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摘 要：多年来的采油管理现场实验表明，提高抽油机系统节能效率必须综合多元素考虑、多方面兼顾，具体体现在影响因素的各个组成部分上要演奏同力曲。在经济新常态下，深入研究抽油机系统节能技术对于提高油田开发经济效益、加强节能降耗工作，具有重要意义。
关键词：抽油机；杆泵机一体化匹配； 参数；效率；节能降耗
随着油田开发的不断深入，油井产能降低，抽油机系统效率也逐渐降低。本文从抽油机井设备本身、抽汲参数等几方面，通过对比、综合分析总结出影响抽油机系统效率的各种因素，并且提出了相应的技术措施以提高抽油机的节能系統高效率水平。
1 影响抽油机系统效率因素分析
抽油机采油的原理是将电能从地面传递给井下液体，从而把井下液体举升到井口。抽油系统工作时，就是一个能量不断传递和转化的过程。因此，影响抽油机系统效率因素也比较多而且关联复杂。
1.1抽油机平衡率
抽油机平衡率定义为抽油机上冲程的电流峰值与下冲程的电流峰值的比值，当抽油机不平衡时，上冲程中电动机承受着极大的负荷援下冲程中抽油机反而带着电动机运转，从而造成功率的浪费，降低电动机的效率和寿命。它是衡量抽油机在不同冲程过程中的运动平衡程度的指标，是一个适中型指标，适中值为1。
1.2 电机负载率
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援电机处于“大马拉小车”现象，严重影响抽油机系统效率。电机负载率定义为电机的消耗功率与电机装机功率的比值。它是衡量电机输出功率与抽油机井有效功率棚匹配的指标。
1.3井口回压、套压的影响
井口回压、套压的影响油井井口回压的存在，增加了上冲程时的悬点载荷力，当井口回压增加时，相当于增加了抽油杆的重力，上冲程悬点载荷增加，导致电机耗能增加。井口回压过高，悬点载荷增大，亦可造成泵的漏失，影响机采井系统效率。当套压过大，降低了泵举升的有效扬程，导致机采井系统效率下降。
1.4 沉没度的影响
沉没度的影响根据机采系统效率计算公式，增加有效扬程H可增加系统效率，即满足泵的沉没压力条件下提高泵的扬程，降低动液面保持合理的沉没度。而沉没度与泵效有密切关系，随着沉没度的增加，泵效增加，当沉没度达到一定值时，泵效增加趋于变缓。
2 机杆管泵“一体化”提升抽油机节能系统效率策略
2.1 主导思路与理念
抽油机、抽油杆、抽油泵的选型对于采油生产和节能降耗具有十分重要的意义。主要表现在对机、杆、泵型号、参数、尺寸、性能方面的特殊要求。根据油井流入动态曲线和油田定产要求，首先初选抽油机、设计抽油杆、选择抽油泵的型号以及选择冲程、冲次等参数， 再从井底到抽油机反向计算受力情况，以校核抽油机型号、冲程、冲次参数是否合理，以此反复循环，分析目前机、杆、泵系统应用中存在不足和问题，提出具体的需求参数及生产方向，实现抽油机、抽油杆、抽油泵的节能的最佳匹配。
油井正常抽汲过程中由于液柱载荷使抽油杆柱和油管柱发生伸缩变形，引起活塞和泵筒在一定范围内相向运动，使活塞的冲程小于光杆冲程援其值称为冲程损失。冲程损失越大，产量损失也越大，泵效就降低得越多。抽油杆能损率包括抽油杆上下运动时的摩擦损失和弹性变形损失，它是衡量抽油杆在系统效率中的能耗程度的指标，其值越小越优。泵效是柱塞有效冲程系数、泵充满系数、泵漏失系数和沉没压力条件下溶气原油的体积系数的综合，它是衡量泵的有效利用程度指标援其值是越大越优。
2.2 抽油机参数的优化
对于抽油机来说，其主要性能参数有：悬点最大负荷、减速箱额定扭矩、冲程等。一般情况下，不同型号的抽油机都有相匹配的以上几个参数。但由于生产情况不一样，油田对抽油机各种参数需求的重点有所不同。现在，由于产液量小，对减速箱额定扭矩、电机功率、冲程、冲次的要求都不高，需要满足的首要条件是抽油机的额定悬点最大负荷。其它参数的配置应在尽可能降低系统效率的前提下进行。计算和实测资料表明：即使10 型、12 型抽油机，其额定扭矩也不会超过37 kNm。冲程最大为3 m即可，冲次选择以尽可能低为好。对额定悬点最大负荷的要求方面，长期的抽油机选型及现场最大负荷实测资料反应出：对最大载荷为70kN和90 kN的抽油机有一定量的需求。而抽油机标准系列为：5 型、6型、8型、10型、12型等，现在缺失7型和9型机，造成在抽油机配型上的浪费或者超负荷运行。因此，要增加抽油机7型和9型机的选用。对于营一区平均单井产量不到3t/d，液量不到3m3/d，在选用小泵短冲程后仍需要降低冲次，才能有较高的泵效，因此，要采用大减速比抽油机更节能。
