设计合理,现场使用效果明显,配合高效气锚等防气工艺使用效果更佳。四、系统优化设计技术

80Xi’anShiyouUniversity6、泵效与系统效率的关系影响泵效的因素：抽油杆柱和油管柱的弹性伸缩气体和充不满漏失选择合理的工作方式合理利用气体能量及减少气体影响使用油管锚改善泵的结构，提高泵的抗磨、抗腐蚀性能，并采取防砂、防腐、防蜡等措施提高泵效的措施：四、系统优化设计技术

81Xi’anShiyouUniversity塔河油田抽油机井泵效与系统效率关系曲线（53点绘制）塔河油田管式泵井泵效与系统效率关系曲线（42点绘制）（1）泵效过低或过高，系统效率都比较低。泵效处于合理的区间，系统效率比较高。（2）总体而言泵效存在一个极限值，泵效低于此值时，随着泵效的提高，系统效率随之提高，对泵效高于此值时，随着泵效的增加，系统效率不再增加，反而下降。四、系统优化设计技术

82Xi’anShiyouUniversity泵效与系统效率同属效率指标，它们应该具有相同的变化趋势，即泵效高、系统效率也应该高。但在塔河油田，当泵效超过一定值后系统效率效率却会随之降低，原因如下：从塔河油田所属的区块的流体物性来看，气油比高，在机抽的同时，气体膨胀能一方面使得井具有了一定的自喷能力，显著提高了泵效，而另一方面，气体的膨胀能又使得油套环空的液柱密度降低，在井底流压维持不变的情况下，使得动液面升高，这样按照目前系统效率测试方法测试的系统效率就变小了，最终形成了“高泵效、低系统效率”的现象。合理的泵效区间四、系统优化设计技术

83Xi’anShiyouUniversity7、杆管偏磨防治措施（1）杆管偏磨现状杆管偏磨造成最直接的后果是杆断脱、管漏躺井，减缓了杆、管的使用寿命，检泵作业频繁，作业维修费用上升，严重影响油田正常生产。实例1：下寺湾油田2006年因偏磨造成躺井41井次，占躺井总数的23.6%，2007年1-10月因偏磨造成躺井35井次，占躺井总数34.0%。实例2：胜利临盘采油厂商河油田2007年检泵井数由295口下降至236口，因偏磨原因导致检泵的井数由60口上升至104口，上升了24个百分点。实例3：大庆萨南油田南一～三区共有抽油机井1093口，2006年区块发生抽油机井作业井次共计589口，其中因偏磨造成检泵342井次，占总井数的32%，占检泵总数的58%。四、系统优化设计技术

84Xi’anShiyouUniversity（2）杆管偏磨原因偏磨特征：由于抽油杆和油管在工作中基本上不发生转动，抽油杆有规律地重复运动，造成油管和抽油杆总同一方向、同一部位上发生摩擦，很容易造成摩擦部位的油管和抽油杆失效。现场中发现，多数抽油杆接箍从一侧看是完好的，而另一侧却严重磨损。偏磨原因：井斜（自然井斜、地层蠕变引起的井斜）是杆管偏磨的主要原因之一。抽油杆、油管失稳引起偏磨。在下冲程过程中，中性点以上的抽油杆始终处于拉伸状态，中性点以下的抽油杆容易弯曲发生偏磨。在上冲程时，抽油杆被拉直，而油管在中性点以下产生弯曲，使管杆接触产生磨损。杆、管柱合理设计尤为重要。四、系统优化设计技术

85Xi’anShiyouUniversity腐蚀使偏磨加剧。酸性介质含量高、电化学腐蚀程度高都会加剧杆管偏磨。室内试验和现场实践均表明，管杆材料的腐蚀率都是随着油井产出液矿化度的降低而降低。工作制度。大泵径发生偏磨的比例大于小泵径；冲次高的偏磨几率高于冲次低的。胜利曲堤油田泵径和冲次与偏磨关系四、系统优化设计技术

86Xi’anShiyouUniversity杆管材质。主要是抗腐蚀性和材质强度。含水。含水上升，偏磨腐蚀的程度增大。原因在于：当含水大于一定程度时，产出液换相，由油包水型转换为水包油型，杆管表面失去了原油的保护，产出水直接接触金属，腐蚀速度增大。大庆采油一厂第三油矿的68口偏磨井，平均含水都比区块平均含水高2.6~9.3个百分点，比区块中其它井平均含水高2.8~9.4个百分点。含砂。在高的含砂量环境中，杆管之间存在砂粒的研磨作用，可加快偏磨的发生。四、系统优化设计技术

