抽油機(jī)系統(tǒng)效率分析課件

抽油機(jī)井系統(tǒng)優(yōu)化抽油機(jī)井系統(tǒng)優(yōu)化1抽油機(jī)井系統(tǒng)優(yōu)化

1、系統(tǒng)效率的定義

抽油機(jī)井系統(tǒng)效率是指地面電能傳遞給井下液體，將液體舉升到地面的有效做功能量與系統(tǒng)輸入能量之比。即：抽油機(jī)井系統(tǒng)的有效功率Ne與輸入功率Ni之比。η＝Ne/Ni×100％抽油機(jī)井系統(tǒng)優(yōu)化

1、系統(tǒng)效率的定義抽油機(jī)井系統(tǒng)效率是指地2（1）．抽油機(jī)井的輸入功率Ni

拖動(dòng)抽油系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)的輸入功率為抽油井的輸入功率。Ni＝3600npk

k1/(nwtp)（2）式中Ni－抽油機(jī)井輸入功率，kW；np－有功電能表所轉(zhuǎn)的圈數(shù)，r；k—電流互感器變比，常數(shù)；k1－電壓互感器變比，常數(shù)；nw－有功電能表耗電為1kW．h時(shí)所轉(zhuǎn)的圈數(shù)，r／(kW．h)；tp－有功電能表轉(zhuǎn)np圈所用的時(shí)間，s。（1）．抽油機(jī)井的輸入功率Ni拖動(dòng)抽油系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)的輸入功3（2）．抽油機(jī)井的有效功率Ne

抽油井口的實(shí)際有效功率，又稱水功率。Ne＝QHρmg/86400kW（3）式中Q－油井實(shí)際產(chǎn)混合液量，m3／d；H－有效舉升高度，m；ρm－油管內(nèi)混合液相對(duì)密度，103kg／m3。ρm＝0.66(1-0.1402fw)-2.75（4）fw－抽油井的含水率，％。有效舉升高度H由下式計(jì)算：H＝Hd+102(pt--PC)/ρm（5）式中Hd－抽油機(jī)井的動(dòng)液面深度，m；pt－井口油壓，MPa；PC－井口套壓，MPa。（2）．抽油機(jī)井的有效功率Ne抽油井口的實(shí)際有效功率，又稱4實(shí)用的系統(tǒng)效率計(jì)算公式：實(shí)用的系統(tǒng)效率計(jì)算公式：η＝（6）實(shí)用的系統(tǒng)效率計(jì)算公式：實(shí)用的系統(tǒng)效率計(jì)算公式：52、抽油機(jī)井系統(tǒng)效率分析（一）系統(tǒng)效率的分解系統(tǒng)效率分為地面效率和井下效率，以光桿懸繩器為界，懸繩器以上為地面效率，懸繩器以下為井下效率。可表示為η＝ηsηw（7）式中ηs-－抽油系統(tǒng)的地面效率；

ηw－抽油系統(tǒng)的井下效率。抽油機(jī)井系統(tǒng)效率具體分解見圖1。2、抽油機(jī)井系統(tǒng)效率分析（一）系統(tǒng)效率的分解6圖1系統(tǒng)效率分解圖圖1系統(tǒng)效率分解圖71．電動(dòng)機(jī)效率η1電動(dòng)機(jī)輸出功率與輸入功率的比值為電動(dòng)機(jī)效率，一般電機(jī)銘牌上標(biāo)的電動(dòng)機(jī)效率是在負(fù)載率高于60％的情況下的數(shù)據(jù)。電動(dòng)機(jī)主要功率損失包括：基本銅損，鐵芯損耗，通風(fēng)系統(tǒng)損耗及軸承摩擦損耗等。2．皮帶—減速箱傳動(dòng)效率η2減速箱的輸出功率與電動(dòng)機(jī)輸出功率之比為皮帶—減速箱傳動(dòng)效率。皮帶造成的功率損失為皮帶與輪槽的摩擦損失和打滑損失；減速箱造成的功率損失為軸承損失和齒輪損失。3．四連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)效率η3光桿功率與減速箱輸出功率之比為四連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)效率。主要的功率損失為軸承損失和鋼絲繩的變形損失。1．電動(dòng)機(jī)效率η184．盤根盒的效率η4盤根盒輸出功率與光桿功率之比為盤根盒的效率。其主要的功率損失為光桿與盤根盒中填料摩擦損失，不同的填料擦力相差10倍。5．抽油桿效率η5抽油桿輸出功率與盤根盒輸出功率之比為抽油桿效率。其主要的功率損失為抽油桿與油管的摩擦損失、抽油桿與液體之間的摩擦損失、桿柱彈性伸縮損失。6．抽油泵效率η6抽油泵的輸出功率與抽油桿輸出功率之比為抽油泵效率。其主要的功率損失為抽油泵柱塞與襯套之間的摩擦損失、泵漏失損失(又稱容積損失)，原油流經(jīng)泵閥時(shí)由于水力阻力引起的功率損失(又稱水力損失)。4．盤根盒的效率η497．管柱效率η7抽油系統(tǒng)的有效功率與抽油泵輸出功率之比為管柱效率。其主要的功率損失為油管漏失損失，液體與油管內(nèi)壁產(chǎn)生的摩擦損失，油管彈性伸縮損失。抽油系統(tǒng)的總效率為η＝ηsηw＝η1η2η3η4η5η6η7（8）7．管柱效率η7103、有桿抽油系統(tǒng)效率最大目標(biāo)值分析（1）．地面效率的最大目標(biāo)值抽油機(jī)系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)、皮帶輪、減速器(由3副齒輪和3副軸承組成)和四連桿機(jī)構(gòu)(由3副軸承和鋼絲繩組成)組成。查有關(guān)的機(jī)械工程手冊(cè)，電動(dòng)機(jī)最大效率達(dá)95％，但是由于抽油機(jī)載荷的不均勻及電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)較低等原因造成抽油系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)效率最大只能達(dá)到η1＝80％。皮帶輪的效率η膠＝90％，齒輪的傳遞效率η齒＝98％(3副)，軸承的效率η軸＝99％(3副)，皮帶輪—減速器的效率可表示為η2＝η膠η齒3η軸3＝90％×(98％)3×(99％)3＝82％3、有桿抽油系統(tǒng)效率最大目標(biāo)值分析（1）．地面效率的最大目標(biāo)11抽油機(jī)四連桿機(jī)構(gòu)的效率主要是受軸承摩擦損失和驢頭鋼絲繩變形損失的影響，軸承效率取η軸＝99％(3副)，鋼絲繩效率取η繩＝98％，故四連桿機(jī)構(gòu)效率可表示為η3＝η軸3η繩＝(99％)3×98％＝95％于是，地面效率最大目標(biāo)值表示為ηs=η1η2η3＝80％×82％×95％＝62％抽油機(jī)四連桿機(jī)構(gòu)的效率主要是受軸承摩擦損失和驢頭鋼絲繩變形損12（2）．井下效率的最大目標(biāo)值

