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[摘 要]随着油田的长期开采，经济、节能已经成为衡量油田生产和发展的重要指标。针对抽油机井普遍存在系统效率偏低的问题，从地面设备、井下工具、采油管理工作这三个方面分析了影响机采系统效率的具体因素，根据实际情况，提出了相应的节能降耗措施，为油田深入挖潜建言献策。
[关键词]机采系统；能耗；影响因素；节能措施
中图分类号：TP837 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）36-0241-01
前言
目前各个油田以机械采油为主要方式，抽油机是最常见的人工举升方式，机采井的系统效能是衡量抽油机井性能的综合指标。然而，油田生产中普遍存在机械采油系统耗电量居高不下的情况，油井的最大潜能无法有效发挥。因此，油井效能优化系统必将成为实现合理选择生产设备、科学制定抽油机工作参数，调整生产系统工作制度，提高油井管理水平的重要手段，有效提高抽油机井系统效率具有重要意义。
1地面设备对系统效率影响分析
有杆抽油系统由电动机、抽油机、井口装置、油管柱、抽油杆柱和抽油泵组成。系统效率由地面效率和井下效率两部分组成，地面的效率损失主要发生在电动机、胶带轮、减速器和四连杆机构中，井下部分的效率损失主要在盘根盒、抽油杆柱、油管柱和抽油泵中。
1.1抽油机工作状态和载荷特性对系统效率的影响
抽油机的传动系统从动力端到悬点，一般经过减速、换向两个阶段，如果换向机构的输入转速与悬点运动周期的比等于1，如现在广泛使用的游梁式抽油机，则减速系统的传动比就较大，要实现低冲次就较为困难。然而在油藏开发中后期，二类储量动用程度不断上升，油稠造成摩擦阻力增大，稠油井需要低冲次运行来提高泵效和降低能耗，游梁式抽油机不经过改造和其它配套很难实现低冲次。
此外，游梁式抽油机的平衡率对抽油机井的系统效率影响较大，平衡差的油井能耗大，系统效率低。同时抽油机平衡状况的好坏，直接影响抽油机连杆机构、减速箱和电机的效率与寿命，对抽油杆的工作状况也影响很大。
1.2电机影响
电动机是油田主要的耗能设备之一，机采系统的耗电量最终也体现在电动机耗电上。电机的影响关键在于电机负载率的影响。电机负载率过低时，电机效率和功率因数下降，将严重影响抽油机系统效率。多年来抽油机的驱动电机一直采用通用系列异步电机，这种电机额定功率运行时的效率和功率因数呈现最大值，而当负载降低时效率和功率因数都随之下降，无功损耗随之增大。
1.3减速箱影响
减速箱损失包括轴承损失和齿轮损失，是由摩擦引起。减速箱中一般有三对人字齿轮，齿轮在传动时，相啮合的齿面间有相对滑动，会发生摩擦损失，增加动力消耗，降低传动效率。如果减速箱润滑不好，减速箱的损失将增加，效率将下降。
1.4四连杆机构影响
在抽油机四连杆机构中共有三副轴承和一根钢丝绳。四连杆机构损失主要包括摩擦损失及驴头钢丝绳变形损失。在润滑良好的工况条件下，三副轴承的损失约为3%，钢丝绳的变形损失约为2%，综合考虑轴承与钢丝绳，抽油机四连杆机构的能量损失约5%，即抽油机四连杆机构的传动效率约为95%。
2地下设备对系统效率的影响
2.1盘根盒影响
为了防止油气从光杆处漏失，需在抽油机井口安装盘根盒。抽油机在工作时，由于光杆与盘根盒中填料有相对运动产生摩擦，因此有功率损失。造成盘根盒磨损的主要原因有：①油井不出油，造成光杆与盘根盒干磨，将盘根盒磨坏；②井口偏或不对中；③油稠引起光杆负荷大，引起光杆振动负荷大，造成光杆偏磨。
2.2管杆柱影响
在油藏开发中后期，随着含水量的不断上升，采出液由原来的油包水变成了水包油，摩阻增大，加上油井出砂加剧，造成井下抽油设备砂磨严重，使得抽油杆与油管间的摩阻增大。其次，在部分直井和斜井中，存在杆管偏磨的现象，摩擦阻力增大，使抽油机负荷增加、功耗上升。