2.3 合理匹配电机
抽油机电机平均负载率小于40%，运行效率就低于80%，还使配电线路的功率因素降低。尽量使电机的负载率达到或接近最佳负载率范围，负载率不足25%时应合理更换小容量电机。可以对丛式井组研发抽油机“1+N”软启动装置，要采用为降低抽油机配置电机功率，再通过给每台抽油机安装变频器，可以大大降低抽油机配置电机功率，达到节能目的，也降低了安装费用。
2.4对抽油杆的要求
复杂油田泵挂深度生产井多为定向井、斜井、水平井及复杂结构井，油井生产中抽油杆的偏磨、断脱问题比较普遍。油井维护性作业中有三分之一以上是因为杆的问题。针对油田的生产特征，对抽油杆的要求表现在性能方面有：尽可能小的杆径尺寸和杆体重量下具有尽可能高的强度；耐磨性能好；承受弯压载荷的能力强；起下作业方便。从满足以上性能方面看，高强度抽油杆、玻璃钢抽油杆、复合材料连续抽油杆等都有很大的应用前景。但就目前的技术现状来看，还需要进行进一步的科技创新和改进，才能大面积应用于生产。
2.5 抽油泵技术革新
根据油田井的产量分布情况可能明显看出，使用小的泵径会减小抽油杆柱的杆径，减低抽油机悬点载荷，提高系统效率，降低能耗。当井深2066m，泵挂深度1878m，动液面1727m，抽油杆组合采用三级组合，即Ф22 （15%） +Ф19 （45%）+ Ф22 （40%）组合方式，抽油杆采用高强度HL级或HY级，油管内外径为62/73mm，经过计算，分别用38mm、32mm、28mm的抽油泵，抽油机冲程损失分别是0.6m，0.5m，0.4m，随着泵径的减小，抽油机冲程损失在减少。也可以加强抽油泵的技术创新，使用井下无杆往复采油泵，电能消耗比传统的游梁式抽油机就可以节约电能50%，提高泵效80%，检泵周期一年以上，使用寿命10年以上，是对抽油方式节能的革命性的推进。
关键词：抽油机；杆泵机一体化匹配； 参数；效率；节能降耗
随着油田开发的不断深入，油井产能降低，抽油机系统效率也逐渐降低。本文从抽油机井设备本身、抽汲参数等几方面，通过对比、综合分析总结出影响抽油机系统效率的各种因素，并且提出了相应的技术措施以提高抽油机的节能系統高效率水平。
1 影响抽油机系统效率因素分析
抽油机采油的原理是将电能从地面传递给井下液体，从而把井下液体举升到井口。抽油系统工作时，就是一个能量不断传递和转化的过程。因此，影响抽油机系统效率因素也比较多而且关联复杂。
1.1抽油机平衡率
抽油机平衡率定义为抽油机上冲程的电流峰值与下冲程的电流峰值的比值，当抽油机不平衡时，上冲程中电动机承受着极大的负荷援下冲程中抽油机反而带着电动机运转，从而造成功率的浪费，降低电动机的效率和寿命。它是衡量抽油机在不同冲程过程中的运动平衡程度的指标，是一个适中型指标，适中值为1。
1.2 电机负载率
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援电机处于“大马拉小车”现象，严重影响抽油机系统效率。电机负载率定义为电机的消耗功率与电机装机功率的比值。它是衡量电机输出功率与抽油机井有效功率棚匹配的指标。
1.3井口回压、套压的影响
井口回压、套压的影响油井井口回压的存在，增加了上冲程时的悬点载荷力，当井口回压增加时，相当于增加了抽油杆的重力，上冲程悬点载荷增加，导致电机耗能增加。井口回压过高，悬点载荷增大，亦可造成泵的漏失，影响机采井系统效率。当套压过大，降低了泵举升的有效扬程，导致机采井系统效率下降。
1.4 沉没度的影响
沉没度的影响根据机采系统效率计算公式，增加有效扬程H可增加系统效率，即满足泵的沉没压力条件下提高泵的扬程，降低动液面保持合理的沉没度。而沉没度与泵效有密切关系，随着沉没度的增加，泵效增加，当沉没度达到一定值时，泵效增加趋于变缓。
