提高有桿泵井系統(tǒng)效率的措施課件

Xi’anShiyouUniversity

影響系統(tǒng)效率的因素

抽油機節(jié)能技術電機節(jié)能技術系統(tǒng)優(yōu)化設計技術抽油機井間開技術幾點認識主要內容Xi’anShiyouUniversity一、影響系統(tǒng)效率的因素

—系統(tǒng)輸入功率，即拖動抽油機所用電動機的實際輸入功率，kW

—系統(tǒng)有效功率，即水力功率或水功率，指在一定時間內，將一定量的液體提升一定高度所需要的功率，kW

1、系統(tǒng)效率的定義

有效功率與電機輸入功率的比值

有效舉升高度Xi’anShiyouUniversity如某抽油機井產量148.89m3/d，井液平均相對密度為0.9，動液面深度167.8m，井口回壓0.2MPa，套壓0.22MPa。計算系統(tǒng)效率。

一、影響系統(tǒng)效率的因素

Xi’anShiyouUniversity地面效率

=

電機效率

皮帶效率

減速箱效率

四連桿效率井下效率

=

盤根盒效率

桿柱效率抽油泵效率油管柱效率一、影響系統(tǒng)效率的因素

Xi’anShiyouUniversity3、影響系統(tǒng)效率的因素地質

地層能量不足是導致系統(tǒng)效率低下的根本原因井況

井斜、彎曲、井筒變形等管理水平

技術管理—機桿泵管的選擇及其參數設計是否合理操作管理—光桿對中、皮帶松緊程度、運轉部件潤滑狀況等設備水平

機桿泵裝備水平一、影響系統(tǒng)效率的因素

Xi’anShiyouUniversity（1）電機效率

對于廣泛使用的異步電機：

功率因數值總是隨輸出功率的降低而減小的。異步電機的額定效率是隨電機的型號、轉速和功率而變化的。電機的額定效率隨電機的功率增加而增大；隨著電機同步轉速的降低而減少。

Y系列異步電動機的額定效率一、影響系統(tǒng)效率的因素

Xi’anShiyouUniversity皮帶種類效率(%)平帶83-98普通V帶87-92窄V帶90-95多楔帶92-97同步帶93-98（2）皮帶效率滑動損失摩擦損失風阻損失多條皮帶傳動時，各條皮帶間載荷不均皮帶輪的彎曲損失

皮帶的傳動效率一、影響系統(tǒng)效率的因素

Xi’anShiyouUniversity（7）抽油泵效率包括機械損失，容積損失與水力損失，統(tǒng)稱之為抽油泵損失。當原油粘度低時，抽油泵的功率損失主要為漏失損耗，粘度高時，主要為機械摩擦損失。（8）油管柱效率一是由于油管漏失引起的功率損失即容積損失，二是由于原油沿油管流動引起的功率損失即水力損失，主要為水力損失。

一、影響系統(tǒng)效率的因素

Xi’anShiyouUniversity華北油田阿32井參數調整前后敏感性程度排序結果一、影響系統(tǒng)效率的因素

Xi’anShiyouUniversity（2）沖程

安塞杏23-017井實測數據

調小沖程后系統(tǒng)效率上升幅度不大，但調小沖程后使油井輸入功率下降，可使油井耗能下降10%以上，提高產液量。一、影響系統(tǒng)效率的因素

Xi’anShiyouUniversity（3）泵徑安塞王50-030井調大泵徑后，其地面效率下降，井下效率增加，但系統(tǒng)效率只上升了0.07%，耗電量增加3.17kwh/d，泵徑調大后系統(tǒng)效率上升幅度較小。對提高系統(tǒng)效率貢獻不明顯。

泵徑mm日產液m3/d日產油t/d動液面m輸入功率kW有效功率kW光桿功率kW地面效率%井下效率%系統(tǒng)效率%326.055.087782.4490.5331.2952.6341.4221.8386.145.177672.5810.5811.2242.6347.6222.5塔河油田不同泵徑系統(tǒng)效率統(tǒng)計一、影響系統(tǒng)效率的因素

Xi’anShiyouUniversity（4）下泵深度統(tǒng)計新疆油田采油二廠八區(qū)151口不同下泵深度的油井，系統(tǒng)效率隨下泵深度的增加呈現出逐步遞減的趨勢。

勝利純梁采油廠三礦上提泵掛措施前后效果對比平均日耗電量降低了63kW·h，平均系統(tǒng)效率提高了6.1%。一、影響系統(tǒng)效率的因素

Xi’anShiyouUniversity（5）抽油機機型過分考慮設備的“儲備”能力，選擇的機型（包括裝機功率）過大，會存在“大馬拉小車”現象。新疆百口泉采油廠不同抽油機機型的地面效率一、影響系統(tǒng)效率的因素

Xi’anShiyouUniversity（6）電機功率和型號安塞杏3-09井和杏7-05井兩口井更換小功率電機（更換前后均為Y系列三相異步電機）后，功率因數和系統(tǒng)效率都上升。

井號功率（kW）電流（A）有功功率（kW）無功功率（kW）功率因數測試時間（min）系統(tǒng)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、影響系統(tǒng)效率的因素

Xi’anShiyouUniversity（7）產液量由有效功率計算公式可知，動液面穩(wěn)定時，產液量越高，有效功率就越高，系統(tǒng)效率也就越高。同時，通過理論仿真和測試分析，同樣表明系統(tǒng)效率隨油井產液量的增加而上升。

實測產液量與系統(tǒng)效率關系安塞油田

陸梁油田一、影響系統(tǒng)效率的因素

Xi’anShiyouUniversity（8）沉沒度沉沒度太小，液量低，系統(tǒng)效率低；沉沒度太大，泵掛滲，桿柱重量加大，能耗增加，系統(tǒng)效率也低。冀東油田246口抽油機井系統(tǒng)效率與沉沒度關系一、影響系統(tǒng)效率的因素