據(jù)前所述，抽油系統(tǒng)的井下效率可表示為盤根盒效率、抽油桿柱效率、抽油泵效率和油管效率的乘積，有石墨潤滑時(shí)，盤根盒效率η4＝90％，抽油桿柱效率η5＝90％，抽油泵效率η6＝80％，油管柱效率η7＝95％。井下效率最大目標(biāo)值為ηw＝η4η5η6η7＝90％×90％×80％×95％＝62％（2）．井下效率的最大目標(biāo)值據(jù)前所述，抽油系統(tǒng)的井下效率可13（3）．整個(gè)系統(tǒng)效率的最大目標(biāo)值有桿抽油系統(tǒng)效率的最大目標(biāo)值ηmaxηmax＝ηsηw＝62％×62％＝38.4％綜上所述，有桿抽油系統(tǒng)的最大目標(biāo)只有38．4％。（3）．整個(gè)系統(tǒng)效率的最大目標(biāo)值有桿抽油系統(tǒng)效率的最大目標(biāo)值144、抽油機(jī)井系統(tǒng)效率計(jì)算方法

（一）常規(guī)法：實(shí)用的系統(tǒng)效率計(jì)算公式：η＝（6）4、抽油機(jī)井系統(tǒng)效率計(jì)算方法

（一）常規(guī)法：實(shí)用的系統(tǒng)效率計(jì)154、抽油機(jī)井系統(tǒng)效率計(jì)算方法抽油機(jī)井在生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)情況復(fù)雜，比如油井地層壓力較高，抽油機(jī)井往往連抽帶噴。如果動(dòng)液面在井口而套壓又大于油壓時(shí)，按式(6)計(jì)算出的有效舉液高度為負(fù)值，因而系統(tǒng)效率也為負(fù)值。但現(xiàn)場實(shí)踐表明，這類井盡管供液能力很強(qiáng)，但抽油時(shí)的產(chǎn)量要比不抽油時(shí)的大，這說明抽油機(jī)是做了功的。對(duì)這種計(jì)算值與實(shí)測結(jié)果相矛盾的現(xiàn)實(shí)問題，要求研究出新的計(jì)算方法予以解決。4、抽油機(jī)井系統(tǒng)效率計(jì)算方法16(二)抽油量法在求出抽油機(jī)的抽油量后，通過下式可計(jì)算系統(tǒng)效率η＝（12）式中Hp-－泵掛深度，m；

qp—抽油量，t／d。(二)抽油量法在求出抽油機(jī)的抽油量后，通過下式可計(jì)算系統(tǒng)效17停機(jī)后測得油井自噴量，再按下式計(jì)算qp：qp=q-qf

（13）式中q—開井生產(chǎn)時(shí)測得的產(chǎn)液量，t／d；

qf－油井停機(jī)后測得的自噴量，t／d。停機(jī)后測得油井自噴量，再按下式計(jì)算qp：185、游梁式抽油機(jī)節(jié)能原理一、游梁式抽油機(jī)的工作特征

二、實(shí)際抽油機(jī)用電情況5、游梁式抽油機(jī)節(jié)能原理一、游梁式抽油機(jī)的工作特征19游梁式抽油機(jī)的工作特征1、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)由四連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換，將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為光桿的上下往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。如圖3所示。圖3游梁式抽油機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖游梁式抽油機(jī)的工作特征1、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)圖3游梁式抽油機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖202、運(yùn)動(dòng)特征懸點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)為周期性的變速運(yùn)動(dòng)。在一個(gè)抽油循環(huán)中，加速度接近余玄規(guī)律變化。如圖4所示圖4懸點(diǎn)加速度曲線2、運(yùn)動(dòng)特征圖4懸點(diǎn)加速度曲線213、負(fù)荷特征游梁式抽油機(jī)懸點(diǎn)負(fù)荷的變化規(guī)律可用懸點(diǎn)的示功圖表示，如圖5、6所示。圖5靜力示功圖圖6動(dòng)力示功圖3、負(fù)荷特征游梁式抽油機(jī)懸點(diǎn)負(fù)荷的變化規(guī)律可用懸點(diǎn)的示功圖表22圖7扭矩曲線1．凈扭矩2、負(fù)荷扭矩3、平衡扭矩圖7扭矩曲線圖7扭矩曲線1．凈扭矩2、負(fù)荷扭矩3、平衡扭矩234、電動(dòng)機(jī)特性現(xiàn)場測試抽油機(jī)適配電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷率在20％左右。但為了滿足最大負(fù)荷的要求，不得不配用大功率電機(jī)，即所謂“大馬”拉“小車”。在這樣的負(fù)荷率下，效率再高的電動(dòng)機(jī)的實(shí)際效率也只有80％左右。

4、電動(dòng)機(jī)特性現(xiàn)場測試抽油機(jī)適配電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷率24實(shí)際抽油機(jī)用電情況