2.3抽油泵影响
常规泵在高含水出砂油井中工作几个月后，泵效明显衰减，主要是由于井液砂磨导致泵密封间隙和泵阀漏失造成的，并且漏失量会迅速上升，随着水含量的上升，产出液对泵的腐蚀性增加，故泵效降低。
3采油管理工作对系统效率的影响
3.1平衡率的影响
游梁式抽油机的平衡率对机采系统效率影响较大，抽油机不平衡，会造成抽油机寿命缩短、杆断、电能浪费等。平衡好的抽油机，可减小对电动机的容量需求，有利于提高电动机运行效率。
3.2沉没度的影响
抽油泵在井底所输送的介质是油、气、水的混合物。一方面，沉没度过小，自由气可能脱离而吸入泵，影响抽油泵的排量系数，从而影响泵效；另一方，沉没度过大，尽管自由气对泵工作的影响减小，抽油杆的增长，系统总的举升负荷增大，同时抽油和油管的变形加剧，这又会使抽油泵的排量系数低，影响泵效。因此合理的沉没度不仅影响抽油的效率，而且影响整个抽油系统的效率。
3.3生产参数的影响
生产参数中油井产量、泵挂深度、悬点载荷差以及冲程和冲次是影响油井井下效率的主要因数，而它们本身也是各种因素影响的综合指标，相互之间存在相关性。对一具体的油井而言，在地面设备和油井产能是一定的条件下，不同的冲程、冲次、泵径、下泵深度、抽油杆柱组合对井下效率有较大影响。
4机械采油系统节能措施
4.1优化生产参数
理论研究与现场试验均表明，抽汲参数对有杆抽油系统效率（特别是井下能耗或井下效率）影响较大。抽油机生产参数过大，容易造成杆管偏磨，以至于降低系统效率，因此，必须对有杆抽油系统进行优化设计，在保证产量的前提下，使其能耗最低，效率提高。通过对高参数井与低参数井系统效率对比分析，低参数井系统效率要高于高参数井，在确保排液要求的前提下，抽汲参数的确定一般遵循“长冲程、慢冲次”的原则。
4.2应用变频节能装置
变频控制系统是一种输出功率可调的电力拖动设备。变频装置具有可以改变冲程、软启动、降低无功三大特点。应用变频节能装置，可任意改变抽油机的冲程。可做到上冲程快提，下冲程慢放，快提可减少抽油泵泄漏，慢放可提高泵的充满系数，以提高泵效，减少粘滞损失。应用变频调速技术对抽油机实现软启动，启动平稳，启动电流大幅度降低。这样可减少抽油机配备电机功率，提高了电机负载率。根据实际情况，对部分稠油井加装变频节能装置，从而降低了能耗，提高了机采效率。
4.3应用节能电机
高效节能型电动机的损耗仅是传统落后电动机的几分之一，而其效率却大大高于传统电动机。目前，节能电动机有永磁电动机、高转差电动机、低速多功率电动机、高启动转矩双速双功率电动机等。应用原则为：对于啟动不困难，电动机利用率低、功率因数低的抽油机采用永磁电动机技术；对于产液量变化呈现周期性变化和供液不足的井采用双速电动机技术；对于启动困难的抽油井可采用高启动转矩电动机；对于其他条件适合应用节能电动机的抽油机井采用多功率电动机技术。
4.4防偏磨治理
目前对于偏磨井的治理方法，概括起来主要有以下几方面：①合理调整生产参数，尽量选用长冲程、低冲次的抽油机生产参数，以改善抽油杆柱的受力状况，减轻管杆偏磨；②在抽油杆和油管上分别安装旋转装置（旋转井口和光杆旋转器），使得杆管偏磨为均匀的圆周磨损，延长了杆管的有效使用时间，相对延长了免修期。（3）使用各种防偏磨杆及防偏磨接箍，减少抽油杆与管壁的摩擦。（4）在地层能量允许的情况下尽可能上提泵挂，避开偏磨点或造斜点，从而达到治理偏磨的
5结束语
在低油价的今天，降本增效对于油田稳保产量，满足最大效益有着重大意义。大庆油田机采节能技术的应用，控制了机采井能耗持续上升的势头。今后应进一步加大节能设备优选应用力度，加强举升工艺优化调整，强化日常生产技术管理，优化运行参数，降低机采井能耗。
参考文献
[1]董德明.抽油机节能措施的选择与优化[J].油气田地面工程，2008，27（10）：42-43.