Xi’anShiyouUniversity（10）開井時間低產油井實行間開可提高系統(tǒng)效率，系統(tǒng)效率提高幅度和節(jié)電量隨產量、泵效增加而增大，單井節(jié)電可達40kW·h/d。

序號井數（口）產液(m3/d)泵效(%)間開前系統(tǒng)效率（%）系統(tǒng)效率提高值（%）系統(tǒng)效率增加幅度(%)日節(jié)電（kW·h）1120.7132.7245.922191.2610.26.042.6744.1838.013111.56197.144.7566.2550.53安塞油田油井間開與系統(tǒng)效率關系一、影響系統(tǒng)效率的因素

Xi’anShiyouUniversity（11）氣油比和含水氣油比越大、含水率越低，即氣液比越大，系統(tǒng)效率越低。理論仿真結果

一、影響系統(tǒng)效率的因素

Xi’anShiyouUniversity5.國內外系統(tǒng)效率統(tǒng)計有桿泵采油是最主要的采油方式井數：中國80%，美國85%，俄羅斯75%

產量份額：產油量的75%，產液量的60％能耗統(tǒng)計系統(tǒng)效率：中國26%，美國40%

用電量：占整個油田用電量的25-30%

與世界水平相比則有相當的差距，大量的能量在原油舉升過程中被損耗掉，系統(tǒng)效率的提高還有很大的空間和潛力。如果能夠將抽油機的系統(tǒng)效率平均提高5

個百分點，那么全國每年將節(jié)約近10

億度電。

一、影響系統(tǒng)效率的因素

Xi’anShiyouUniversity油田中石油長慶采一長慶采二長慶采三長慶采四長慶采五大慶玉門統(tǒng)計井數（口）87442274014071208389168322441249系統(tǒng)效率（%）22.518.0918.0322.419.6520.7531.125油田江蘇勝利遼河新疆華北大港中原江漢統(tǒng)計井數（口）64618351113719564348124802226522系統(tǒng)效率（%）25.627.217.423.316.3國內部分油田的系統(tǒng)效率一、影響系統(tǒng)效率的因素

Xi’anShiyouUniversity安塞油田系統(tǒng)效率統(tǒng)計

注：中石油平均噸液耗電14.97kW·h。

一、影響系統(tǒng)效率的因素

Xi’anShiyouUniversity影響系統(tǒng)效率的因素

抽油機節(jié)能技術

電機節(jié)能技術系統(tǒng)優(yōu)化設計技術抽油機井間開技術幾點認識主要內容Xi’anShiyouUniversity二、抽油機節(jié)能技術常規(guī)游梁式抽油機具有結構簡單、制造容易、可靠性高、維修方便、適應現場工況等優(yōu)點，在采油機械中占有舉足輕重的地位，在今后相當長時間內仍是油田首選采油設備。但由于常規(guī)游梁式抽油機本身的結構特征，決定了它平衡效果差，曲柄凈扭矩大，存在負扭矩，載荷率低、工作效率低和能耗高的缺點。游梁平衡

曲柄平衡

復合平衡

Xi’anShiyouUniversity1、節(jié)能型抽油機節(jié)能型抽油機多數是在常規(guī)游梁式抽油機的基礎上改造而成，目的是為了提高沖程、節(jié)能或改善抽油機的結構特性與受力狀態(tài)。主要包括下偏杠鈴型抽油機、調徑變矩型抽油機、雙驢頭抽油機等。

（1）下偏杠鈴型抽油機在游梁式抽油機的基礎上，利用下偏杠鈴來平衡和削減抽油機峰值扭矩，可以根據井況合理匹配下偏杠鈴的位置和重量，繼承了常規(guī)游梁式抽油機的全部優(yōu)點，平衡效果好，性能可靠。二、抽油機節(jié)能技術Xi’anShiyouUniversity（2）調徑變矩型抽油機調平衡＝加減小配重塊＋調徑變矩，通過調換不同直徑變徑銷改變吊臂與游梁的夾角，同時改變配重運行軌跡使配重最大平衡力矩位置可調，針對載荷峰值位置精確調平衡。調整簡單易行。二、抽油機節(jié)能技術Xi’anShiyouUniversity（3）雙驢頭抽油機（異型游梁式抽油機）

二、抽油機節(jié)能技術Xi’anShiyouUniversity（4）矮型異相抽油機（5）摩擦換向抽油機二、抽油機節(jié)能技術Xi’anShiyouUniversity（6）漸開線抽油機（7）擺桿式抽油機

