提高抽油机采油系统效率研究刘占军

提高抽油机采油系统效率研究刘占军

摘要：从油田公司的发展到现在，油田开采是一项非常危险的工作。今天的经

济发展促进了中国科技水平的提高，也促进了油田开采相关采矿技术的优化和发展。目前，中国的油田采矿工作往往有石油浪费。在此基础上，有必要采用抽油

机采油系统节能技术，最大限度地利用地下剩余的石油资源，以尽量减少石油浪费。另一项研究的重点是抽油机的石油生产系统的节能技术。本文主要针对提高

抽油机采油系统效率进行简要分析。

关键词：抽油机；采油系统；效率

1抽油机节能技术概述

在我国油田开发过程中，最重要的是提高抽油机的利用效率。在此基础上，

有必要降低抽油机的功耗。抽油机工作最重要的是严格确保泵送液体的产生。平

衡的供应和生产，以及泵单元的负载与电机的输出功率相匹配，以尽可能地减少

无功功率损耗。因此，抽油机的节能技术主要从两个方面进行，一个是变频调速，另一个是机械调节。其中，变频调速模式主要通过安装节能控制箱来实现。通过

节能控制箱，控制电机转矩的三个值，收集井下叶片值和输出功率，以减少电压

增加的发生率。节能控制箱主要用于控制采油系统的内圈，外圈和中圈。但是，

这项技术对相关人员来说更加困难，因此相关人员应提高自身技术水平，不断加

强抽油机抽油技术的综合素质。

2抽油机采油系统效率

抽油机采油系统效率为系统输出功率与电动机输入功率的比值。通过计算或

测试油井产量、泵的有效扬程，可计算得到系统的输出功率；通过悬点运动分析，根据其他参数计算悬点载荷、曲柄轴净扭矩等，求得系统的输入功率，进而求得

系统效率。抽油机采油系统效率的计算式为

式中：N2——抽油机采油系统输出功率，kW；

N1——抽油机采油系统输入功率，kW。

2.1系统输入功率

2.1.1抽油机悬点运动规律

以游梁式抽油机为例，应用复变函数法精确分析得到抽油机悬点的运动规律，即悬点的位移、速度和加速度。

2.1.2悬点载荷

全面考虑抽油杆柱自重、泵活塞上的油柱重、抽油杆柱所受浮力、油井中液

体对活塞底部的压力、抽油杆柱和油柱运动所产生的惯性和振动载荷，柱塞和泵

筒间、抽油杆接箍和油管间的半干摩擦力，抽油杆柱和液柱间、液柱和油管间以

及油流通过抽油泵游动阀座的液体摩擦力，计算得到悬点载荷，也可实测示功图。

2.1.3电动机输入功率

根据悬点载荷、抽油机各部件的自重及平衡情况等，利用曲柄轴的净扭矩

（输出扭矩）进行计算得到电动机的平均输入功率即系统的输入功率，也可实测。

2.2系统输出功率

系统输出功率可由式（2）求得：式中：Q——油井产量，考虑泵的理论产量、泵漏失、地面油气比、泵的冲程损失、液

体收缩系数和体积系数、泵的充满情况等因素计算得到，m3/d；H——举升

高度或泵的（有效）扬程，m，ρL——井液密度，kg/m3。对于生产井进行测试

和计算系统效率或对油井进行参数优化设计时计算系统效率，都可以采用以上方

法。但因计算涉及参数过多，根据该计算方法不能定性或定量分析某些参数对系

统效率的影响。

3系统效率影响因素分析

用功能原理建立系统效率计算的数学模型，综合分析各主要因素对系统效率

的影响。

3.1系统效率计算功能原理法

计算中所需量的名称和单位见表1。悬点下冲程时，要把平衡重从低处抬到

高处，增加了平衡重的位能。为了抬高平衡重，除了依靠抽油杆柱下落所放出的

位能或下冲程悬点载荷对抽油机所作的功Wsd外，还需要电动机付出能量。平衡重中所储的能量为抽油杆柱下落所放出的能量与输入至电动机的电能传递到减速

器输出轴上的能量之和。设hfs和hmg分别是四连杆机构效率和电功输入→电动

机→减速器输出轴的转化和传递效率，电动机在下冲程中输入电功是Wmd，则平衡重所储的能量Wb为表1量的名称和单位

上冲程时，电动机输入的电功和平衡重下落放出的位能都用来提升抽油杆柱

和液柱向上运动，即电动机的输入电功通过电动机转化为机械功后，经过皮带传

动和减速器传到减速器输出轴（曲柄轴）上，和平衡重放出的位能一起通过四连

杆机构传递后，来提升悬点载荷，对悬点做的功或克服悬点载荷所做的功为Wsu。设电动机在上冲程中输入的电功为Wmu，则把式（3）代入式（4）得式（5）

是抽油机一个工作循环即曲柄转一周电动机所要付出的电功，是上、下冲程中系

统输入的电功之和。

不失一般性，忽略振动载荷，则下冲程悬点载荷对抽油机所做的功Wsd

为上冲程时，电动机和平衡重共同作用需对悬点做的功Wsu为将式（6）和式（7）代入式（5），再将沉没压力ps=pt+hsρLg，ps=pwf-(LPZ-L)ρLg代入，得上、

下冲程中电动机输入电功的总和Wmu+Wmd，这是抽油机曲柄转动一周或抽油机

一个工作循环内电动机所做的功。电动机的平均输入功率为或式（8）和式（9）中，∫0Sads≈0，则电动机的输入功率分别为：输出功率为系统效率为

3.2系统效率影响因素分析及提高系统效率的措施

应用功能原理分析抽油机采油系统效率的影响因素：

1）由式（14）可知，当油井产量、动液面深度、油压和套压不变，即油井处于稳定工作状态时，系统的输出功率不变。

2）由式（15）可知，系统的输出功率决定于产量、油层中部深度和井底流压。对于每口油井，油层中部深度一定，井底流压又与油井产量有确定的关系，所以

对于任意1口油决定于产量，产量确定，则输出功率确定。

3）由式（14）和式（15）可知，其他因素不变，当下泵深度增加时，分母中的第1、3项都增大，因而输入功率增加，系统效率降低。所以,在满足一定泵吸

入口处压力的条件下，应尽量减小下泵深度。

4）当产量不变时，输出功率不变，同时泵活塞面积、冲程、冲速的乘积()FSn 基本不变。当增加泵径时，可以减小抽汲速度()Sn，此时式（14）和式（15）分

母中的第1、3项减小，第2项不变，所以系统输入功率减小，系统效率增加。

因此,在一定条件下可采用较大泵径、低抽汲速度，以提高系统效率。

5）其他条件不变，当电动机、皮带传动、减速器效率增加时，系统效率增加。 6）其他条件不变，当四连杆机构的效率增加时，式（14）和式（15）分母中的第1、2项减小，可认为第3项中的两项加数的增减相抵消，即第3项不变。

而四连杆机构效率增加时，系统效率增加。