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1、1,抽油井机采系统效率技术,2,一、抽油机井系统效率定义及计算 二、系统效率的分解 三、影响系统效率的因素分析及改善措施,3,系统效率定义：应用机械采油方式多为将电能转化为机械能传递给井下液体，从而把井下液体举升到井口。抽油机井的系统效率就是系统所给液体的有效能量(有用功)与系统输入能量（电机输入功率）之比值。即：,首先详细了解一下抽油井系统效率的理论知识。,式中 P有- 油井的有用功率，kW； P入- 抽油系统电动机输入功率，kW。,一、抽油机井系统效率定义及计算,4,一、抽油机井系统效率定义及计算,1、机采系统的有用功 机采系统的有用功是指在一定扬程下，将一定量的井下液体提升到地面所需要的
2、功率，又称水功率。,式中 -油井日产液量,t/d; -有效扬程,m .,5,2、有效扬程：,式中 -抽油机井动液面深度, m; -井口回压,MPa ; -井口套压,MPa ; -油管内液体密度,千克/升.,一、抽油机井系统效率定义及计算,6,3、电机输入功率 抽油机的电机输入功率由电机动力电线接入处测得，目前测量电机输入功率主要有以下三种： 通过电力分析仪测试，这是目前部标规定的标准测试方法，能准确测量即时功率、平均功率、功率因素等多项指标。 通过有功电度表测得固定时间的电功数，除以时间得到平均功率。 通过电流表测得电流值后算出功率，由于这种方法误差较大，只能作估算用。这是目前采油队普遍使用的
3、估算电机输入功率的方法。,一、抽油机井系统效率定义及计算,7,系统效率的分解：系统效率分为地面效率和井下效率，以光杆悬绳器为界，可表示为：,二、抽油井系统效率分解,式中 -抽油系统的地面效率; -抽油系统的井下效率.,8,二、抽油井系统效率分解,9,电机效率 指电机轴输出功率与电机输入功率比值。普通电机主要功率损失包括：铜损、铁损、通风系统及轴承摩擦损耗。 我国各油田抽油机上多用Y系列电机，其常用电机额定效率如下表：,由于受抽油机系统载荷的不均衡特性及负载率不高等影响，使其电机效率无法达到额定值，多数电机其效率在6580之间，其最好情况可达85。,二、抽油井系统效率分解,10,皮带传动效率 查
4、相关机械手册，常用皮带传动副效率如下表：,目前抽油机上常用绳芯V带与窄V带，故最大传动效率可达96.,二、抽油井系统效率分解,11,减速箱效率 查相关机械手册,齿轮传动副效率一般为98，轴承效率一般为99。抽油机一般是二级齿轮传动，有两对齿轮和三对轴承，故一般减速箱效率为93. 四连杆效率 四连杆机构的功率损失主要来自轴承摩擦与驴头钢丝绳变形; 也受到因不同冲程影响游粱与连杆传递角度的不同时力的分解损失，因此是个变量。抽油机四连杆机构有三副轴承和一副钢丝绳，钢丝绳的传动效率为98，故抽油机四连杆机构的传动效率约为88-95。,由上述分析可见，最大地面效率s 85*96*93*9572.,二、抽
5、油井系统效率分解,12,井下效率 井下效率可定义为提升液体有用功与光杆功率之比。由于井下各部件在工作中的功率损失无法用仪器准确测得，故通过示功图计算光杆功率及载荷分析。,二、抽油井系统效率分解,13,P光 -抽油机光杆功率（kw） A-示功图的面积（mm2） Sd -示功图减程比（m/mm） fd -示功图力比（N/mm） n实 -光杆实测平均冲速（r/min）,光杆功率,二、抽油井系统效率分解,14,三、影响系统效率的因素分析及改善措施,（一）地面影响因素,1、电机运行效率对系统效率的影响,我国各油田抽油机上电机额定效率在8992之间，但在实际应用中，有以下因素会导致电机工作效率的下降: (