二、抽油機節(jié)能技術Xi’anShiyouUniversity（8）偏輪式抽油機（9）皮帶抽油機二、抽油機節(jié)能技術Xi’anShiyouUniversity項目產液（m3/d）產油（t/d）動液面（m）系統(tǒng)效率（%）噸液百米耗電（kW·h）節(jié)電率（%）常規(guī)抽油機2.991.84120314.622.03－異相抽油機2.961.91119915.891.887.40下偏復合抽油機2.781.88121116.091.849.35大慶油田不同抽油機節(jié)能效果安塞油田不同抽油機節(jié)能效果二、抽油機節(jié)能技術Xi’anShiyouUniversity2、抽油機平衡調整技術抽油機的工作特點是典型的周期交變載荷，抽油機的平衡度對抽油機井的耗電量有一定的影響，平衡差的油井能耗大，同時平衡狀況的好壞，直接影響抽油機四連桿機構、減速箱和電機的效率及使用壽命。因此，調整抽油機的平衡，可以降低地面能量損失。電流時間扭矩功率抽油機平衡調整二、抽油機節(jié)能技術Xi’anShiyouUniversity根據電流曲線判斷和調整平衡的成功率低。據大慶薩中油區(qū)50口井的試驗統(tǒng)計，采用電流曲線法判斷，其平衡率為72%，而采用功率曲線法，平衡的井只占44%。其中存在負功的井占68%，用功率曲線法調整平衡后平均單井節(jié)電12.5%。室內和現場試驗表明，三相異步電動機運行轉速大于同步轉速時，處于發(fā)電狀態(tài)，并產生負功。電機轉差率越大，產生的負功越大。如果以電流峰值比來作為平衡率，則不能揭示負功問題。因為目前的儀器測不出電流的負值。交流電流表的原理，是測50HZ交流電的均方根平均值（即有效值），于是負值的平方成了正值，電流曲線本應下降為波谷值，反而上升為波峰。所以當抽油機存在發(fā)電現象時，電流曲線是錯誤的，不能應用。當負功電流（電機電流流向電網）和正功電流（電網電流流向電機）接近時，電流峰值比很高，表明平衡最壞。只有功率曲線（或扭矩曲線）才能反映正功、負功的變化情況。二、抽油機節(jié)能技術Xi’anShiyouUniversity類別平均泵深(m)產液(m3/d)動液面(m)輸入功率(kW)有效功率(kW)系統(tǒng)效率(%)單井日耗電(kW·h)調整前13634.611883.310.618.2279.42調整后13634.7711833.130.6420.3175.02安塞油田實施抽油機平衡調整200余井次，抽油機井在舉升高度和產液量基本不變的情況下，調整平衡使油井能耗降低4.4kW·h/d。同時，通過平衡調整后，設備運轉更加平穩(wěn)，延長了抽油機的使用壽命。新疆陸梁油田油井調整前后測試結果二、抽油機節(jié)能技術Xi’anShiyouUniversity影響系統(tǒng)效率的因素抽油機節(jié)能技術

電機節(jié)能技術

系統(tǒng)優(yōu)化設計技術抽油機井間開技術幾點認識主要內容Xi’anShiyouUniversity1、電機功率與油井能耗關系常用電機最佳運行效率在額定負載附近，即在60%-100%之間，一般電機效率最高點是負載率在70~80%之間。當電機負載率低于50%時，電機效急劇下降。而現場上大多數電機的負載率都比較低，一般只有30%左右，因此“大馬拉小車”是造成電機運行能耗高的主要原因。另一方面由于電機負荷變化較大，電機平均功率因數普遍很低。過低的功率因數會使電機無功損耗和輸電線路損耗增加。三、電機節(jié)能技術Xi’anShiyouUniversity

針對抽油機井這種負載快速變動的設備，電機功率的選配要考慮到電機的最大負載與平均負載，建議按如下原則選配電機：第一步測試電機（包括啟動時）的最大功率Pmax。第二步在電機正常工作時測試電機的平均負載率，計算出均方根功率PFCL。按下式計算電機功率。需要注意的是，電機選得太小，會造成啟動困難，甚至不能起動。在運行期間也會大量發(fā)熱，甚至燒壞電機。三、電機節(jié)能技術Xi’anShiyouUniversity以長慶機械總廠生產的抽油機為例，當沖次3.5/min-1，不同型號的抽油機電機功率選配結果：

名稱抽油機4型機5型機6型機8型機2.5m沖程3m沖程均方根扭矩(kN.m)2.90114.6557.42268.84611.47計算電機功率(KW)2.6064.1826.6687.94710.5擬選電機功率(KW)3.395.458.6710.3313.65選配電機功率(KW)5.57.5111115三、電機節(jié)能技術Xi’anShiyouUniversity2、節(jié)能型電機節(jié)能電機的種類比較多，永磁系列電機、雙速電機、超高轉差率電機等。（1）永磁同步電機

采用稀土永久磁鐵代替勵磁繞組激磁，沒有轉差損耗，功率因數高，電機的負載變化和電網電壓波動時，不存在速度波動，沒有機械轉換過程中的損耗，提高了低負載區(qū)的電機運行效率。三、電機節(jié)能技術Xi’anShiyouUniversity井號抽油機型號電機功率kW有功功率kW無功功率kW功率因數異步永磁異步永磁異步永磁異步永磁王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51-029CYJY6-2.5-26HF16152.712.3740.84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3-5CYJY3-1.5-6.5HB5.542.051.950.99平均12.08102.561.969.080.820.330.89安塞油田在6口油井上分別安裝永磁同步電機：平均功率因數由0.33提高到0.89

平均系統(tǒng)效率提高3.61個百分點平均單井日節(jié)電14.4kW·h

投入成本高，回收期長。三、電機節(jié)能技術Xi’anShiyouUniversity（2）雙速電動機屬于異步電機。改變定子繞組的連接方法可改變定子旋轉磁場磁極對數，從而改變電動機的轉速。2005年，陸梁油田推廣使用了雙速電機，雙速電機的平均地面效率為55.61%，而普通電機的平均地面效率為50.30%。說明節(jié)能型雙速電機的功率因數高于常規(guī)Y系列電動機的。三、電機節(jié)能技術Xi’anShiyouUniversity（3）開關磁阻調速電機系統(tǒng)（SRD系統(tǒng)）繼交流變頻調速電機之后，國際上又一種逐漸成熟的無級調速系統(tǒng)，兼有交流、直流調速系統(tǒng)的優(yōu)點，①電機結構簡單堅固，免維護，調速方便，性能可靠，可以頻繁起制動、正反轉，電機不怕熱。②電機起動轉矩為額定轉矩的150%，而起動電流僅為額定電流的30%。③電機空載電流僅為額定電流的1%。

2005年10月，國家發(fā)改委、科技部、國家環(huán)?？偩致?lián)合發(fā)布節(jié)能指導文件，已把開關磁阻電動機調速系統(tǒng)作為節(jié)能產品進行推廣。勝利純梁采油廠三、電機節(jié)能技術Xi’anShiyouUniversity（4）超高轉差率電機