87Xi’anShiyouUniversity（3）杆管偏磨防治措施优化工作制度，选择合适的冲次、泵径、动液面、沉没度，使其与地层供液相匹配。对大沉没度井，上提泵挂避开斜井段生产。胜利油田胜利采油厂2007年实施上提泵挂10井次,平均延长免修期105天。优化杆柱设计，必要时下部采用加重杆。使用抽油杆扶正器、油管扶正器。抽油杆扶正器油管扶正器四、系统优化设计技术

88Xi’anShiyouUniversity改进杆管材质或使用防磨涂层。使用高强度抽油杆、双向保护接箍、内衬油管能有效防止杆管偏磨腐蚀。只对抽油杆或油管采取保护措施不能起到真正意义上的防偏磨作用。对腐蚀严重的井，应采取防腐措施。井下无封隔器时，可使用油管锚固定油管，避免油管弯曲，并减轻管柱的振动。使用抽油杆旋转器、油管旋转器（旋转井口），使杆管局部磨损变成大面积的均匀磨损，但没有从根本上解决磨损问题。四、系统优化设计技术

89Xi’anShiyouUniversity无油管采油或更换举升方式。去掉油管，把泵固定在套管上，抽油杆在套管内上下运动，泵效、防偏磨效果较好，但泵组较昂贵，密封件易出问题，施工难度大。气举或无杆泵采油不存在杆管偏磨问题。通过技术集成，实施综合治理。大庆油田南一～三区2005年下半年在79口井上，应用扶正器的同时配合使用抽油杆旋转器，平均检泵周期延长了119天。胜利油田通过集成配套，形成了适用于不同偏磨井况的5种防偏磨技术模式，如严重腐蚀偏磨井配套模式为“抗磨蚀管+抗磨接箍+防腐抽油泵”。截止到2008年10月底，在推广应用的1636口偏磨井中，对于生产周期小于120天的偏磨井，平均生产周期由治理前98天延长到治理后的377天，延长了279天，生产周期延长2.8倍；对于生产周期大于120天的偏磨井，平均生产周期由治理前141天延长到治理后的315天，延长了174天；生产周期超过400天的偏磨井达到673口，占总治理井数的41%。四、系统优化设计技术

90Xi’anShiyouUniversity加强管理。严把钻井、完井质量关，防止井径不规则，固井质量不合格。合理的倒换抽油杆、油管位置。推广应用抽油杆（油管）无损检测（探伤）技术（裂纹、腐蚀和磨损等缺陷的检测）。加强化防热洗等维护性工作，减少油管内结蜡。储存、运输、装卸、摆放、作业等诸多环节都要有严格的规章制度，做好监督、检查工作，避免杆管的人为损伤。四、系统优化设计技术

91Xi’anShiyouUniversity（4）定向井定向井抽油杆柱组合与扶正器间距设计由于定向井的实际井眼轨迹是空间三维的，因此使得上下运动的抽油杆柱在工作时处于复杂的交变应力状态，为保证井下杆柱正常工作，防止杆柱与油管内壁接触，必须合理设计抽油杆柱及扶正器间距。杆柱设计应确保具备较好的等强度，同时在有效扶正的前提下，尽量减少扶正器的个数。四、系统优化设计技术

92Xi’anShiyouUniversity西峰油田杆柱优化组合效果对比泵径：38mm液量：80m3/d大庆油田统计不同杆柱组合的能耗情况较重的杆柱能耗较大；随着冲程的增加，四种杆柱能耗总体呈下降趋势；对某一特定的杆柱存在某一冲程使其能耗最低。四、系统优化设计技术

93Xi’anShiyouUniversity大庆榆树林油田3口低渗井系统效率统计抽油杆柱由25mm22mm19mm三级调为22mm19mm两级；冲次均调小，但产量基本保持不变。输入功率分别下降了40%、25.7%、48.8%，系统效率分别提高了1.1、1.2、4.3个百分点。但系统效率依然很低。四、系统优化设计技术

