1机械采油有杆泵采油系统组成

有杆泵采油的三大主要装备有抽油机、抽杆和抽油泵。抽油泵可分为：管式泵和杆式泵。管式泵的结构简单、成本低，在相同油管直径下允许下入的泵径较杆式泵大，因而排量大；杆式泵检泵方便，但结构复杂，制造成本高，在相同油管直径下允许下入的泵径比管式泵小。杆式泵适用于下泵深度大、产量较小的油井。

有杆泵抽油的主要参数，冲程：光杆（或柱塞）上、下运动一次称为一个冲程。光杆冲程：光杆从上死点到下死点的距离，用S表示。柱塞冲程：柱塞在上、下死点间的位移。冲次:每分钟内完成冲程的次数，用n来表示。沉没度：抽油泵的吸入阀与动液面之间的相对高度。动液面：抽油机正常生产时，井口至液面的距离。沉没压力（泵口压力）：作用在泵吸入口处的环形空间压力。影响泵效的主要因素：(1)抽油杆柱和油管柱的弹性伸缩；(2)气体和充不满的影响；(3)漏失影响；(4)体积系数的影响。

载荷作用下的柱塞冲程，柱塞冲程损失的构成：液柱载荷交替地由油管转移到抽油杆柱和由抽油杆柱转移到油管，使杆柱和管柱发生交替地伸长和缩短。上冲程：载荷由从油管转移到抽油杆，抽油杆伸长，油管缩短；下冲程：载荷由从抽油杆转移到油管，油管伸长，抽油杆缩短。柱塞冲程损失由抽油杆柱伸缩与油管伸缩共同造成的。

2影响有杆泵系统效率的主要原因

2.1电机负载率的影响

常用电机最佳运行效率在额定负载附近，即在0.7～1.1之间，而现场上大多数电机的负载率都比较低，一般只有30％左右。因此“大马拉小车”是造成电机运行效率低的主要原因。油田的实验表明，提高电机负载率5％～10％，系统效率可提高2％～4％，节电率可达10％左右。

2.2抽油机的影响

普通游梁式抽油机采用的是对称循环工作方式，上下冲程的运行时间相同，平衡重和悬点负荷重对曲柄轴产生的迭加扭矩呈周期性波动，其幅度和频率都比较大。抽油机的这种工作状况对三相异步电动机来说是不理想的，造成能耗偏高、系统效率偏低。

2.3传动皮带的影响

采用三角皮带传动时，由于其弹性方面的原因，其张紧程度难以保证，不可避免地要出现相互错动、打滑和震动，造成部分能量损失。

2.4平衡程度的影响

抽油机的平衡程度反映了抽油机运行的平稳程度，其好坏直接影响到抽油机的耗电量，现场测试表明，在不同的平衡状况下，电动机电流有较大差异，从而造成输入功率的变化。即使抽油机轴功率相同，也可能造成输入功率有较大的变化。

2.5盘根的影响

盘根在使用中与光杆摩擦产生阻力，根据其材质及压紧程度的不同产生的阻力有较大的变化，由于阻力的作用，造成耗电量的增加。

2.6油管伸缩的影响

由于油管下端不固定，所以油管的伸缩会使地面传递下去的功率和冲程损失一部分，特别是深抽井，油管的伸缩带来的损失最大。

2.7气体对泵的影响

泵的充满程度是影响泵效的主要因素之一。在生产过程中由于气体的影响，使泵不能有效充满，降低了泵的排量及井下效率。随着深井泵工作时间的延长，各种磨损也随之增加，造成深井泵的漏失，从而使泵效降低。

2.8抽油杆弯曲及摩擦的影响

在抽油过程中，抽油杆柱有时和油管摩擦，特别是抽油杆的下部弯曲，造成有效载荷的波动，使系统效率降低。

3有杆泵系统效率提升的方法

3.1合理配置电机

配置电机应充分利用电机的负载能力，尽量做到使电机的负载率达到或接近最佳负载率，即在0.7～1.1之间。生产过程中，可按实测功图采用如下公式计算光杆功率，合理选择电机。

P光杆=（Pmax-Pmin）S·N·103/59976；式中P光杆-光杆功率，kW；Pmax-实测最大负荷，kN；Pmin-实测最小负荷，kN；S-冲程，m；N-冲次，次/min。

3.2采用节能设备和装置。使用新型节能系列电机，选用高效传动带

采用窄形联组带或齿形同步带，以克服因震动、打滑现象造成的损失。使用普通三角带以每组5根为最佳组合。使用节能抽油机，在油井上使用的节能抽油机主要有两种：一种是异向曲柄平衡抽油机，另一种是链条抽油机，这两种油机悬点运动均匀、电机损耗小、工作电流小、效率高。使用节能控制柜，特别是ZJK智能节电控制器和PowerP1anner电动机高效节能器的节能效果较好。

3.3采用终端无功补偿，提高功率因数

目前，全厂所有的抽油机自控箱都安装了电力电容器，全部实现了对线路的无功补偿，功率因数由补偿前的不足0．4提高到现在的0．55左右，效果非常明显。使用抽油机诊断技术。对抽油机井生产过程中的诸如环空液面、沉没度、供液能力、参数匹配、平衡块位置设置、杆柱应力、泵的充满程度、活塞冲程、凡尔漏失、间隙漏失等因素进行综合分析和处理，可有效地提高机械采油系统效率。