在美國油井上已安裝上萬臺，節(jié)電率達20％。國內實測結果：只在輕載（負載率30％以下）時有節(jié)電效果。使用條件：振動載荷大的井（美國油井的振動載荷和慣性載荷都大）。電機的轉差率要適度，不可過高，一般要求電機轉差率的最大值不能超過10％。目前提倡長沖程、低沖次，這種工藝本身就能最大限度的減少慣性負荷和振動負荷，因此超高轉差率電機的應用范圍被大大縮小。此外成本比普通電機高約50%。三、電機節(jié)能技術Xi’anShiyouUniversity呼倫貝爾油田YCCH超高轉差率電機耗能對比根據單位產液耗能的平均值計算，YCCH超高轉差率電機的平均節(jié)電率為13.5%。三、電機節(jié)能技術Xi’anShiyouUniversity（5）電磁調速電機電磁調速電機由拖動電機（Y系列電動機）、電磁轉差離合器（在普通電機軸與負載軸之間）和控制器三部份組成。勝利油田孤島采油廠2001年使用50臺YCT系列電磁調速電機（具有交流恒轉矩無級調速的特點），泵效提高15%~20%，檢泵周期延長60d，但節(jié)電不明顯。目前主要用于解決低沖次的問題。三、電機節(jié)能技術Xi’anShiyouUniversity（6）高起動轉矩電機其機械特性最適合抽油機交變載荷特性，它集中了硬特性和軟特性的優(yōu)點，當抽油機載荷較輕時，電機可達到額定轉速；抽油機載荷較重時，發(fā)揮軟特性功能，降低轉速，減緩硬沖擊，過載能力強。大慶油田第六采油廠三、電機節(jié)能技術Xi’anShiyouUniversity（7）齒輪減速電機勝利油田純梁采油廠使用齒輪減速電機節(jié)能效果三、電機節(jié)能技術Xi’anShiyouUniversity3、電機節(jié)能控制器（1）變頻控制器隨著現代電力電子技術的發(fā)展，變頻控制器已是十分成熟的電氣產品，并且其價格也已經大幅度下降。2007年進口變頻器的價格約為600～700元/kW，國產變頻器的價格在400～500元/kW。在抽油機上大量推廣變頻調速節(jié)能改造已經成為可能。三、電機節(jié)能技術Xi’anShiyouUniversity變頻控制器的優(yōu)點：可根據油井的實際供液能力，動態(tài)調整抽取速度，一方面達到節(jié)能目的，同時還可以增加原油產量；由于實現了真正的軟起動，對電動機、變速箱、抽油機都避免了過大的機械沖擊，大大延長了設備的使用壽命，減少了停產時間，提高了生產效率；大大提高了功率因數（可由原來的0.25～0.5提高到0.9以上），從而大大減少了供電電流，減輕了電網及變壓器的負擔，降低了線損。能耗基本上與轉速成正比，只要降速，肯定節(jié)能。是節(jié)能電控裝置的發(fā)展方向。隨著技術的發(fā)展，其價格將進一步降低，而性能將進一步提高。三、電機節(jié)能技術Xi’anShiyouUniversity呼倫貝爾油田三、電機節(jié)能技術Xi’anShiyouUniversity（2）調壓控制器根據電機的負荷變化相應的調節(jié)機電的輸入端電壓來調節(jié)機電的輸入電功率，而輸入端電功率的調節(jié)過程又是通過調節(jié)機電機的輸入電抗來實現的，即當電機的載荷變輕時，把電機的輸入電抗調節(jié)成相應功率的小電機輸入電抗，這時相當于一個小功率電機在工作，當電機的負載變重時，把電機的輸入電抗調節(jié)成相應功率的大電機的輸入電抗，這時電機又恢復原來的功率工作。通過對安塞油田王48-028井的測試，該裝置在電機節(jié)能方面效果明顯，有功、無功節(jié)能效率分別達到47.6%、57.2%，油井輸入功率從9.7kw下降到6.07kw，功率因數從0.79提高到0.85，在不影響油井產量的情況下，抽油機能耗降低，能量的利用率提高。

三、電機節(jié)能技術Xi’anShiyouUniversity（3）無功自動補償控制器由于游梁式抽油機運行過程中負荷變化的特殊性和復雜性，導致抽油系統(tǒng)效率低下。正常運行時電機的有功功率變化較大，功率因數很低，一般只有0.2～0.4，變壓器處于低效率運行狀態(tài)，傳輸線路和變壓器通過的主要是無功電流，致使變壓器、線路損耗過大，嚴重影響了電網有功功率的輸送能力和電網的經濟效率。同時，傳送過大的無功功率還引起電壓降落，使電機運行在低電壓大電流高損耗狀態(tài)，也易發(fā)生電機和變壓器燒毀事故。

有效解決的辦法：安裝電機無功功率動態(tài)跟蹤自動補償控制器。

三、電機節(jié)能技術Xi’anShiyouUniversity井組井數類別電壓(V)電流(A)有功功率(kW)無功功率(kVar)功率因數耗電量(kwh)節(jié)電率135井組11投用前213.574.79662.920.70%投用后21839.59525.9變化4.5-35.2-1.5-42.070.6-136.916-25井組5投用前238.761.1218.525.90.44506.231.10%投用后224.521.77348.9變化-14.2-39.42-4.4-21.50.53-157.221-10井組7投用前229.268.218.0334.20.41514.827.90%投用后231.2525.614.796.70.93371變化2.05-42.6-3.24-27.50.52-143.8井組變化情況33投用前226.4272.88418.93642.0340.392555.2226.17%投用后226.9927.6416.5245.570.968409.92變化0.57-45.244-2.412-36.4640.576-145.3安塞油田安裝無功功率補償器前后效果對比

三、電機節(jié)能技術Xi’anShiyouUniversity（4）軟起動控制器起動轉矩、電流、電壓、時間可按負載不同靈活設定。三、電機節(jié)能技術電機節(jié)能的發(fā)展趨勢是節(jié)能電機與控制器聯(lián)合—一體化節(jié)能裝置Xi’anShiyouUniversity4、不同節(jié)能設備對比