1、抽油機(jī)用電情況表1臨盤油田部分抽油機(jī)井用電測試數(shù)據(jù)(1998年10月測)實(shí)際抽油機(jī)用電情況

1、抽油機(jī)用電情況表1臨盤油田部分252、抽油機(jī)發(fā)電情況分析

1)抽油機(jī)平衡率與發(fā)電量

圖1065—47井電功率曲線圖1165—92井電功率曲線2、抽油機(jī)發(fā)電情況分析

1)抽油機(jī)平衡率與發(fā)電量圖1026抽油機(jī)的平衡調(diào)整好后，油井的供液情況還會(huì)影響抽油機(jī)的平衡與發(fā)電。圖1265—104井的示功圖和電功率曲線抽油機(jī)的平衡調(diào)整好后，油井的供液情況還會(huì)影響抽油機(jī)的平衡與發(fā)276.1推廣采用節(jié)能型抽油機(jī)6.1.1采用變臂型(雙驢頭)游梁式抽油機(jī)——變臂型游梁式抽油機(jī)是在常規(guī)型游梁式抽油機(jī)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出來的?？傮w設(shè)計(jì)方案是游梁的前端與驢頭相連，尾端制成變臂型橢圓弧輪廓，使游梁后臂呈橢圓形狀，從而實(shí)現(xiàn)由曲柄、連桿、橫梁、游梁及柔性連接件等構(gòu)成的變參數(shù)四連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。該機(jī)保留游梁式抽油機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，僅僅將游梁的尾端制成變臂型橢圓弧輪廓。6、提高系統(tǒng)效率的措施6.1推廣采用節(jié)能型抽油機(jī)6.1.1采用變臂型(雙驢頭)286.1推廣采用節(jié)能型抽油機(jī)6.1.2采用長沖程抽油機(jī)6.1推廣采用節(jié)能型抽油機(jī)6.1.2采用長沖程抽油機(jī)29

室內(nèi)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)皮帶機(jī)和雙驢頭游梁機(jī)比普通游梁機(jī)節(jié)能節(jié)能型抽油機(jī)的節(jié)能評(píng)價(jià)—室內(nèi)試驗(yàn)6.1推廣采用節(jié)能型抽油機(jī)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)皮帶機(jī)和雙驢頭游梁機(jī)比普通游梁機(jī)節(jié)30節(jié)能型抽油機(jī)的節(jié)能評(píng)價(jià)--現(xiàn)場數(shù)據(jù)600型皮帶機(jī)與普通10型機(jī)耗能對(duì)比表由上表反映出：采用相同泵徑生產(chǎn)的油井，在相近的條件下使用600型皮帶機(jī)比10型普通機(jī)的噸液百米耗電量低。機(jī)型統(tǒng)計(jì)井?dāng)?shù)泵徑（mm）泵深（m）動(dòng)液面（m）平均日液（t/d）平均單井日耗電（kw.h）噸液百米耗電kw.h/t.100m系統(tǒng)效率（%）600型皮帶機(jī)35693351134.91540.782734.78普通10型機(jī)41561037692211430.950928.63對(duì)比節(jié)電率17.7%節(jié)能型抽油機(jī)的節(jié)能評(píng)價(jià)--現(xiàn)場數(shù)據(jù)600型皮帶機(jī)與普通10型31經(jīng)濟(jì)泵效的確定6.2.經(jīng)濟(jì)泵效的確定經(jīng)濟(jì)泵效的確定6.2.經(jīng)濟(jì)泵效的確定32經(jīng)濟(jì)泵效的確定由上圖表可見：對(duì)于各種不同的泵徑，泵效越低，系統(tǒng)效率越低。同時(shí)以平均單井耗電量、噸液百米耗電、系統(tǒng)效率為目標(biāo)值，泵效高于30%是一“拐點(diǎn)“即：經(jīng)濟(jì)泵效值界線。因此，治理低于30%泵效井成為提高系統(tǒng)效率的重要途徑。6.2.經(jīng)濟(jì)泵效的確定經(jīng)濟(jì)泵效的確定由上圖表可見：對(duì)于各種不同的泵徑，泵效越低，系336.3.沉沒度與泵效的關(guān)系