2 机杆管泵“一体化”提升抽油机节能系统效率策略
2.1 主导思路与理念
抽油机、抽油杆、抽油泵的选型对于采油生产和节能降耗具有十分重要的意义。主要表现在对机、杆、泵型号、参数、尺寸、性能方面的特殊要求。根据油井流入动态曲线和油田定产要求，首先初选抽油机、设计抽油杆、选择抽油泵的型号以及选择冲程、冲次等参数， 再从井底到抽油机反向计算受力情况，以校核抽油机型号、冲程、冲次参数是否合理，以此反复循环，分析目前机、杆、泵系统应用中存在不足和问题，提出具体的需求参数及生产方向，实现抽油机、抽油杆、抽油泵的节能的最佳匹配。
油井正常抽汲过程中由于液柱载荷使抽油杆柱和油管柱发生伸缩变形，引起活塞和泵筒在一定范围内相向运动，使活塞的冲程小于光杆冲程援其值称为冲程损失。冲程损失越大，产量损失也越大，泵效就降低得越多。抽油杆能损率包括抽油杆上下运动时的摩擦损失和弹性变形损失，它是衡量抽油杆在系统效率中的能耗程度的指标，其值越小越优。泵效是柱塞有效冲程系数、泵充满系数、泵漏失系数和沉没压力条件下溶气原油的体积系数的综合，它是衡量泵的有效利用程度指标援其值是越大越优。
2.2 抽油机参数的优化
对于抽油机来说，其主要性能参数有：悬点最大负荷、减速箱额定扭矩、冲程等。一般情况下，不同型号的抽油机都有相匹配的以上几个参数。但由于生产情况不一样，油田对抽油机各种参数需求的重点有所不同。现在，由于产液量小，对减速箱额定扭矩、电机功率、冲程、冲次的要求都不高，需要满足的首要条件是抽油机的额定悬点最大负荷。其它参数的配置应在尽可能降低系统效率的前提下进行。计算和实测资料表明：即使10 型、12 型抽油机，其额定扭矩也不会超过37 kNm。冲程最大为3 m即可，冲次选择以尽可能低为好。对额定悬点最大负荷的要求方面，长期的抽油机选型及现场最大负荷实测资料反应出：对最大载荷为70kN和90 kN的抽油机有一定量的需求。而抽油机标准系列为：5 型、6型、8型、10型、12型等，现在缺失7型和9型机，造成在抽油机配型上的浪费或者超负荷运行。因此，要增加抽油机7型和9型机的选用。对于营一区平均单井产量不到3t/d，液量不到3m3/d，在选用小泵短冲程后仍需要降低冲次，才能有较高的泵效，因此，要采用大减速比抽油机更节能。
2.3 合理匹配电机
抽油机电机平均负载率小于40%，运行效率就低于80%，还使配电线路的功率因素降低。尽量使电机的负载率达到或接近最佳负载率范围，负载率不足25%时应合理更换小容量电机。可以对丛式井组研发抽油机“1+N”软启动装置，要采用为降低抽油机配置电机功率，再通过给每台抽油机安装变频器，可以大大降低抽油机配置电机功率，达到节能目的，也降低了安装费用。
2.4对抽油杆的要求
复杂油田泵挂深度生产井多为定向井、斜井、水平井及复杂结构井，油井生产中抽油杆的偏磨、断脱问题比较普遍。油井维护性作业中有三分之一以上是因为杆的问题。针对油田的生产特征，对抽油杆的要求表现在性能方面有：尽可能小的杆径尺寸和杆体重量下具有尽可能高的强度；耐磨性能好；承受弯压载荷的能力强；起下作业方便。从满足以上性能方面看，高强度抽油杆、玻璃钢抽油杆、复合材料连续抽油杆等都有很大的应用前景。但就目前的技术现状来看，还需要进行进一步的科技创新和改进，才能大面积应用于生产。
2.5 抽油泵技术革新
根据油田井的产量分布情况可能明显看出，使用小的泵径会减小抽油杆柱的杆径，减低抽油机悬点载荷，提高系统效率，降低能耗。当井深2066m，泵挂深度1878m，动液面1727m，抽油杆组合采用三级组合，即Ф22 （15%） +Ф19 （45%）+ Ф22 （40%）组合方式，抽油杆采用高强度HL级或HY级，油管内外径为62/73mm，经过计算，分别用38mm、32mm、28mm的抽油泵，抽油机冲程损失分别是0.6m，0.5m，0.4m，随着泵径的减小，抽油机冲程损失在减少。也可以加强抽油泵的技术创新，使用井下无杆往复采油泵，电能消耗比传统的游梁式抽油机就可以节约电能50%，提高泵效80%，检泵周期一年以上，使用寿命10年以上，是对抽油方式节能的革命性的推进。