節(jié)能效果比較

經濟效益對比（呼倫貝爾油田，2007）

三、電機節(jié)能技術Xi’anShiyouUniversity節(jié)能的間接效益三、電機節(jié)能技術Xi’anShiyouUniversity大慶油田第六采油廠（2005年）大慶油田總體（2008年）三、電機節(jié)能技術Xi’anShiyouUniversity影響系統(tǒng)效率的因素抽油機節(jié)能技術電機節(jié)能技術

系統(tǒng)優(yōu)化設計技術抽油機井間開技術幾點認識主要內容Xi’anShiyouUniversity四、系統(tǒng)優(yōu)化設計技術1、有桿抽油系統(tǒng)優(yōu)化設計的內容和方法

（1）設計內容有桿抽油系統(tǒng)：從油層、井筒、機桿泵、地面出油管線到油氣分離器所涉及的各個環(huán)節(jié)有桿抽油系統(tǒng)設計：選擇機、桿、泵、管及其工作參數，并預測其工況指標

（2）設計原則以油藏供液能力為依據，以油藏與抽油設備的協(xié)調為基礎，最大限度地發(fā)揮設備和油藏潛力，使抽油系統(tǒng)高效而安全地工作。Xi’anShiyouUniversity（3）設計步驟和方法①將管徑按內徑大小排序；將桿柱鋼級按強度大小排序；將泵徑按尺寸大小排序；將泵掛從動液面始，依次加深排序直到油層中部為止。②各種管徑、各種桿柱鋼級、各種泵徑、各種泵掛（對應科學的桿柱組合）、各種沖程、各種沖次一一組合，每一種組合對應著一種機采系統(tǒng)效率。③計算出每一種組合相應的年度耗電費用、所對應的機采年耗成本；④以能耗最低或以年耗成本最低作為所選擇的機采參數并確定抽油設備。

四、系統(tǒng)優(yōu)化設計技術Xi’anShiyouUniversity調參內容井數(口)調參前平均日耗電（kW·h）調參后平均日耗電（kW·h）單井日節(jié)電（kW·h）節(jié)電率（%）沖次調整59778.665.916.216.16沖程調整13576.36泵徑調整7083.55Dns綜合調整4175.455.42020.53合計84378.4866.2612.2215.57實例1：安塞油田實例2：新疆油田百口泉采油廠統(tǒng)計6口井，平均系統(tǒng)效率提高了7.5個百分點，平均產液單耗下降了9.9kW·h/t，平均單井增產液量達2.9t/d，增產油量達0.8t/d。四、系統(tǒng)優(yōu)化設計技術Xi’anShiyouUniversity2、分析影響系統(tǒng)效率的主要因素項目分析井數(口)平均輸入功率(%)平均有效功率(%)平均系統(tǒng)效率(%)實測優(yōu)化實測優(yōu)化實測優(yōu)化變化值開井時間1012.471.660.260.3311.3921.6510.26沖次3883.362.520.460.5114.2120.25.99平衡度963.443.130.600.6417.5320.312.78沖程753.212.710.550.5117.6418.71.06泵徑243.483.340.610.5517.5316.560.97安塞油田：開井時間是影響系統(tǒng)效率的第一因素，主要是低產、低泵效井偏多；沖次是影響系統(tǒng)效率的第二因素，主要原因是部分油井沖次偏大，進一步下調沖次或采用超低沖次可提高系統(tǒng)效率。第三為抽油機平衡度，而沖程、泵徑對系統(tǒng)效率影響較小。

四、系統(tǒng)優(yōu)化設計技術Xi’anShiyouUniversity抽油機低沖次改造技術

加裝過渡皮帶輪安塞油田對57臺抽油機安裝過渡皮帶輪，41臺抽油機加裝二級減速器，平均日產液由2.13m3/d變?yōu)?.09m3/d；平均沖次由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%，單井節(jié)電達10kW·h/d以上。加裝二級減速器四、系統(tǒng)優(yōu)化設計技術Xi’anShiyouUniversitySouth

Texas

Pumpdepth：8210ftPumpsize：1.25inStroke：86inSPM：6.254Reducingthepower

requirementby6hp/d四、系統(tǒng)優(yōu)化設計技術Xi’anShiyouUniversity3、合理流壓的確定

近年來，越來越多的試井資料及油藏研究成果證實，注水保持壓力開發(fā)的油田，當井底流壓低于飽和壓力以后，IPR曲線向壓力軸偏轉，并會出現最大產量點，對應最大產量點的流壓是油井提液穩(wěn)油的最小流壓界限或合理流壓。合理生產壓差確定流程

四、系統(tǒng)優(yōu)化設計技術Xi’anShiyouUniversity安塞油田油藏流入動態(tài)曲線含水率對IPR曲線的影響研究表明，長6層油井提液穩(wěn)油的合理流壓約為飽和壓力的0.48～0.55倍，即在3.2～3.8MPa。因此將流壓保持在3-4MPa，可最大限度發(fā)揮油井潛能。在飽和壓力一定的條件下，油井見水后隨著含水率上升，流入能力明顯下降，含水越高流入能力越低。因此，隨著含水上升，應及時調整油井工作制度，以減緩油井產量的遞減速度。四、系統(tǒng)優(yōu)化設計技術Xi’anShiyouUniversity4、合理沉沒度的確定沉沒度對系統(tǒng)效率的影響有兩方面：沉沒度過小，泵效低，液量少，系統(tǒng)效率低；沉沒度過大，由于抽油桿重量增加造成抽油機懸點載荷增加，能耗增加，系統(tǒng)效率也低。因此，在保證油井供液的前提下使沉沒度最小，是保證抽油井系統(tǒng)效率處于較高水平運行的關鍵。

勝利油田東辛采油廠經濟沉沒度下的耗電量動液面降低50m，沉沒度降低488m，節(jié)電21.35%，提高系統(tǒng)效率26.9%。四、系統(tǒng)優(yōu)化設計技術Xi’anShiyouUniversity5、氣體對充滿程度的影響