94Xi’anShiyouUniversity影响系统效率的因素抽油机节能技术电机节能技术系统优化设计技术抽油机井间开技术几点认识主要内容

95Xi’anShiyouUniversity低渗透、特低渗透油田，存在着大量的低产低效井，长期处于供液不足状态，表现为间歇性出液，而连续开抽生产，“液击”工况严重，电机无功功率消耗大，电能利用率很低，不同时间测试的系统效率可相差5个百分点以上。为了提高抽油时率，降低单位产量的能耗指标，最直接的办法是实行间抽。五、抽油机井间开技术

96Xi’anShiyouUniversity1、油井合理间开时间的确定（1）利用液面上升和下降速度确定关井和开井时间关井时间的确定油井关井后，根据油层供液能力油井动液面均有不同程度的恢复，通过每隔一定时间测试一次液面，求得沉没度，可以绘出油井沉没度上升曲线。由曲线分析，当沉没度上升到一定值时，上升速度逐渐变缓，变缓的这一拐点对应的时间为油井关井时间。五、抽油机井间开技术不同泵效油井关井后沉没度上升曲线

97Xi’anShiyouUniversity开井时间的确定油井启抽后每隔一定时间测试一次动液面，求得沉没度，绘出生产时间与沉没度的关系曲线。由曲线分析，当沉没度下降到深井泵正常工作要求的最小值（如50m）或下降速度变缓时，所对应的时间应为油井连续生产时间。不同泵效油井开井后沉没度下降曲线同一口油井在开井和关井期间动液面变化有相对固定规律，低泵效油井关井后沉没度上升速度较缓，液面恢复时间相对较长，而开井后动液面下降速度较快。五、抽油机井间开技术

98Xi’anShiyouUniversity（2）利用连续测试的示功图确定关井和开井时间五、抽油机井间开技术

99Xi’anShiyouUniversity2、油井间开方式（1）人工间开主要适用于有人值守的井场，成本低。（2）智能间开生产过程中连续测试动液面和/或示功图，经实时处理，可实现闭环自动控制。五、抽油机井间开技术

100Xi’anShiyouUniversity项目产液（m3/d）产油（t/d）动液面（m）泵效（％）日耗电（kW·h/d）系统效率（％）吨液耗电（kW·h/t）节电率（%）间开前1.531.1012641958.5113.3944.3249.27间开后1.521.1012553729.6821.6522.48差值-0.010-91828.838.2621.843、油井间开技术的应用安塞油田实施间开油井271口，其中人工间开89口井，智能间开182口，在产液量保持平稳的情况下，缩短开井时间，油井系统效率提高了8.26个百分点，日耗电量下降28.83kW·h，吨液能耗由44.32kW·h下降至22.48kW·h。间开井能耗测试情况统计五、抽油机井间开技术

101Xi’anShiyouUniversity新疆油田分公司百口泉采油厂，低产低效井应用智能间抽工艺后，测试对比油井产量基本无影响，电耗下降68.5%，抽油时间缩短60%，延长了抽油设备的使用寿命。WestTexas：GCDU143（1995–2005）POC（Pump-OffController）：抽空控制器SPOC（SensorlessPump-OffController）：无传感器的抽空控制器五、抽油机井间开技术

102Xi’anShiyouUniversity影响系统效率的因素抽油机节能技术电机节能技术系统优化设计技术抽油机井间开技术几点认识主要内容

103Xi’anShiyouUniversity1、用系统工程方法的观点优化系统，使地面地下整体优化必须全面考虑影响有杆抽油系统效率的各个因素。任何单一的改进，很难取得实质性的进步。TotalWellManagement（TWM）：全井管理，通过对生产数据的实时分析，判断抽油设备（机杆泵管）、井下工具（如分离器）、油藏的工作状况，及时调整工作方式和工作制度，使系统整体功能最佳，以降低成本，提高产量和开发的整体效益。（1）发展新型抽油机及其拖动装置-提高地面效率发展方向：节能、增产、耐用抽油机：在游梁式抽油机结构框架内改善平衡效果，将定量平衡改进为变量平衡。拖动装置：（节能）电机+控制箱提高功率因素，降低无功功率。关键：实现抽油机的精确平衡+匹配的拖动装置。?六、几点认识