增大沉沒度可使泵的效率在一定范圍內(nèi)增大，但增加的幅度卻越來越小，與此同時(shí)，懸點(diǎn)載荷也在不斷增加，從而增大電機(jī)負(fù)荷，降低地面效率，進(jìn)而降低系統(tǒng)效率。6.3.沉沒度與泵效的關(guān)系增大沉沒度可346.3.沉沒度與泵效的關(guān)系6.3.沉沒度與泵效的關(guān)系35勝利采油廠含水大于80%時(shí)泵效與沉沒度的統(tǒng)計(jì)規(guī)律——保持200～300m的沉沒度較合理。勝利采油廠含水大于80%時(shí)泵效與沉沒度的統(tǒng)計(jì)規(guī)律——保持2036勝利采油廠含水小于80%時(shí)泵效與沉沒度的統(tǒng)計(jì)規(guī)律——沉沒度范圍為300～400m。勝利采油廠含水小于80%時(shí)泵效與沉沒度的統(tǒng)計(jì)規(guī)律——沉沒度范376.3.1合理沉沒度的確定不合理的沉沒度會(huì)導(dǎo)致兩種結(jié)果：（1）沉沒度過大——為避免或減少氣體對(duì)泵效的影響，往往采用較大的沉沒度，使桿、管過長而產(chǎn)生伸縮變形，導(dǎo)致較大的沖程損失，同時(shí)使懸點(diǎn)載荷增大、工作條件惡劣，易損件壽命縮短，增加作業(yè)工作量。（2）沉沒度過小——?dú)怏w影響過大而降低泵的充滿度，影響泵效，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致“氣鎖”。井液粘度大時(shí)會(huì)導(dǎo)致進(jìn)泵阻力加大，降低充滿度而影響泵效和系統(tǒng)效率。抽油泵合理沉沒度的確定有兩種方案：（1）以系統(tǒng)效率最高作為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)（2）以經(jīng)濟(jì)效益最好作為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)6.3.1合理沉沒度的確定不合理的沉沒度會(huì)導(dǎo)致兩種結(jié)果：38合理沉沒度的選擇臨東區(qū)塊分泵徑不同沉沒度與平均噸液百米耗電關(guān)系表由上表數(shù)據(jù)顯示：70mm以下泵相對(duì)合理的沉沒度為200-400米；70mm泵合理的沉沒度為小于200米。合理沉沒度的選擇臨東區(qū)塊分泵徑不同沉沒度與平均噸液百米耗電關(guān)39有效舉升高度—合理沉沒度的確定現(xiàn)場數(shù)據(jù)井號(hào)生產(chǎn)參數(shù)日液（t/d）日耗電量(kw.h)噸液百米耗電(kw.h/t.m)節(jié)電率（%）動(dòng)液面(m)沉沒度(m)前后前后前后前后前后前后L14-683*4.8*495*5.6*4.570.6126324.32703.1180.95669.3462565456234.5L27-X270*3*270*3*625.96693.4193.61.70.8251.8212493745205.5L2-P1956*3*6.595*4.8*3.558.5121156.73040.570.50311.8541362460255.9L45-232*4.8*344*4.8*3.52.213.1128.4139.25.3460.71785.610501186732293.1L51-144*3*6.556*3*6.521.846.480.7104.645.9441.06781.31147998349.9小計(jì)35.874.5156.7202.2883.3350.81259.96453550678267單井不同沉沒度耗電量對(duì)比表單井在沉沒度由不合理區(qū)域調(diào)整到合理區(qū)域后節(jié)電率較高，沉沒度降低411米，節(jié)電效果明顯達(dá)到59.9%。有效舉升高度—合理沉沒度的確定現(xiàn)場數(shù)據(jù)生產(chǎn)參數(shù)日液（t/d406.4.保持抽油機(jī)的較高平衡度，提高系統(tǒng)效率抽油機(jī)平衡調(diào)整的目的有兩個(gè)，一是保證抽油機(jī)安全運(yùn)行，二是節(jié)能。判斷抽油機(jī)平衡的標(biāo)準(zhǔn)是平衡率，即抽油機(jī)上行最大電流與下行最大電流之比，若此值在0.8～1.2之間，抽油機(jī)平衡。6.4.保持抽油機(jī)的較高平衡度，提高系統(tǒng)效率416.4.保持抽油機(jī)的較高平衡度，提高系統(tǒng)效率如果僅從電流曲線看，該井是相當(dāng)平衡的，但從功率曲線看，該井上沖程出現(xiàn)負(fù)功，由平衡塊帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)發(fā)電，這是一種極不平衡的情況。6.4.保持抽油機(jī)的較高平衡度，提高系統(tǒng)效率如果僅從電流曲42抽油機(jī)調(diào)平衡工作：現(xiàn)場數(shù)據(jù)井號(hào)調(diào)前調(diào)后單井日節(jié)電kw.h節(jié)電率（%）電流(A)日液t/d單井日耗電kw.h系統(tǒng)效率%電流(A)日液t/d單井日耗電kw.h系統(tǒng)效率%L14-X108/6.141.215717.97/74214619.1117L25-510.2/733.318636.67.3/7.133.217039.8168.6L104-105.7/82.3959.86/62.58411.01111.6P57-X26/8.217.612917.56.3/6.52011419.71511.6L2-P2112.1/8100.22555.89.3/8.51002116.94417.3L58-214/5.78.28523.14.3/4.28.57625.7911.8平均7.41516.61331811.9調(diào)平衡后，平均電流下降10.8%，單井平均日節(jié)電18kw.h，節(jié)電率11.9%。通過對(duì)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的分析表明，平衡率在80%--110%之間最節(jié)電。抽油機(jī)調(diào)平衡工作：現(xiàn)場數(shù)據(jù)井號(hào)調(diào)前調(diào)后單井日節(jié)電kw.h節(jié)電43抽油機(jī)調(diào)平衡工作—電流法與功率法電流法較簡便，現(xiàn)場應(yīng)用最普遍。但功率法調(diào)平衡與電流法調(diào)平衡相比更符合實(shí)際，能消除電流法在一些情況下的假象平衡，井號(hào)電流法功率法有功功率日耗電日節(jié)電節(jié)電率（%）調(diào)前電流調(diào)后電流調(diào)前功率調(diào)后功率調(diào)前調(diào)后調(diào)前調(diào)后S25-X1088.1/8.5=95.3%7.5/6.7=89.3%10.3/14.9=69.1%10.3/11.3=91.2%6.034.811451153020.7S25-X17327.4/26.8=102.2%22.1/25.1=88%25.2/36.5=69.0%20.9/24.4=85.7%11.3410.55272253197平均8.697.682081842411.5電流法與功率法調(diào)整抽油機(jī)平衡數(shù)據(jù)對(duì)比