氣體影響的示功圖

（1）氣體影響的泵示功圖

氣鎖時泵示功圖

（2）提高充滿程度的措施

減小防沖距增加沉沒度使用井下氣錨或防氣泵

四、系統(tǒng)優(yōu)化設計技術Xi’anShiyouUniversity中排氣防氣泵與常規(guī)抽油泵不同之處在于泵筒中部開有排氣孔。上沖程時游動閥關閉，固定閥打開，油氣進入泵筒。當活塞下端經過排氣孔后，此時泵筒與油套環(huán)空連通，氣體可通過排氣孔排到油套環(huán)空，環(huán)空內的液體也可進入泵筒，提高泵的充滿程度，可防止氣鎖，提高泵效。另外排氣孔在作業(yè)時可起到泄油器的作用，減少環(huán)境污染。

1—固定閥；2—泵筒;3—活塞;4—排氣孔;5—拉桿中排氣防氣泵（3）防氣泵包括中排氣防氣泵、環(huán)形閥防氣泵、強制閥防氣泵。四、系統(tǒng)優(yōu)化設計技術Xi’anShiyouUniversity1—固定閥;2—泵筒;3—活塞;4—環(huán)形閥;5—連桿環(huán)形閥防氣泵環(huán)形閥防氣泵在常規(guī)泵的基礎上，將上部游動閥改為環(huán)形閥，并增加了拉桿和摩擦環(huán)等部件。下沖程時環(huán)形閥在連桿的帶動下及時關閉，并承受液柱壓力，環(huán)形閥和活塞之間的空間增大,壓力迅速降低，下游動閥迅速打開,上泵腔進油。上沖程時環(huán)形閥在拉桿的帶動下及時打開，下游動閥迅速關閉，上泵腔排油，固定閥打開，原油進入下泵腔。四、系統(tǒng)優(yōu)化設計技術Xi’anShiyouUniversity1—固定閥;2—泵筒;3—出油閥;4—活塞;5—限位器;6—連桿強制閥防氣泵強制閥防氣泵該泵的游動閥為機械式開啟,下沖程時連桿下行,出油閥開啟,泵內油氣進入上部油管,避免由于氣體易壓縮性造成的游動閥開啟滯后。上沖程連桿使出油閥及時關閉,避免氣體膨脹造成固定閥開啟滯后。因此,強制閥防氣泵解決了普通抽油泵閥球不能及時開啟和關閉的問題,提高了泵效,避免了氣鎖現象。

四、系統(tǒng)優(yōu)化設計技術Xi’anShiyouUniversity選井條件防氣泵適用于高油氣比井。適用于高油氣比的油井，油氣比越高，中排氣泵防氣效果越明顯。環(huán)形閥式防氣泵油氣比在250~450m3/t時效果最好。由于下行阻力增加,需要配套采用抽油桿底部加重措施。各防氣泵不宜在出砂井中使用。防氣泵的主要技術參數四、系統(tǒng)優(yōu)化設計技術Xi’anShiyouUniversity現場應用實例：2000年,在中原文衛(wèi)馬油田的54口高油氣比井中選擇17口井使用,效果明顯,平均泵效提高16%。如衛(wèi)2—5井,該井作業(yè)前泵徑為44mm,下泵深度1625m,沖程4.8m,沖次5min-1,產液12.6t,氣油比460m3/t,泵效24%。使用中排氣防氣泵后,在工作制度不變的情況下泵效達47%,使用效果理想。認識：中排氣防氣泵、環(huán)形閥防氣泵和強制閥防氣泵較好地解決了高油氣比油井泵效普遍偏低的情況。其結構簡單,設計合理,現場使用效果明顯,配合高效氣錨等防氣工藝使用效果更佳。四、系統(tǒng)優(yōu)化設計技術Xi’anShiyouUniversity6、泵效與系統(tǒng)效率的關系

影響泵效的因素：

抽油桿柱和油管柱的彈性伸縮氣體和充不滿漏失

選擇合理的工作方式合理利用氣體能量及減少氣體影響使用油管錨改善泵的結構，提高泵的抗磨、抗腐蝕性能，并采取防砂、防腐、防蠟等措施

提高泵效的措施：四、系統(tǒng)優(yōu)化設計技術Xi’anShiyouUniversity塔河油田抽油機井泵效與系統(tǒng)效率關系曲線（53點繪制）塔河油田管式泵井泵效與系統(tǒng)效率關系曲線（42點繪制）（1）泵效過低或過高，系統(tǒng)效率都比較低。泵效處于合理的區(qū)間，系統(tǒng)效率比較高。（2）總體而言泵效存在一個極限值，泵效低于此值時，隨著泵效的提高，系統(tǒng)效率隨之提高，對泵效高于此值時，隨著泵效的增加，系統(tǒng)效率不再增加，反而下降。