3.4采用有杆泵智能控制系统对系统

进行有效合理的控制。智能控制技术包括两个实时概念：（1）实时监测，即采集井下动液面数据和/或示功图的能力；（2）实时控制，即通过自动执行机构控制抽汲强度的能力。

4 沉没度对机采生产的影响分析

抽油机井抽油泵的沉没度是影响杆柱寿命、产液量和机采效率的重要因素。研究了沉没度对机采生产的影响，建立了具有较长杆柱寿命、较高产液量和较高效率的综合机采性能的目标函数，并给出其约束条件，实现了沉没度的优化设计。计算结果表明，在只考虑沉没度的前提下，必需牺牲个别指标以获得较高综合机采性能。对10口井进行沉没度优化设计，结果表明，井下效率最高可增加21.83%，杆柱寿命最高可延长33.76%，个别油井产液量最大下降幅度可达4.96%。研究结果对机采生产的参数优化设计具有重要指导意义。为综合考虑沉没度对抽油机井产液量、井下效率和杆柱应力幅的影响，需要建立一个评价目标函数，使机采生产具有较高的综合指标。机采生产中，通常要求较高产液量、较高井下效率和较低的杆柱应力幅。综合考虑，采用加权平均法评价机采性能， 边界约束条件:动液面小于泵深，沉没度为泵深与动液面之差，冲程、冲次与抽油机型号匹配，抽油杆柱组合满足轴力、应力、扭矩及载荷需要。

研究时需要计算抽油杆柱轴力，轴力计算采用软绳模型，采用文献中的计算方法，并对井眼轨迹三维拟合、有效冲程、井液对杆柱的摩阻、井液作用力、沉没压力载荷、井口回压和边界条件等进行了一定的修正和改进计算。采用VB6.0平台编制计算软件，实现杆柱受力计算及分析。以A油井为例，该井主要机采参数有:动液面深度930.00m，原泵挂深度1221.38m，泵径56mm，抽油机型号CYJY10-4.2-53HB，冲次为3min-1，冲程4.2m，原油密度943.6kg/m3，原油含水质量分数80%，溶解系数5.1，地面气油比75，油层中部温度50℃。设定油井沉没度为50~600m，计算步长为10m，分别计算不同沉没度对应的产液量、井下效率及杆柱应力幅，计算结果如图1所示。

图1 沉没度对产液量、井下效率和杆柱应力幅的影响

随沉没度增加，抽油泵的充满度上升，泵效增加，因此产液量也上升;并且充满度随沉没度增加的变化趋势是非线性，所以产液量曲线也是非线性。沉没度增加，泵挂深度增加，则杆柱长度也增加，悬点载荷增大，同时由于摩擦和摩阻的存在，导致光杆功率增加。

5 防冲距与泵效的关系

(1)防冲距与泵效的关系。以1000m泵挂深度为例，动液面为750m，冲程4.2m，冲次6min-1，泵径为ø70mm，杆径为ø22mm，进行编程分析同一抽油泵在不同防冲距和油气比时泵效的变化情况(见图2)

图2  防冲距与泵效的关系

从图1可以看出，随着油气比的增大，有效冲程减小，泵效降低;当油气比一定时，随着防冲距的增加，泵的有效冲程也是减小的，泵效亦降低。因此，在一定的冲程条件下，油气比一定，防冲距越小，抽油泵的余隙体积越小，泵筒的充满系数越大，泵效越高。因此合理的防冲距是提高泵效的有效途径之一。(2)防冲距与泵径、杆径的关系。仍以1000m泵挂深度，750m动液面，4.2m冲程，6min-1冲次为例。当改变抽油杆和抽油泵直径的时候，防冲距大小的变化情况见图3。从图3中可以看出，当不同的杆径和泵径相组合时，泵径不变，防冲距随着杆径的减小而增大;杆径不变，防冲距随着泵径的增大而增大。因此在选用不同泵杆组合时应采用相应的最优防冲距值，从而改善以往抽油泵设计防冲距时采用经验值导致泵效降低的问题。

图3   不同泵径和杆径下防冲距的变化曲线

6 有杆泵系统技术改进应用实例

前不久从采油厂传来好消息，有杆泵助力深抽技术春节期间连干三口井，都取得圆满成功。解决了该采油厂常规有杆泵不能满足深抽提液要求，小排量电泵能耗高、成本大等问题，为其上产助了一臂之力。有杆泵助力深抽技术是该院采机所科研人员自主研发的一项新技术，该项技术充分借力抽油泵大、小柱塞面积差产生的向上的助推力，达到节能降耗的目的。此前该项技术已在单位现场应用十余口井，取得良好应用效果。此次针对采油厂油藏特征和生产情况，科研人员还配套了脱接、油气分离等技术。

截至目前，三口井都看到明显增油效果，其中B井实施该项技术前日产液仅0.2吨，泵效下降至12.6%，实施助力深抽提液技术，下泵深度由原来的1692米加深到2400米，日产液量稳定在每天6吨左右，日产油2.8吨，泵效达到49.5%，增油效果十分明显。

随着油藏开发的不断进行，油井产能受到地质特征、油藏管理、采油工程、生产维护等多方面影响，从较长的时期看是一个动态的变量，合理地选取采油工艺的直接决定着油田开发效益。本文结合油田生产工作实际，着重分析了影响机械采油有杆泵系统效率的主要因素，提出了提高系统效率的方法。

参考文献

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