兩口電流法反映平衡的抽油機(jī)井應(yīng)用功率法調(diào)平衡后，平均單井輸入有功功率下降1kw，日節(jié)電24kw.h，節(jié)電率11.5%抽油機(jī)調(diào)平衡工作—電流法與功率法電流法較簡便，現(xiàn)場應(yīng)用最普遍44電機(jī)效率與負(fù)載率關(guān)系曲線由曲線可見：電機(jī)負(fù)載率低于20%時(shí)，隨著負(fù)載率的提高電機(jī)效率大幅上升，電機(jī)負(fù)載率高于20%時(shí)，隨著負(fù)載率的提高電機(jī)效率上升緩慢，電機(jī)負(fù)載率高于40%以后，電機(jī)效率基本保持在90%不變。因此，對(duì)電機(jī)負(fù)載率低于20%的油井重新匹配電機(jī)功率，提高其負(fù)載率，可明顯提高電機(jī)的運(yùn)行效率。6.5、電機(jī)部分理論依據(jù)電機(jī)效率與負(fù)載率關(guān)系曲線由曲線可見：電機(jī)負(fù)載率低于20%時(shí)，45根據(jù)光桿功率選擇電機(jī)功率試驗(yàn)前后對(duì)比表平均負(fù)載率提高5.5%，平均電機(jī)額定功率降低14.1kw，平均單井日節(jié)電40.1kw.h，平均節(jié)電率23.9%。采油二隊(duì)試驗(yàn)結(jié)果根據(jù)光桿功率選擇電機(jī)功率試驗(yàn)前后對(duì)比表平均負(fù)載率提高5.5%466.6泵徑、沖程、沖次的優(yōu)化：一般選擇大泵徑、長沖程、慢沖次。即采用的常規(guī)大一級(jí)的泵徑，設(shè)備的最長沖程，從而進(jìn)可能的減少?zèng)_次，達(dá)到延長檢泵周期和節(jié)能的目的。6.6泵徑、沖程、沖次的優(yōu)化：476.7防止非正常泄漏6.7.1對(duì)于密封不嚴(yán)的油管，應(yīng)適當(dāng)減小沉沒度，或及時(shí)更換新油管，提高抽油機(jī)井的系統(tǒng)效率6.7.2對(duì)于密封不嚴(yán)的深井泵，應(yīng)適當(dāng)減小沉沒度，或及時(shí)檢泵、換泵，提高抽油機(jī)井的系統(tǒng)效率6.7防止非正常泄漏6.7.1對(duì)于密封不嚴(yán)的油管，應(yīng)適當(dāng)48技術(shù)方案的探討和論證1、設(shè)計(jì)原則：在保證液量、延長油井免修期的前提下提高油井系統(tǒng)效率、降低油井單耗；(四)、技術(shù)認(rèn)識(shí)與成果皮帶機(jī)和雙驢頭抽油機(jī)較普通游梁機(jī)節(jié)能。調(diào)平衡工作很重要。結(jié)合月度電量數(shù)據(jù)和橫向?qū)Ρ?，電流法是一簡便易行的判斷抽油機(jī)是否在平衡狀態(tài)下工作的方法。功率法是消除假平衡現(xiàn)象的有效手段。平衡率80%--110%情況下最節(jié)能。在裝抽油機(jī)除個(gè)別情況外從節(jié)能角度考慮不必要更換新機(jī)。新井購置新機(jī)以懸點(diǎn)負(fù)荷不超過10噸的皮帶機(jī)或雙驢頭機(jī)為首選。2、抽油機(jī)方面：技術(shù)方案的探討和論證1、設(shè)計(jì)原則：在保證液量、延長油井免修期49技術(shù)方案的探討和論證3、電機(jī)方面：利用光桿功率法確定電機(jī)功率是有效避免抽油機(jī)電機(jī)“大馬拉小車”的技術(shù)手段。電機(jī)經(jīng)濟(jì)負(fù)載率為20%。(四)、技術(shù)認(rèn)識(shí)與成果技術(shù)方案的探討和論證3、電機(jī)方面：利用光桿功率法確定電機(jī)功率50抽油機(jī)井系統(tǒng)優(yōu)化抽油機(jī)井系統(tǒng)優(yōu)化51抽油機(jī)井系統(tǒng)優(yōu)化

1、系統(tǒng)效率的定義

抽油機(jī)井系統(tǒng)效率是指地面電能傳遞給井下液體，將液體舉升到地面的有效做功能量與系統(tǒng)輸入能量之比。即：抽油機(jī)井系統(tǒng)的有效功率Ne與輸入功率Ni之比。η＝Ne/Ni×100％抽油機(jī)井系統(tǒng)優(yōu)化

1、系統(tǒng)效率的定義抽油機(jī)井系統(tǒng)效率是指地52（1）．抽油機(jī)井的輸入功率Ni

拖動(dòng)抽油系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)的輸入功率為抽油井的輸入功率。Ni＝3600npk

k1/(nwtp)（2）式中Ni－抽油機(jī)井輸入功率，kW；np－有功電能表所轉(zhuǎn)的圈數(shù)，r；k—電流互感器變比，常數(shù)；k1－電壓互感器變比，常數(shù)；nw－有功電能表耗電為1kW．h時(shí)所轉(zhuǎn)的圈數(shù)，r／(kW．h)；tp－有功電能表轉(zhuǎn)np圈所用的時(shí)間，s。（1）．抽油機(jī)井的輸入功率Ni拖動(dòng)抽油系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)的輸入功53（2）．抽油機(jī)井的有效功率Ne

抽油井口的實(shí)際有效功率，又稱水功率。Ne＝QHρmg/86400kW（3）式中Q－油井實(shí)際產(chǎn)混合液量，m3／d；H－有效舉升高度，m；ρm－油管內(nèi)混合液相對(duì)密度，103kg／m3。ρm＝0.66(1-0.1402fw)-2.75（4）fw－抽油井的含水率，％。有效舉升高度H由下式計(jì)算：H＝Hd+102(pt--PC)/ρm（5）式中Hd－抽油機(jī)井的動(dòng)液面深度，m；pt－井口油壓，MPa；PC－井口套壓，MPa。（2）．抽油機(jī)井的有效功率Ne抽油井口的實(shí)際有效功率，又稱54實(shí)用的系統(tǒng)效率計(jì)算公式：實(shí)用的系統(tǒng)效率計(jì)算公式：η＝（6）實(shí)用的系統(tǒng)效率計(jì)算公式：實(shí)用的系統(tǒng)效率計(jì)算公式：552、抽油機(jī)井系統(tǒng)效率分析（一）系統(tǒng)效率的分解系統(tǒng)效率分為地面效率和井下效率，以光桿懸繩器為界，懸繩器以上為地面效率，懸繩器以下為井下效率?？杀硎緸棣牵溅莝ηw（7）式中ηs-－抽油系統(tǒng)的地面效率；

