毕业论文 抽油机井系统效率研究及认识

1、采油工程专业评审组论文答辩材料抽油机井系统效率的研究及认识姓名：曹荣亮敖包塔作业区抽油机井系统效率的研究及认识摘要：目前油气田开发中，普遍存在运行成本过高，系统效率较低等问题，如何提高抽油机井的系统效率就尤为重要。本文基于抽油机井系统效率的基本概念，对系统效率进行了分解，并对主要部分分解效率的理论计算模型进行了研究，为选择合适的电动机、以及合理的抽汲参数组合及抽油泵有效效率的确定，从而提高抽油机井的系统效率提供了科学依据。关键词：节能降耗；抽油机系统；系统效率一、前 言在油田采油系统中，抽油机耗电量占油田总耗电量的25%以上，由于多种因素的影响，大量的能量在传递过程中白白损失掉，因此，如何提高

2、抽油机井的系统效率就尤为重要。本文基于抽油机井系统效率的基本概念，对系统效率进行了分解，并对各部分分解效率的理论计算模型进行了研究，为选择合适的电动机、合适的皮带松紧度、以及合理的抽汲参数组合，从而提高抽油机井的系统效率提供了科学依据，对于油田的节能降耗、原油增产及提高其经济效益都具有重要的意义。二、抽油机井系统效率的组成及基本概念有杆抽油系统是由电机、抽油机、抽油杆、抽油泵、井下管柱和井口装置组成的。抽油机井系统效率是抽油机井节能降耗与经济效益、油田技术装备与技术管理水平等多方面的综合反映，它主要由地面部分系统效率和井下部分系统效率组成。地面部分系统效率主要由电机效率、皮带效率、减速箱效率和

3、四连杆效率四部分组成；井下部分系统效率主要由盘根盒效、抽油杆效率和抽油泵效率三部分组成。1.电动机输入功率拖动抽油机的电动机的输入功率即为抽油机的输入功率。根据输入电流电压可由下式计算输入功率：（1） 式中，电动机输入功率，kw；输入电压，v；输入电流，a；电动机的功率因数。2.电动机输出功率 (2)式中，电动机输出功率，kw；电动机平均转速，r/min；电动机平均输出扭矩，nm。 (3)式中，电动机轴弹性模量，=2.11011n/m2；电动机轴泊松比，小数；d电动机轴直径，m；-电动机轴实测平均应变值，小数。由电动机输出轴扭矩和电动机转速可以求电动机的输出功率，即： (4)式中，电动机的输出

4、功率，kw；电动机的输出轴扭矩，knm；电动机转速，r/min；电动机的角速度，rad/s。3.减速箱输出功率 (5)式中，减速箱输出功率，kw；减速箱输出轴平均转速，r/min；减速箱平均输出扭矩，nm。（1）抽油机光杆功率光杆提升液体和克服井下各种阻力所消耗的功率，可根据示功图确定。 (6)式中，a理论悬点示功图面积的大小，表示有效功，kj；n抽油机冲次，r/min。 (7)式中，抽油机光杆功率，kw；a示功图的面积，mm2；示功图减程比，m/mm；示功图力比；光杆实测平均冲次，r/min。（2）抽油机采油系统有效功率 (8)式中，抽油机的有效功率，kw；油井理论产液量，t/d；油井液体密

5、度，kg/m3；重力加速度，m/s；有效扬程，m。有效扬程 (9)式中，l下泵深度，m；沉没压力，mpa；油压，mpa；套压，mpa；原油密度，。油井液体密度 (10)式中，含水率，小数；油密度，kg/m3；水密度，kg/m3。三、系统效率的分解及主要部分的效率分析1.系统效率的分解抽油机井系统效率是指抽油系统在一段时间内(一个冲程或几个冲程周期)用于举升液体所消耗的有用功功率与电机输入功率的比值。其公式定义如下： （11）抽油机井系统效率可分解为地面效率和井下效率，即 （12）式中， 地面效率，以光杆悬绳器为界，悬绳器以上的机械传动效率和电机运行效率的乘积，；井下效率，以光杆悬绳器为界，悬绳

6、器以下到抽油泵，再由抽油泵到井口的效率，。2. 主要部分的效率分析要想提高抽油机井的系统效率可从其7个组成部分入手，但是据统计在能量传动过程中，电机效率约为60%-70%，皮带效率为98%，减速箱效率约为90%，四连杆效率约为95%，所以在地面系统中，能量损失主要为电机能量的损失，而对于井下系统中，在目前条件下，难以准确的确定摩擦力，所以对于盘根松紧度的确定只能靠经验进行，井下部分系统效率主要由抽油泵效率来确定。（1）电动机的选择电动机的选择主要是通过调整电机级数或皮带轮直径，以防止出现“大马拉小车”的现象。电机的极数及皮带轮直径的确定如下： (13)式中，电源频率，我国为50hz；电动机定子