作者简介
薛禹朦，工作单位：大庆油田第三采油厂第一油矿采油五队，地面工程技术员。
[关键词]机采系统；能耗；影响因素；节能措施
中图分类号：TP837 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）36-0241-01
前言
目前各个油田以机械采油为主要方式，抽油机是最常见的人工举升方式，机采井的系统效能是衡量抽油机井性能的综合指标。然而，油田生产中普遍存在机械采油系统耗电量居高不下的情况，油井的最大潜能无法有效发挥。因此，油井效能优化系统必将成为实现合理选择生产设备、科学制定抽油机工作参数，调整生产系统工作制度，提高油井管理水平的重要手段，有效提高抽油机井系统效率具有重要意义。
1地面设备对系统效率影响分析
有杆抽油系统由电动机、抽油机、井口装置、油管柱、抽油杆柱和抽油泵组成。系统效率由地面效率和井下效率两部分组成，地面的效率损失主要发生在电动机、胶带轮、减速器和四连杆机构中，井下部分的效率损失主要在盘根盒、抽油杆柱、油管柱和抽油泵中。
1.1抽油机工作状态和载荷特性对系统效率的影响
抽油机的传动系统从动力端到悬点，一般经过减速、换向两个阶段，如果换向机构的输入转速与悬点运动周期的比等于1，如现在广泛使用的游梁式抽油机，则减速系统的传动比就较大，要实现低冲次就较为困难。然而在油藏开发中后期，二类储量动用程度不断上升，油稠造成摩擦阻力增大，稠油井需要低冲次运行来提高泵效和降低能耗，游梁式抽油机不经过改造和其它配套很难实现低冲次。
此外，游梁式抽油机的平衡率对抽油机井的系统效率影响较大，平衡差的油井能耗大，系统效率低。同时抽油机平衡状况的好坏，直接影响抽油机连杆机构、减速箱和电机的效率与寿命，对抽油杆的工作状况也影响很大。
1.2电机影响
电动机是油田主要的耗能设备之一，机采系统的耗电量最终也体现在电动机耗电上。电机的影响关键在于电机负载率的影响。电机负载率过低时，电机效率和功率因数下降，将严重影响抽油机系统效率。多年来抽油机的驱动电机一直采用通用系列异步电机，这种电机额定功率运行时的效率和功率因数呈现最大值，而当负载降低时效率和功率因数都随之下降，无功损耗随之增大。
1.3减速箱影响
减速箱损失包括轴承损失和齿轮损失，是由摩擦引起。减速箱中一般有三对人字齿轮，齿轮在传动时，相啮合的齿面间有相对滑动，会发生摩擦损失，增加动力消耗，降低传动效率。如果减速箱润滑不好，减速箱的损失将增加，效率将下降。
1.4四连杆机构影响
在抽油机四连杆机构中共有三副轴承和一根钢丝绳。四连杆机构损失主要包括摩擦损失及驴头钢丝绳变形损失。在润滑良好的工况条件下，三副轴承的损失约为3%，钢丝绳的变形损失约为2%，综合考虑轴承与钢丝绳，抽油机四连杆机构的能量损失约5%，即抽油机四连杆机构的传动效率约为95%。
2地下设备对系统效率的影响
2.1盘根盒影响
为了防止油气从光杆处漏失，需在抽油机井口安装盘根盒。抽油机在工作时，由于光杆与盘根盒中填料有相对运动产生摩擦，因此有功率损失。造成盘根盒磨损的主要原因有：①油井不出油，造成光杆与盘根盒干磨，将盘根盒磨坏；②井口偏或不对中；③油稠引起光杆负荷大，引起光杆振动负荷大，造成光杆偏磨。
2.2管杆柱影响
在油藏开发中后期，随着含水量的不断上升，采出液由原来的油包水变成了水包油，摩阻增大，加上油井出砂加剧，造成井下抽油设备砂磨严重，使得抽油杆与油管间的摩阻增大。其次，在部分直井和斜井中，存在杆管偏磨的现象，摩擦阻力增大，使抽油机负荷增加、功耗上升。
2.3抽油泵影响
常规泵在高含水出砂油井中工作几个月后，泵效明显衰减，主要是由于井液砂磨导致泵密封间隙和泵阀漏失造成的，并且漏失量会迅速上升，随着水含量的上升，产出液对泵的腐蚀性增加，故泵效降低。