四、系統(tǒng)優(yōu)化設計技術Xi’anShiyouUniversity

泵效與系統(tǒng)效率同屬效率指標，它們應該具有相同的變化趨勢，即泵效高、系統(tǒng)效率也應該高。但在塔河油田，當泵效超過一定值后系統(tǒng)效率效率卻會隨之降低，原因如下：從塔河油田所屬的區(qū)塊的流體物性來看，氣油比高，在機抽的同時，氣體膨脹能一方面使得井具有了一定的自噴能力，顯著提高了泵效，而另一方面，氣體的膨脹能又使得油套環(huán)空的液柱密度降低，在井底流壓維持不變的情況下，使得動液面升高，這樣按照目前系統(tǒng)效率測試方法測試的系統(tǒng)效率就變小了，最終形成了“高泵效、低系統(tǒng)效率”的現象。合理的泵效區(qū)間四、系統(tǒng)優(yōu)化設計技術Xi’anShiyouUniversity7、桿管偏磨防治措施（1）桿管偏磨現狀桿管偏磨造成最直接的后果是桿斷脫、管漏躺井，減緩了桿、管的使用壽命，檢泵作業(yè)頻繁，作業(yè)維修費用上升，嚴重影響油田正常生產。實例1：下寺灣油田2006年因偏磨造成躺井41井次，占躺井總數的23.6%，2007年1-10月因偏磨造成躺井35井次，占躺井總數34.0%。實例2：勝利臨盤采油廠商河油田2007年檢泵井數由295口下降至236口，因偏磨原因導致檢泵的井數由60口上升至104口，上升了24個百分點。實例3：大慶薩南油田南一～三區(qū)共有抽油機井1093口，2006年區(qū)塊發(fā)生抽油機井作業(yè)井次共計589口，其中因偏磨造成檢泵342井次，占總井數的32%，占檢泵總數的58%。四、系統(tǒng)優(yōu)化設計技術Xi’anShiyouUniversity（2）桿管偏磨原因偏磨特征：由于抽油桿和油管在工作中基本上不發(fā)生轉動，抽油桿有規(guī)律地重復運動，造成油管和抽油桿總同一方向、同一部位上發(fā)生摩擦，很容易造成摩擦部位的油管和抽油桿失效?，F場中發(fā)現，多數抽油桿接箍從一側看是完好的，而另一側卻嚴重磨損。偏磨原因：井斜（自然井斜、地層蠕變引起的井斜）是桿管偏磨的主要原因之一。抽油桿、油管失穩(wěn)引起偏磨。在下沖程過程中，中性點以上的抽油桿始終處于拉伸狀態(tài)，中性點以下的抽油桿容易彎曲發(fā)生偏磨。在上沖程時，抽油桿被拉直，而油管在中性點以下產生彎曲，使管桿接觸產生磨損。桿、管柱合理設計尤為重要。四、系統(tǒng)優(yōu)化設計技術Xi’anShiyouUniversity腐蝕使偏磨加劇。酸性介質含量高、電化學腐蝕程度高都會加劇桿管偏磨。室內試驗和現場實踐均表明，管桿材料的腐蝕率都是隨著油井產出液礦化度的降低而降低。工作制度。大泵徑發(fā)生偏磨的比例大于小泵徑；沖次高的偏磨幾率高于沖次低的。勝利曲堤油田泵徑和沖次與偏磨關系四、系統(tǒng)優(yōu)化設計技術Xi’anShiyouUniversity桿管材質。主要是抗腐蝕性和材質強度。含水。含水上升，偏磨腐蝕的程度增大。原因在于：當含水大于一定程度時，產出液換相，由油包水型轉換為水包油型，桿管表面失去了原油的保護，產出水直接接觸金屬，腐蝕速度增大。大慶采油一廠第三油礦的68口偏磨井，平均含水都比區(qū)塊平均含水高2.6~9.3個百分點，比區(qū)塊中其它井平均含水高2.8~9.4個百分點。含砂。在高的含砂量環(huán)境中，桿管之間存在砂粒的研磨作用，可加快偏磨的發(fā)生。四、系統(tǒng)優(yōu)化設計技術Xi’anShiyouUniversity（3）桿管偏磨防治措施

優(yōu)化工作制度，選擇合適的沖次、泵徑、動液面、沉沒度，使其與地層供液相匹配。對大沉沒度井，上提泵掛避開斜井段生產。勝利油田勝利采油廠2007年實施上提泵掛10井次,平均延長免修期105天。優(yōu)化桿柱設計，必要時下部采用加重桿。使用抽油桿扶正器、油管扶正器。

抽油桿扶正器油管扶正器四、系統(tǒng)優(yōu)化設計技術Xi’anShiyouUniversity改進桿管材質或使用防磨涂層。使用高強度抽油桿、雙向保護接箍、內襯油管能有效防止桿管偏磨腐蝕。只對抽油桿或油管采取保護措施不能起到真正意義上的防偏磨作用。對腐蝕嚴重的井，應采取防腐措施。井下無封隔器時，可使用油管錨固定油管，避免油管彎曲，并減輕管柱的振動。使用抽油桿旋轉器、油管旋轉器（旋轉井口），使桿管局部磨損變成大面積的均勻磨損，但沒有從根本上解決磨損問題。四、系統(tǒng)優(yōu)化設計技術Xi’anShiyouUniversity無油管采油或更換舉升方式。去掉油管，把泵固定在套管上，抽油桿在套管內上下運動，泵效、防偏磨效果較好，但泵組較昂貴，密封件易出問題，施工難度大。氣舉或無桿泵采油不存在桿管偏磨問題。通過技術集成，實施綜合治理。大慶油田南一～三區(qū)2005年下半年在79口井上，應用扶正器的同時配合使用抽油桿旋轉器，平均檢泵周期延長了119天。勝利油田通過集成配套，形成了適用于不同偏磨井況的5種防偏磨技術模式，如嚴重腐蝕偏磨井配套模式為“抗磨蝕管+抗磨接箍+防腐抽油泵”。截止到2008年10月底，在推廣應用的1636口偏磨井中，對于生產周期小于120天的偏磨井，平均生產周期由治理前98天延長到治理后的377天，延長了279天，生產周期延長2.8倍；對于生產周期大于120天的偏磨井，平均生產周期由治理前141天延長到治理后的315天，延長了174天；生產周期超過400天的偏磨井達到673口，占總治理井數的41%。四、系統(tǒng)優(yōu)化設計技術Xi’anShiyouUniversity加強管理。嚴把鉆井、完井質量關，防止井徑不規(guī)則，固井質量不合格。合理的倒換抽油桿、油管位置。推廣應用抽油桿（油管）無損檢測（探傷）技術（裂紋、腐蝕和磨損等缺陷的檢測）。加強化防熱洗等維護性工作，減少油管內結蠟。儲存、運輸、裝卸、擺放、作業(yè)等諸多環(huán)節(jié)都要有嚴格的規(guī)章制度，做好監(jiān)督、檢查工作，避免桿管的人為損傷。四、系統(tǒng)優(yōu)化設計技術Xi’anShiyouUniversity（4）定向井定向井抽油桿柱組合與扶正器間距設計由于定向井的實際井眼軌跡是空間三維的，因此使得上下運動的抽油桿柱在工作時處于復雜的交變應力狀態(tài)，為保證井下桿柱正常工作，防止桿柱與油管內壁接觸，必須合理設計抽油桿柱及扶正器間距。桿柱設計應確保具備較好的等強度，同時在有效扶正的前提下，盡量減少扶正器的個數。四、系統(tǒng)優(yōu)化設計技術Xi’anShiyouUniversity西峰油田桿柱優(yōu)化組合效果對比