ηw－抽油系統(tǒng)的井下效率。抽油機(jī)井系統(tǒng)效率具體分解見圖1。2、抽油機(jī)井系統(tǒng)效率分析（一）系統(tǒng)效率的分解56圖1系統(tǒng)效率分解圖圖1系統(tǒng)效率分解圖571．電動(dòng)機(jī)效率η1電動(dòng)機(jī)輸出功率與輸入功率的比值為電動(dòng)機(jī)效率，一般電機(jī)銘牌上標(biāo)的電動(dòng)機(jī)效率是在負(fù)載率高于60％的情況下的數(shù)據(jù)。電動(dòng)機(jī)主要功率損失包括：基本銅損，鐵芯損耗，通風(fēng)系統(tǒng)損耗及軸承摩擦損耗等。2．皮帶—減速箱傳動(dòng)效率η2減速箱的輸出功率與電動(dòng)機(jī)輸出功率之比為皮帶—減速箱傳動(dòng)效率。皮帶造成的功率損失為皮帶與輪槽的摩擦損失和打滑損失；減速箱造成的功率損失為軸承損失和齒輪損失。3．四連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)效率η3光桿功率與減速箱輸出功率之比為四連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)效率。主要的功率損失為軸承損失和鋼絲繩的變形損失。1．電動(dòng)機(jī)效率η1584．盤根盒的效率η4盤根盒輸出功率與光桿功率之比為盤根盒的效率。其主要的功率損失為光桿與盤根盒中填料摩擦損失，不同的填料擦力相差10倍。5．抽油桿效率η5抽油桿輸出功率與盤根盒輸出功率之比為抽油桿效率。其主要的功率損失為抽油桿與油管的摩擦損失、抽油桿與液體之間的摩擦損失、桿柱彈性伸縮損失。6．抽油泵效率η6抽油泵的輸出功率與抽油桿輸出功率之比為抽油泵效率。其主要的功率損失為抽油泵柱塞與襯套之間的摩擦損失、泵漏失損失(又稱容積損失)，原油流經(jīng)泵閥時(shí)由于水力阻力引起的功率損失(又稱水力損失)。4．盤根盒的效率η4597．管柱效率η7抽油系統(tǒng)的有效功率與抽油泵輸出功率之比為管柱效率。其主要的功率損失為油管漏失損失，液體與油管內(nèi)壁產(chǎn)生的摩擦損失，油管彈性伸縮損失。抽油系統(tǒng)的總效率為η＝ηsηw＝η1η2η3η4η5η6η7（8）7．管柱效率η7603、有桿抽油系統(tǒng)效率最大目標(biāo)值分析（1）．地面效率的最大目標(biāo)值抽油機(jī)系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)、皮帶輪、減速器(由3副齒輪和3副軸承組成)和四連桿機(jī)構(gòu)(由3副軸承和鋼絲繩組成)組成。查有關(guān)的機(jī)械工程手冊(cè)，電動(dòng)機(jī)最大效率達(dá)95％，但是由于抽油機(jī)載荷的不均勻及電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)較低等原因造成抽油系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)效率最大只能達(dá)到η1＝80％。皮帶輪的效率η膠＝90％，齒輪的傳遞效率η齒＝98％(3副)，軸承的效率η軸＝99％(3副)，皮帶輪—減速器的效率可表示為η2＝η膠η齒3η軸3＝90％×(98％)3×(99％)3＝82％3、有桿抽油系統(tǒng)效率最大目標(biāo)值分析（1）．地面效率的最大目標(biāo)61抽油機(jī)四連桿機(jī)構(gòu)的效率主要是受軸承摩擦損失和驢頭鋼絲繩變形損失的影響，軸承效率取η軸＝99％(3副)，鋼絲繩效率取η繩＝98％，故四連桿機(jī)構(gòu)效率可表示為η3＝η軸3η繩＝(99％)3×98％＝95％于是，地面效率最大目標(biāo)值表示為ηs=η1η2η3＝80％×82％×95％＝62％抽油機(jī)四連桿機(jī)構(gòu)的效率主要是受軸承摩擦損失和驢頭鋼絲繩變形損62（2）．井下效率的最大目標(biāo)值

據(jù)前所述，抽油系統(tǒng)的井下效率可表示為盤根盒效率、抽油桿柱效率、抽油泵效率和油管效率的乘積，有石墨潤滑時(shí)，盤根盒效率η4＝90％，抽油桿柱效率η5＝90％，抽油泵效率η6＝80％，油管柱效率η7＝95％。井下效率最大目標(biāo)值為ηw＝η4η5η6η7＝90％×90％×80％×95％＝62％（2）．井下效率的最大目標(biāo)值據(jù)前所述，抽油系統(tǒng)的井下效率可63（3）．整個(gè)系統(tǒng)效率的最大目標(biāo)值有桿抽油系統(tǒng)效率的最大目標(biāo)值ηmaxηmax＝ηsηw＝62％×62％＝38.4％綜上所述，有桿抽油系統(tǒng)的最大目標(biāo)只有38．4％。（3）．整個(gè)系統(tǒng)效率的最大目標(biāo)值有桿抽油系統(tǒng)效率的最大目標(biāo)值644、抽油機(jī)井系統(tǒng)效率計(jì)算方法

（一）常規(guī)法：實(shí)用的系統(tǒng)效率計(jì)算公式：η＝（6）4、抽油機(jī)井系統(tǒng)效率計(jì)算方法

（一）常規(guī)法：實(shí)用的系統(tǒng)效率計(jì)654、抽油機(jī)井系統(tǒng)效率計(jì)算方法抽油機(jī)井在生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)情況復(fù)雜，比如油井地層壓力較高，抽油機(jī)井往往連抽帶噴。如果動(dòng)液面在井口而套壓又大于油壓時(shí)，按式(6)計(jì)算出的有效舉液高度為負(fù)值，因而系統(tǒng)效率也為負(fù)值。但現(xiàn)場實(shí)踐表明，這類井盡管供液能力很強(qiáng)，但抽油時(shí)的產(chǎn)量要比不抽油時(shí)的大，這說明抽油機(jī)是做了功的。對(duì)這種計(jì)算值與實(shí)測結(jié)果相矛盾的現(xiàn)實(shí)問題，要求研究出新的計(jì)算方法予以解決。4、抽油機(jī)井系統(tǒng)效率計(jì)算方法66(二)抽油量法在求出抽油機(jī)的抽油量后，通過下式可計(jì)算系統(tǒng)效率η＝（12）式中Hp-－泵掛深度，m；

qp—抽油量，t／d。(二)抽油量法在求出抽油機(jī)的抽油量后，通過下式可計(jì)算系統(tǒng)效67停機(jī)后測得油井自噴量，再按下式計(jì)算qp：qp=q-qf

