机械采油井系统节能测试方法

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１－未平衡 2—平衡 3—理想平衡 图1-3常规游梁式抽油机曲柄轴扭矩特性曲线
平衡状况产生的影响

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抽油机平衡系统设计的成功与否，直接与抽油 机的受力状况、曲柄轴净扭矩变化情况、以及 电动机耗功大小、抽油机节能状况有关。
四、机械采油井系统效率测试方法



1.测试范围 2.术语定义 3.测试要求 4.测试仪器仪表及精度等级和测试参量 5.测试方法和计算公式
1.测试范围

除自喷井外的各种机械采油井
2. 术语定义

输入功率：拖动机械采油设备的电动机的输入功率。 有效功率：将井内液体输送到地面所需要的功率。 系统效率：机械采油井的有效功率与输入功率的比值。

光杆功率：光杆提升液体并克服井下各种阻力所消耗的功 率。
地面效率：光杆功率与电动机输入功率的比值。 井下效率：抽油机井的有效功率与光杆功率的比值。 平均系统效率：各种机械采油井的总的平均效率。
机械采油井系统 节能与测试
2019年07月28日
目 次 §1 相关标准
§2 机械采油井系统分类
§3 抽油机采油系统简述
§4 机械采油井系统效率测试方法
§5 系统中的能量损失及各环节的能效分析 §6 抽油机井系统常用节能技术 §7 机采系统监测项目与评价指标
一、相关标准



1.SY/T5265-2019 油田生产系统能耗测试和计算 方法 2.SY/T6275-2019 石油企业节能监测综合评价方 法 3.SY/T6422-2019 石油企业节能产品节能效果测 定

3.测试要求

（1）测试井机泵运行正常； （2）测试仪器仪表正常并在检定合格周内； （3）检查仪器仪表连接无误后，按机械采油 井的操作规程及程序进行启动。待机械采油设 备运行20分钟后进行测试，应保证输入功率、 油井产液量、动液面深度、油井油压和套压等 主要参数同步测试。
4.测试仪器仪表及精度要求
3．抽油机工作的特点

任何结构抽油机的一个工作循环，都分为上冲 程和下冲程两部分。上冲程时，抽油机悬点上 作用着抽油杆柱和油柱的重量、抽油杆柱和油 柱的惯性载荷、振动载荷以及抽油杆与油管间、 柱塞与泵筒间的摩擦力。下冲程时，悬点承受 抽油杆柱在油中的重量，相应的惯性载荷以及 振动载荷。抽油机悬点载荷随悬点位移的变化 规律用动力示功图来表示，见图1-2。
二、机械采油井系统分类

1.抽油机井系统 2.潜油电泵井系统
三、抽油机采油系统的简述

1．抽油机采油系统的组成 2．抽油机在采油系统中的作用 3．抽油机工作的特点 4．抽油机的平衡
1．抽油机采油系统的组成

抽油机是油田普遍采用的采油装置。以目前应用最广泛 的常规游梁式抽油机采油系统为例，采油系统主要由三 部分组成：地面部分游梁式抽油机，由电动机、减速 箱和四连杆机构(包括曲柄、连杆、横梁、游梁) 、驴头 和悬绳器等组成；地下部分抽油泵，悬挂在套管中油 管的下端；联系地面和井下部分的中间部分抽油杆柱， 由一种或几种直径的抽油杆和接箍组成。常规游梁式抽 油机采油系统的组成如图1-1所示。
悬 点 载 荷
冲程
上死点
Pmax
下死点
Pmin 悬点位移
图1-2 动力示功图
4．抽油机的平衡

目前，抽油机上的平衡方式主要有两类：机械平衡和气 动平衡。机械平衡是在曲柄和/或游梁尾部加装平衡重。 在悬点下冲程时，使得平衡重从低处抬到高处，从而增 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外，还需要电动机作功，以消除下 冲程中电动机发电运行的现象。在悬点上冲程时，平衡 重由高处下落，把下冲程时储存的位能释放出来，帮助 电动机去提升抽油杆柱和油柱，从而减少了电动机在上 冲程所需要给出的能量，如果平衡重或/和平衡方式选得 合适，不仅可以使电动机上冲程和下冲程给出的能量相 等，并且使曲柄轴扭矩值变化很小，使电动机、减速箱 的载荷均匀，改善系统的工作状态，减少能耗，提高效 率。
0.3
1.0
5.测试方法和计算公式

（1）测试方法与步骤 输入功率测量： 采用数字式功率仪表或三相有功电度表。 测量抽油机井时，采用的数字式功率仪应符合 抽油机耗电原理。用三相有功电度表测量时， 测试电度表转10圈所用时间，重复测3次，求 其平均值。
游粱式抽油机多以电动机为原动力，抽油杆的每一个上下 往复运动称为一个周期（冲次）。在抽油杆向上运行的半个周 期，电动机要克服抽油杆及采液的重力而做功；在抽油杆向下 运行的半个周期，因抽油杆动能与平衡块的势能差，常常会出 现电动机被拖动旋转的转速超过同步转速的现象，此时，电动 机变为发电机向电网反输电能。因此，在抽油机运行的一个周 期内，电动机根据抽油机的平衡情况，呈以下三种运行状态： 重负荷——轻负荷——重负荷；重负荷——轻负荷——空载— —轻负荷——重负荷；重负荷——轻负荷——空载——发电— —空载——轻负荷——重负荷。对于电动机的前两种运行状态， 在压缩机等机械设备中屡见不鲜，其电参数之间的关系无特别 之处。对于第三种运行状态，由于呈现该运行状态的游梁式抽 油机较多，且其电参数之间的关系具有特殊性。
图1-1 常规游梁式抽油机采油系统 1-电动机 2-减速箱 3-四连杆机构 4-抽油杆柱 5-油管 6-套管 7-抽油泵
2．抽油机在采油系统中的作用


在抽油机采油系统的三个组成部分中，不同采油系统 的地下部分和中间部分的结构和工作原理基本相同， 系统的主要区别在于抽油机的不同。抽油机的不同决 定了抽油机采油系统的能耗状况。 抽油机的作用是将电动机的旋转运动变成悬点的往复 运动。根据基本工作原理，可以认为抽油机主要由以 下四个系统组成，即传动减速箱系统、换向系统、平 衡系统和支撑系统。由于各种抽油机的减速系统和支 撑系统工作原理和结构基本相同或类似，所以抽油机 的结构形式主要由换向系统和平衡系统决定。含有游 梁、通过连杆机构换向的抽油机统称为游梁式抽油机； 当采用不同于四连杆的机构换向、游梁变短甚至消失 或采用电动机正反转换向的抽油机统称为无游梁抽油 机。
序号
1 2 3 4 5
仪器仪表名称
输入功率测试仪 表 压力表 动力示功仪 回声仪 产液量计量装置
测试计算参量
输入功率 油压、套压 功图、力比、减程比、 冲次、冲程 动液面深度 产液量
精度等级要求
1.5 1.5 1.0 0.35 5.0
6
7 8
数字万用表
秒表 求积仪
上、下冲程最大电流
时间（电度表转动、 冲次） 示功图面积