104Xi’anShiyouUniversity六、几点认识大庆油田第四采油厂

105Xi’anShiyouUniversity（2）在地层条件和设备一定的前提下，提高系统效率的关键是提高井下效率，提高井下效率的关键是优化系统工作参数。大港油田作业一区典型井优化前后数据对比港374六、几点认识

106Xi’anShiyouUniversity江苏油田试采一厂陈3-10井举升参数与井下效率的动态模拟结果六、几点认识

107Xi’anShiyouUniversity六、几点认识（3）地层能量充足是提高系统效率的基础。关于注水开发油田与注气（空气、天然气、氮气、二氧化碳）开发油田的比较，国外较一致地认识是，一般情况下，注水效果比注气效果好。但注水开发低渗透油田暴露出许多复杂问题，目前注气开发低渗透油田愈来愈引起人们的注意和重视。

108Xi’anShiyouUniversity长庆靖安油田五里湾一区不同注水时机效果对比滞后3个月超前3个月同步六、几点认识

109Xi’anShiyouUniversity长庆西峰油田不同注水时机效果对比六、几点认识

110Xi’anShiyouUniversity低渗岩石的渗透率与有效应力的关系299mD0.25mD17.51%，267.32mD15.12%，0.21mD特征1：压敏效应（4）改善地层的渗流能力，对低渗-特低渗油田尤为重要。六、几点认识

111Xi’anShiyouUniversity特征2：非达西流六、几点认识

112Xi’anShiyouUniversity江苏油田试采一厂压裂前后机采系统效率测试数据改善低渗-特低渗油田地层渗流能力的最有效措施—压裂六、几点认识

113Xi’anShiyouUniversity2、加强抽油机井动态分析油井生产是一个动态过程，提高系统效率也是动态的，只有取全取准各项资料，才能及时、准确地掌握油井工作状况，以便及时采取有效的、针对性强的措施。对疑难井应进行综合诊断。综合诊断—动力仪、液面回声仪、井口憋压仪、电机功率仪四种仪器同时使用，通过测量的功图、液面、井口压力、电机功率综合分析油井工况。用系统效率宏观控制图分析油井动态。青海跃进油田Ⅰ—参数偏大区Ⅱ—高效合理区Ⅲ—参数偏小区Ⅳ—低效区Ⅴ—资料待落实区六、几点认识

114Xi’anShiyouUniversity3、加大对传统技术的改造升级和新技术的推广应用（1）通过不断技术创新，改造传统技术例1：超越离合器—提高系统效率、增液六、几点认识

115Xi’anShiyouUniversity河南油田采油一厂离合器井系统效率监测数据美国（SPE76771）注：节电20.7%。节电23.6%。六、几点认识

116Xi’anShiyouUniversityExample2：Sucker-RodConnection（SPE120627，2009）APISuckerRodsSpecifications11Bhaven’tchangedmuchsincethe70’s.Poorstressdistribution,alongwiththetendencytoloosenfromAPIconnectiondesign,isthemaincauseofstressconcentrationpoints,whichwilleventuallyleadtofailure.六、几点认识

117Xi’anShiyouUniversity（2）新技术的应用井下分离技术。采用机械或自然方法将产出液（气）在地层或井筒中分离后使烃类流到地面上，水直接回到或泵入地下注水层。与采出水产出再回注相比，具有显著减少地面产出水量、采出水升举、处理、排污及有关环保费用，增加油产量等优越性。井下分离技术正在世界范围内进行先导实验。六、几点认识

118Xi’anShiyouUniversity先进过程控制（AdvancedProcessControl）技术。以基础自动化单元控制、比例-积分-微分（PID）控制和分布式控制系统（DCS）为基础，实现数据集成、过程操作优化和生产安全监测、事故报警处理等功能。SensorlessPump-OffController六、几点认识

119Xi’anShiyouUniversity（4）发挥技术集成的作用，搞好综合治理。提高系统效率不是一项单一的技术工作，涉及的环节很多，如油井清防蜡、防腐、防垢、设备的维护保养，甚至压裂、注水等，需要多部门、多学科的共同努力和协作。（5）采油过程也是一个以水换油、以电换油的过程，在生产能源的同时也消费着能源，与国家要求的平均年节能率为4.4%还有一定距离。（6）技术是基础，管理是关键，技术的贡献率取决于对技术的管理水平。六、几点认识