6、1) 抽油系统负载的周期变化与振动，尤其在平衡不好时，电机工作在发电状态下的时间较长，会大大降低电机的效率。 (2) 额定功率相对系统消耗偏大，即通常所讲的“大马拉小车”现象。当电机输出功率/额定功率60%时,电机损失功率=输出功率*(1-额定效率)/额定效率，随后电机损失功率会随（输出功率/额定功率）值下降迅速增加。 (3) 电机严重老化，电机效率低，网损、铜损严重，无功损耗大。电机负载率低，功率因数小，仅为0.5左右。,15,抽油机普遍存在的抽取能力大于油井实际负荷等问题，造成电动机负载低、无功功率大、功率因数低等现象。而功率因数低，线路损耗增加，相对降低了供电线路的负荷能力，降低了供电设
7、备的利用程度。 分析原因：功率因数低使电机的无功功率与有功功率比值增加，无功功率是指电动机电磁激励感应，所产生的感应电动势向电网输电。实际上这部分无功功率的电能,在电网中反复输送，而且并未被电机消耗.这便增加了线路损耗；其次是功率因数低会导致电机的效率降低,一般功率因数在低于0.5时可导致电机效率降低5-7%这是一项较大的浪费。,三、影响系统效率的因素分析及改善措施,16,对电机效率低井主要采取以下技术措施： 、电机功率利用率低于25%的油井，如果泵的充满系数低于0.4，而且目前电机采用的三角形接法，建议采取角星转换的方式实现节能。 、更换小功率电机 、更换节能电机 、推广电动机多功能节能控制
8、柜。采用抽油机多功能节能控制柜可以有效的节能降耗，减少抽油机空抽空捞现象增加有效行程，节约电能，同时也减少抽油设备的维护费用。 、对三低油井负荷轻的井采取安装减速装置同时将电机由角形接法改成星型接法 。,三、影响系统效率的因素分析及改善措施,17,2、抽油机平衡对系统效率的影响,抽油机平衡状况的好坏，直接影响抽油机连杆、减速箱和电机的效率与寿命，对抽油机的工作状况亦影响很大。抽油系统负载的周期变化与振动，尤其在平衡不好时，抽油机带动电机做功，使电机处于发电状态的时间较长，会大大降低电机的效率。 目前判断抽油机平衡度的有三种原则： 、 上下冲程最大电流比值（I下/I上）在0.8-1.0之间。 、
9、 上下冲程平均功率比值（P下/P上）在0.8-1.0之间。 、 上下冲程平均扭矩比值（M下/M上）在0.8-1.0之间。 这三种原则在理论上判断抽油机的平衡度都是合理的。 目前在我厂，现场上都是采用测量上下冲程电流的方法来检查抽油机的平衡情况。这种方法判断抽油机的平衡在某些情况下存在较大的误差。原则、都能较准确判断抽油机平衡，,三、影响系统效率的因素分析及改善措施,18,抽油机平衡的调整，对电机的运行效率影响非常重要。从曲柄输出扭矩图上可以看出，曲柄平衡扭矩在一个周期内的代数和为零，表示曲柄的做功和为零，也就是说曲柄与平衡块并不消耗系统能耗，它对系统能耗的影响体现在对曲柄净扭矩在负值区工作时间
10、与大小的影响。因为电机在负扭矩时工作其损耗会远远大于正扭矩的时候。 我们调整平衡的目的是尽量使油井上、下冲程中电机的平均负载趋于相近，才能最大限度的减少电机工作在负扭矩状态，反映在电流上应该是上、下冲程中平均电流，而不是峰值电流，反映在曲柄输出扭矩上就是上、下冲程中的平均扭矩。正确的做法之一是利用上下冲程的平均扭矩来校验平衡。所以平衡度应定义为下、上冲程的平均扭矩之比，其值越接近100，表示平衡越好。,（1）扭矩法判断抽油机平衡,三、影响系统效率的因素分析及改善措施,19,这是同一口井在平衡快不同位置时计算的扭矩平衡度。 上图平衡块位置为100mm,经过计算扭矩曲线反映出不平衡，平衡度为-24
11、%。 经过调整，平衡块位置为440mm，计算出的扭矩曲线基本对称，平衡度为99.8%。 我们可以根据机型、载荷计算各抽油井精确的曲柄平衡位置。,三、影响系统效率的因素分析及改善措施,20,（2）功率法判断抽油机平衡,采取功率法测试判断抽油机平衡，现场上使用仪器就可以直接测出功率曲线判断出抽油机的平衡率。 电机功率P= UIcos 我们通过DDY-1功率测试仪测量抽油机平衡比（这测得的平衡比采用的是功率法）。为了检验电机功率法判断抽油机平衡的准确性。我对我厂的15-9.4、39-28二口井进行实测分析。,三、影响系统效率的因素分析及改善措施,21,从上表我们可以看出，调整前电流法判断抽油机是平衡