（13）式中q—開井生產(chǎn)時(shí)測得的產(chǎn)液量，t／d；

qf－油井停機(jī)后測得的自噴量，t／d。停機(jī)后測得油井自噴量，再按下式計(jì)算qp：685、游梁式抽油機(jī)節(jié)能原理一、游梁式抽油機(jī)的工作特征

二、實(shí)際抽油機(jī)用電情況5、游梁式抽油機(jī)節(jié)能原理一、游梁式抽油機(jī)的工作特征69游梁式抽油機(jī)的工作特征1、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)由四連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換，將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為光桿的上下往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。如圖3所示。圖3游梁式抽油機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖游梁式抽油機(jī)的工作特征1、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)圖3游梁式抽油機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖702、運(yùn)動(dòng)特征懸點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)為周期性的變速運(yùn)動(dòng)。在一個(gè)抽油循環(huán)中，加速度接近余玄規(guī)律變化。如圖4所示圖4懸點(diǎn)加速度曲線2、運(yùn)動(dòng)特征圖4懸點(diǎn)加速度曲線713、負(fù)荷特征游梁式抽油機(jī)懸點(diǎn)負(fù)荷的變化規(guī)律可用懸點(diǎn)的示功圖表示，如圖5、6所示。圖5靜力示功圖圖6動(dòng)力示功圖3、負(fù)荷特征游梁式抽油機(jī)懸點(diǎn)負(fù)荷的變化規(guī)律可用懸點(diǎn)的示功圖表72圖7扭矩曲線1．凈扭矩2、負(fù)荷扭矩3、平衡扭矩圖7扭矩曲線圖7扭矩曲線1．凈扭矩2、負(fù)荷扭矩3、平衡扭矩734、電動(dòng)機(jī)特性現(xiàn)場測試抽油機(jī)適配電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷率在20％左右。但為了滿足最大負(fù)荷的要求，不得不配用大功率電機(jī)，即所謂“大馬”拉“小車”。在這樣的負(fù)荷率下，效率再高的電動(dòng)機(jī)的實(shí)際效率也只有80％左右。

4、電動(dòng)機(jī)特性現(xiàn)場測試抽油機(jī)適配電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷率74實(shí)際抽油機(jī)用電情況

1、抽油機(jī)用電情況表1臨盤油田部分抽油機(jī)井用電測試數(shù)據(jù)(1998年10月測)實(shí)際抽油機(jī)用電情況

1、抽油機(jī)用電情況表1臨盤油田部分752、抽油機(jī)發(fā)電情況分析

1)抽油機(jī)平衡率與發(fā)電量

圖1065—47井電功率曲線圖1165—92井電功率曲線2、抽油機(jī)發(fā)電情況分析

1)抽油機(jī)平衡率與發(fā)電量圖1076抽油機(jī)的平衡調(diào)整好后，油井的供液情況還會(huì)影響抽油機(jī)的平衡與發(fā)電。圖1265—104井的示功圖和電功率曲線抽油機(jī)的平衡調(diào)整好后，油井的供液情況還會(huì)影響抽油機(jī)的平衡與發(fā)776.1推廣采用節(jié)能型抽油機(jī)6.1.1采用變臂型(雙驢頭)游梁式抽油機(jī)——變臂型游梁式抽油機(jī)是在常規(guī)型游梁式抽油機(jī)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出來的?？傮w設(shè)計(jì)方案是游梁的前端與驢頭相連，尾端制成變臂型橢圓弧輪廓，使游梁后臂呈橢圓形狀，從而實(shí)現(xiàn)由曲柄、連桿、橫梁、游梁及柔性連接件等構(gòu)成的變參數(shù)四連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。該機(jī)保留游梁式抽油機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，僅僅將游梁的尾端制成變臂型橢圓弧輪廓。6、提高系統(tǒng)效率的措施6.1推廣采用節(jié)能型抽油機(jī)6.1.1采用變臂型(雙驢頭)786.1推廣采用節(jié)能型抽油機(jī)6.1.2采用長沖程抽油機(jī)6.1推廣采用節(jié)能型抽油機(jī)6.1.2采用長沖程抽油機(jī)79

室內(nèi)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)皮帶機(jī)和雙驢頭游梁機(jī)比普通游梁機(jī)節(jié)能節(jié)能型抽油機(jī)的節(jié)能評(píng)價(jià)—室內(nèi)試驗(yàn)6.1推廣采用節(jié)能型抽油機(jī)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)皮帶機(jī)和雙驢頭游梁機(jī)比普通游梁機(jī)節(jié)80節(jié)能型抽油機(jī)的節(jié)能評(píng)價(jià)--現(xiàn)場數(shù)據(jù)600型皮帶機(jī)與普通10型機(jī)耗能對(duì)比表由上表反映出：采用相同泵徑生產(chǎn)的油井，在相近的條件下使用600型皮帶機(jī)比10型普通機(jī)的噸液百米耗電量低。機(jī)型統(tǒng)計(jì)井?dāng)?shù)泵徑（mm）泵深（m）動(dòng)液面（m）平均日液（t/d）平均單井日耗電（kw.h）噸液百米耗電kw.h/t.100m系統(tǒng)效率（%）600型皮帶機(jī)35693351134.91540.782734.78普通10型機(jī)41561037692211430.950928.63對(duì)比節(jié)電率17.7%節(jié)能型抽油機(jī)的節(jié)能評(píng)價(jià)--現(xiàn)場數(shù)據(jù)600型皮帶機(jī)與普通10型81經(jīng)濟(jì)泵效的確定6.2.經(jīng)濟(jì)泵效的確定經(jīng)濟(jì)泵效的確定6.2.經(jīng)濟(jì)泵效的確定82經(jīng)濟(jì)泵效的確定由上圖表可見：對(duì)于各種不同的泵徑，泵效越低，系統(tǒng)效率越低。同時(shí)以平均單井耗電量、噸液百米耗電、系統(tǒng)效率為目標(biāo)值，泵效高于30%是一“拐點(diǎn)“即：經(jīng)濟(jì)泵效值界線。因此，治理低于30%泵效井成為提高系統(tǒng)效率的重要途徑。6.2.經(jīng)濟(jì)泵效的確定經(jīng)濟(jì)泵效的確定由上圖表可見：對(duì)于各種不同的泵徑，泵效越低，系836.3.沉沒度與泵效的關(guān)系