3采油管理工作对系统效率的影响
3.1平衡率的影响
游梁式抽油机的平衡率对机采系统效率影响较大，抽油机不平衡，会造成抽油机寿命缩短、杆断、电能浪费等。平衡好的抽油机，可减小对电动机的容量需求，有利于提高电动机运行效率。
3.2沉没度的影响
抽油泵在井底所输送的介质是油、气、水的混合物。一方面，沉没度过小，自由气可能脱离而吸入泵，影响抽油泵的排量系数，从而影响泵效；另一方，沉没度过大，尽管自由气对泵工作的影响减小，抽油杆的增长，系统总的举升负荷增大，同时抽油和油管的变形加剧，这又会使抽油泵的排量系数低，影响泵效。因此合理的沉没度不仅影响抽油的效率，而且影响整个抽油系统的效率。
3.3生产参数的影响
生产参数中油井产量、泵挂深度、悬点载荷差以及冲程和冲次是影响油井井下效率的主要因数，而它们本身也是各种因素影响的综合指标，相互之间存在相关性。对一具体的油井而言，在地面设备和油井产能是一定的条件下，不同的冲程、冲次、泵径、下泵深度、抽油杆柱组合对井下效率有较大影响。
4机械采油系统节能措施
4.1优化生产参数
理论研究与现场试验均表明，抽汲参数对有杆抽油系统效率（特别是井下能耗或井下效率）影响较大。抽油机生产参数过大，容易造成杆管偏磨，以至于降低系统效率，因此，必须对有杆抽油系统进行优化设计，在保证产量的前提下，使其能耗最低，效率提高。通过对高参数井与低参数井系统效率对比分析，低参数井系统效率要高于高参数井，在确保排液要求的前提下，抽汲参数的确定一般遵循“长冲程、慢冲次”的原则。
4.2应用变频节能装置
变频控制系统是一种输出功率可调的电力拖动设备。变频装置具有可以改变冲程、软启动、降低无功三大特点。应用变频节能装置，可任意改变抽油机的冲程。可做到上冲程快提，下冲程慢放，快提可减少抽油泵泄漏，慢放可提高泵的充满系数，以提高泵效，减少粘滞损失。应用变频调速技术对抽油机实现软启动，启动平稳，启动电流大幅度降低。这样可减少抽油机配备电机功率，提高了电机负载率。根据实际情况，对部分稠油井加装变频节能装置，从而降低了能耗，提高了机采效率。
4.3应用节能电机
高效节能型电动机的损耗仅是传统落后电动机的几分之一，而其效率却大大高于传统电动机。目前，节能电动机有永磁电动机、高转差电动机、低速多功率电动机、高启动转矩双速双功率电动机等。应用原则为：对于啟动不困难，电动机利用率低、功率因数低的抽油机采用永磁电动机技术；对于产液量变化呈现周期性变化和供液不足的井采用双速电动机技术；对于启动困难的抽油井可采用高启动转矩电动机；对于其他条件适合应用节能电动机的抽油机井采用多功率电动机技术。
4.4防偏磨治理
目前对于偏磨井的治理方法，概括起来主要有以下几方面：①合理调整生产参数，尽量选用长冲程、低冲次的抽油机生产参数，以改善抽油杆柱的受力状况，减轻管杆偏磨；②在抽油杆和油管上分别安装旋转装置（旋转井口和光杆旋转器），使得杆管偏磨为均匀的圆周磨损，延长了杆管的有效使用时间，相对延长了免修期。（3）使用各种防偏磨杆及防偏磨接箍，减少抽油杆与管壁的摩擦。（4）在地层能量允许的情况下尽可能上提泵挂，避开偏磨点或造斜点，从而达到治理偏磨的
5结束语
在低油价的今天，降本增效对于油田稳保产量，满足最大效益有着重大意义。大庆油田机采节能技术的应用，控制了机采井能耗持续上升的势头。今后应进一步加大节能设备优选应用力度，加强举升工艺优化调整，强化日常生产技术管理，优化运行参数，降低机采井能耗。
参考文献
[1]董德明.抽油机节能措施的选择与优化[J].油气田地面工程，2008，27（10）：42-43.
作者简介
薛禹朦，工作单位：大庆油田第三采油厂第一油矿采油五队，地面工程技术员。