12、的，平衡率大于80%，而电机功率法测得的平衡率都小于80%。根据电机功率法测得的不平衡状况，对抽油机平衡进行调整。调整后电流法、电机功率法测得的抽油机都是平衡的。 我们对这二口井调整前后进行测试对比如下表：,从上表我们可以看出，抽油机在平衡条件下达到了节能降耗的目的，使油井的系统效率也得到提高。,三、影响系统效率的因素分析及改善措施,22,电流法与电机功率法不一致的原因： 电流法判断平衡不准确主要是由于电流表测出的电流是有功电流与无功电流的向量和，而我们判断平衡时应取电流的有功部分，因此，即使上下冲程的电流基本一致，也不能完全反映上下冲程的平衡问题。另一方面电表法观察的是电流的瞬时值而且在一个
13、冲程内变化较大，也很难代表一个冲程的实际数值。而测试功率时我们可以测试一个冲程的功率曲线，我们利用上下冲程的平均功率（计算有功功率平均值）比值判断抽油机平衡，这是比较准确的。,抽油机在平衡状况下，不但节省大量电量，而且机采系统效率得到较大的提高，同时也使抽油机能够平稳工作，使抽油机达到最佳的工作状态。调整抽油机平衡是一项日常管理工作，我们要根据油井的工作参数以及生产动态变化 而变化，如：在洗井前后、措施前后、产量变化比较大时期必须进行平衡调整，以实现节能。我们要对抽油机平衡及时调整。,三、影响系统效率的因素分析及改善措施,23,a、大部分是常规游梁抽油机，载荷波动系数和悬点加速度大。 b、机型
14、匹配不合理，部分机型配备偏大。 抽油机匹配不合理，影响了油井产能和系统效率的提高，使抽油井出现超载或欠载的现象。 C、 部分抽油机的零部件老化严重、磨损严重，减速箱漏油严重，影响了地面传动效率。 抽油机已使用多年，减速箱漏油严重，在保养不及时的情况下，这很大程度上减少了减速箱轴承与齿轮的使用寿命，影响了抽油机的正常运转。影响了减速箱的传动效率。 d、 光杆与驴头、井口之间的磨、卡、捌的现象都不同程度的存在，能量损失大，影响着地面效率的提高。,3、地面设备状况,三、影响系统效率的因素分析及改善措施,24,对因地面设备状况影响地面效率主要采取以下措施： 、使用节能抽油机。 、匹配合理的机型。 、对
15、减速箱漏油使用软金属密封圈或机械密封圈。 、加强抽油井地面设备管理工作。,目前存在小冲程大冲数组合的工作制度的油井，冲数过大一是地面设备传递效率变差 ；二是容易使杆柱发生振动弯曲，造成杆柱与油管内壁的摩擦机会增多，加速杆管偏磨降低了杆管的使用寿命。而且杆柱发生弯曲之后，也增多了杆柱脱扣的机会；三是杆柱受到改变方向的次数太多，容易发生弹性疲劳，缩短了抽油杆的使用寿命；四是使冲程损失次数增加。因此小冲程大冲数组合使地面系统效率与井筒效率降低，使油井的系统效率大幅度降低。,4、地面工作制度不合理,三、影响系统效率的因素分析及改善措施,25,、机采参数选择对系统效率的影响,机采参数的选择是在满足设备的
16、工作能力和油井配产要求的前提下，合理的选择油井抽汲参数即泵径、泵挂、冲程、冲次及杆柱组合。 工作制度的优化：一方面是确定合理的工作制度，包括理论排量的确定，并从提高机采效率和延长免修期入手进行系统的优化。另一方面就是在深井泵理论排量相同的情况下，进行抽吸参数的优化组合，使之达到提高系统效率的目的。,三、影响系统效率的因素分析及改善措施,26,通常情况我们认为：抽油井的工作制度要采取长冲程、慢冲数和适当的泵径。但是通过我们的研究认为：采取最长冲程时系统效率不一定最高。第一、在冲程上随着冲程的增大，四连杆效率逐渐降低；但冲程减小要保持理论排量不变冲数必然要提高。第二、冲数的提高又涉及到冲程损失的次数增多。因此，在系统效率上随着机型的不同、井况的不同、载荷的不同、抽吸液体的不同等诸因素，其系统效率的高点必有