泵徑：38mm液量：80m3/d大慶油田統(tǒng)計不同桿柱組合的能耗情況較重的桿柱能耗較大；隨著沖程的增加，四種桿柱能耗總體呈下降趨勢；對某一特定的桿柱存在某一沖程使其能耗最低。四、系統(tǒng)優(yōu)化設計技術Xi’anShiyouUniversity大慶榆樹林油田3口低滲井系統(tǒng)效率統(tǒng)計抽油桿柱由25mm22mm19mm三級調為22mm19mm兩級；沖次均調小，但產量基本保持不變。輸入功率分別下降了40%、25.7%、48.8%，系統(tǒng)效率分別提高了1.1、1.2、4.3個百分點。但系統(tǒng)效率依然很低。四、系統(tǒng)優(yōu)化設計技術Xi’anShiyouUniversity影響系統(tǒng)效率的因素抽油機節(jié)能技術電機節(jié)能技術系統(tǒng)優(yōu)化設計技術

抽油機井間開技術

幾點認識主要內容Xi’anShiyouUniversity低滲透、特低滲透油田，存在著大量的低產低效井，長期處于供液不足狀態(tài)，表現為間歇性出液，而連續(xù)開抽生產，“液擊”工況嚴重，電機無功功率消耗大，電能利用率很低，不同時間測試的系統(tǒng)效率可相差5個百分點以上。為了提高抽油時率，降低單位產量的能耗指標，最直接的辦法是實行間抽。五、抽油機井間開技術Xi’anShiyouUniversity1、油井合理間開時間的確定（1）利用液面上升和下降速度確定關井和開井時間

關井時間的確定油井關井后，根據油層供液能力油井動液面均有不同程度的恢復，通過每隔一定時間測試一次液面，求得沉沒度，可以繪出油井沉沒度上升曲線。由曲線分析，當沉沒度上升到一定值時，上升速度逐漸變緩，變緩的這一拐點對應的時間為油井關井時間。

五、抽油機井間開技術不同泵效油井關井后沉沒度上升曲線Xi’anShiyouUniversity開井時間的確定油井啟抽后每隔一定時間測試一次動液面，求得沉沒度，繪出生產時間與沉沒度的關系曲線。由曲線分析，當沉沒度下降到深井泵正常工作要求的最小值（如50m）或下降速度變緩時，所對應的時間應為油井連續(xù)生產時間。

不同泵效油井開井后沉沒度下降曲線

同一口油井在開井和關井期間動液面變化有相對固定規(guī)律，低泵效油井關井后沉沒度上升速度較緩，液面恢復時間相對較長，而開井后動液面下降速度較快。五、抽油機井間開技術Xi’anShiyouUniversity（2）利用連續(xù)測試的示功圖確定關井和開井時間五、抽油機井間開技術Xi’anShiyouUniversity2、油井間開方式（1）人工間開主要適用于有人值守的井場，成本低。（2）智能間開生產過程中連續(xù)測試動液面和/或示功圖，經實時處理，可實現閉環(huán)自動控制。

五、抽油機井間開技術Xi’anShiyouUniversity項目產液（m3/d）產油（t/d）動液面（m）泵效（％）日耗電（kW·h/d）系統(tǒng)效率（％）噸液耗電（kW·h/t）節(jié)電率（%）間開前1.531.1012641958.5113.3944.3249.27間開后1.521.1012553729.6821.6522.48差值-0.010-91828.838.2621.843、油井間開技術的應用安塞油田實施間開油井271口，其中人工間開89口井，智能間開182口，在產液量保持平穩(wěn)的情況下，縮短開井時間，油井系統(tǒng)效率提高了8.26個百分點，日耗電量下降28.83kW·h，噸液能耗由44.32kW·h下降至22.48kW·h。間開井能耗測試情況統(tǒng)計

五、抽油機井間開技術Xi’anShiyouUniversity新疆油田分公司百口泉采油廠，低產低效井應用智能間抽工藝后，測試對比油井產量基本無影響，電耗下降68.5%，抽油時間縮短60%，延長了抽油設備的使用壽命。WestTexas：GCDU143（1995–2005）POC（Pump-OffController）：抽空控制器SPOC（Sensorless

Pump-OffController）：無傳感器的抽空控制器五、抽油機井間開技術Xi’anShiyouUniversity影響系統(tǒng)效率的因素抽油機節(jié)能技術電機節(jié)能技術系統(tǒng)優(yōu)化設計技術抽油機井間開技術

幾點認識

主要內容Xi’anShiyouUniversity1、用系統(tǒng)工程方法的觀點優(yōu)化系統(tǒng)，使地面地下整體優(yōu)化必須全面考慮影響有桿抽油系統(tǒng)效率的各個因素。任何單一的改進，很難取得實質性的進步。

TotalWellManagement（TWM）：全井管理，通過對生產數據的實時分析，判斷抽油設備（機桿泵管）、井下工具（如分離器）、油藏的工作狀況，及時調整工作方式和工作制度，使系統(tǒng)整體功能最佳，以降低成本，提高產量和開發(fā)的整體效益。

（1）發(fā)展新型抽油機及其拖動裝置-提高地面效率

發(fā)展方向：節(jié)能、增產、耐用抽油機：在游梁式抽油機結構框架內改善平衡效果，將定量平衡改