增大沉沒度可使泵的效率在一定范圍內(nèi)增大，但增加的幅度卻越來越小，與此同時(shí)，懸點(diǎn)載荷也在不斷增加，從而增大電機(jī)負(fù)荷，降低地面效率，進(jìn)而降低系統(tǒng)效率。6.3.沉沒度與泵效的關(guān)系增大沉沒度可846.3.沉沒度與泵效的關(guān)系6.3.沉沒度與泵效的關(guān)系85勝利采油廠含水大于80%時(shí)泵效與沉沒度的統(tǒng)計(jì)規(guī)律——保持200～300m的沉沒度較合理。勝利采油廠含水大于80%時(shí)泵效與沉沒度的統(tǒng)計(jì)規(guī)律——保持2086勝利采油廠含水小于80%時(shí)泵效與沉沒度的統(tǒng)計(jì)規(guī)律——沉沒度范圍為300～400m。勝利采油廠含水小于80%時(shí)泵效與沉沒度的統(tǒng)計(jì)規(guī)律——沉沒度范876.3.1合理沉沒度的確定不合理的沉沒度會(huì)導(dǎo)致兩種結(jié)果：（1）沉沒度過大——為避免或減少氣體對(duì)泵效的影響，往往采用較大的沉沒度，使桿、管過長而產(chǎn)生伸縮變形，導(dǎo)致較大的沖程損失，同時(shí)使懸點(diǎn)載荷增大、工作條件惡劣，易損件壽命縮短，增加作業(yè)工作量。（2）沉沒度過小——?dú)怏w影響過大而降低泵的充滿度，影響泵效，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致“氣鎖”。井液粘度大時(shí)會(huì)導(dǎo)致進(jìn)泵阻力加大，降低充滿度而影響泵效和系統(tǒng)效率。抽油泵合理沉沒度的確定有兩種方案：（1）以系統(tǒng)效率最高作為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)（2）以經(jīng)濟(jì)效益最好作為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)6.3.1合理沉沒度的確定不合理的沉沒度會(huì)導(dǎo)致兩種結(jié)果：88合理沉沒度的選擇臨東區(qū)塊分泵徑不同沉沒度與平均噸液百米耗電關(guān)系表由上表數(shù)據(jù)顯示：70mm以下泵相對(duì)合理的沉沒度為200-400米；70mm泵合理的沉沒度為小于200米。合理沉沒度的選擇臨東區(qū)塊分泵徑不同沉沒度與平均噸液百米耗電關(guān)89有效舉升高度—合理沉沒度的確定現(xiàn)場數(shù)據(jù)井號(hào)生產(chǎn)參數(shù)日液（t/d）日耗電量(kw.h)噸液百米耗電(kw.h/t.m)節(jié)電率（%）動(dòng)液面(m)沉沒度(m)前后前后前后前后前后前后L14-683*4.8*495*5.6*4.570.6126324.32703.1180.95669.3462565456234.5L27-X270*3*270*3*625.96693.4193.61.70.8251.8212493745205.5L2-P1956*3*6.595*4.8*3.558.5121156.73040.570.50311.8541362460255.9L45-232*4.8*344*4.8*3.52.213.1128.4139.25.3460.71785.610501186732293.1L51-144*3*6.556*3*6.521.846.480.7104.645.9441.06781.31147998349.9小計(jì)35.874.5156.7202.2883.3350.81259.96453550678267單井不同沉沒度耗電量對(duì)比表單井在沉沒度由不合理區(qū)域調(diào)整到合理區(qū)域后節(jié)電率較高，沉沒度降低411米，節(jié)電效果明顯達(dá)到59.9%。有效舉升高度—合理沉沒度的確定現(xiàn)場數(shù)據(jù)生產(chǎn)參數(shù)日液（t/d906.4.保持抽油機(jī)的較高平衡度，提高系統(tǒng)效率抽油機(jī)平衡調(diào)整的目的有兩個(gè)，一是保證抽油機(jī)安全運(yùn)行，二是節(jié)能。判斷抽油機(jī)平衡的標(biāo)準(zhǔn)是平衡率，即抽油機(jī)上行最大電流與下行最大電流之比，若此值在0.8～1.2之間，抽油機(jī)平衡。6.4.保持抽油機(jī)的較高平衡度，提高系統(tǒng)效率916.4.保持抽油機(jī)的較高平衡度，提高系統(tǒng)效率如果僅從電流曲線看，該井是相當(dāng)平衡的，但從功率曲線看，該井上沖程出現(xiàn)負(fù)功，由平衡塊帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)發(fā)電，這是一種極不平衡的情況。6.4.保持抽油機(jī)的較高平衡度，提高系統(tǒng)效率如果僅從電流曲92抽油機(jī)調(diào)平衡工作：現(xiàn)場數(shù)據(jù)井號(hào)調(diào)前調(diào)后單井日節(jié)電kw.h節(jié)電率（%）電流(A)日液t/d單井日耗電kw.h系統(tǒng)效率%電流(A)日液t/d單井日耗電kw.h系統(tǒng)效率%L14-X108/6.141.215717.97/74214619.1117L25-510.2/733.318636.67.3/7.133.217039.8168.6L104-105.7/82.3959.86/6