7、旋转磁场的转速，又称为电动机的同步转速，r/min；电动机定子的磁极对数。电动机的转差率为： (14)式中，电动机转子转速(又是电动机的实际转速)，r/min；电动机的转差率，%。 (15)式中，电动机皮带轮直径，mm；抽油机减速箱大轮直径，mm；抽油机减速箱的减速比；抽油机冲次，r/min。电动机的额定效率约为90%左右，因此当其工作负荷在60%100%范围内时，电机损耗约为10%左右。但由于有杆抽油系统中电机负荷的变化十分剧烈且频繁，在抽油机的每一冲程中，电机的输出功率都将出现两次瞬时功率极大值和瞬时功率极小值，并且这两次瞬时极大值和极小值的数值并不相等，其瞬时功率极大值可能超过额定效率；

8、而极小值一般为负值，即电动机不仅不输出功率，反而由抽油机拖动而发电。因此电机的输出功率的实际变化远远超过了60%100%的范围，此时电机的效率降低，损耗必然增大。从现场实测看，电机损耗有的高达30%40%，因此，它对有杆抽油系统效率的影响相当大，应努力减少这一损耗。当抽油机效率在60%100%范围变化时，电机效率较高。但当电机负荷低于50%以后，电机效率将急剧下降。（2）抽油泵效率抽油泵的效率和通常所说的“泵效”是两个不同的概念，通常所说的“泵效”实际是指泵的排量系数，抽油泵的效率是指的泵的能量效率，主要包括泵的容积效率(泵漏失的影响)、泵的水力效率(进泵流动阻力的影响)和抽油泵的机械效率(泵

9、筒和衬套间摩擦的影响)。抽油泵的有效功率为： (16) (17) (18)目前计算理论泵效所考虑的因素有游离气、余隙，冲程损失(油管和抽油杆弹性伸缩)，溶解气、泵筒间隙、凡尔漏失等。计算泵效的半经验公式为： (19)游离气影响泵的充满系数 (20) (21)式中，游离气影响泵的充满系数；沉没压力(即吸入口压力)下气体体积系数，从原油物性曲线上查取；含水率；原始油气比，m3/t；吸入口压力下的溶解油气比，m3/t；吸入口温度，k；气体压缩因子；_沉没压力(即吸入口压力)，mpa。余隙(防冲距)中气体膨胀减小活塞有效行程时的充满系数 (22)式中，余隙(防冲距)中气体膨胀减小活塞有效行程时的充满系

10、数；光杆冲程，m；余隙(防冲距)，m。油管及抽油杆的弹性伸缩产生冲程损失时的冲程效率 (23) (24)式中，油管及抽油杆弹性伸缩产生冲程损失时的冲程效率；流体密度，kg/m3；下泵深度，m；泵柱塞截面积，m2；钢材弹性模量，n/cm3；抽油杆截面积，m2；油管截面积，m2。溶解气影响泵的充满系数。 (25)式中，溶解气影响泵的充满系数；沉没压力(即吸入口压力)下原油体积系数，从原油物性曲线上查取。泵筒漏失影响泵的充满系数 (26)式中，泵筒漏失影响泵的充满系数；柱塞泵在筒中偏心度的影响系数，k=0.2；泵柱塞直径，m；动液面深度，m；间隙长度，(柱塞长度)，m；液体运动粘度，m2/s；抽油泵

11、的理论排量，m3/d。凡尔漏失影响泵的充满系数。没有表达式，允许取平均值0.97或更低一点。 (27)式中，凡尔漏失影响泵的充满系数。四、提高抽油机井系统效率的措施及建议1.合理选择电机类型由以上分析可知，地面部分的系统效率主要由电机的效率决定，所以对于电机的选择尤为重要，第三部分确定了电机的选择原则，为电机的选择提供了科学依据。目前敖包塔作业区针对理论泵效偏低的实际，积极进行永磁电机和低速电机的应用，提高泵效，改善机采井泵况，提高系统效率。表1 各类电机应用效果对比表 内容项目电机功率（kw）台数日产液(t)动液面(m)有效功率(kw)无功功率(kvar)电流(a)系统效率(%)日耗电(kw

12、.h)永磁电机18.5464.0879.43.75.266.6911.5692.5低速电机151322.1880.63.815.2323.515.392.1普通电机18.5892.6875.15.0721.8329.227.95137.32.准确分析泵效，及时检、换泵目前，敖包塔作业区抽油泵排量系数偏小，对于此类井应及时检查抽油泵是否能够正常工作，准确分析泵效，做到及时检、换泵。对734队检泵前后的10口井系统效率分析结果如下表，检后这10口井平均系统效率为25.07%，较检泵前提高了6.77个百分点。表2 敖包塔作业区734队10口井检泵前后系统效率对比项目平衡率）%）举升高度产液量（t/d

13、）吨液百米耗电(kw/t)系统效率（%）节电率（%）调平衡前81.4593.13.81.4918.3调平衡后85.41082.366.11.0925.07提高值4489.262.3-0.46.7726.83.提高抽油机的平衡率工作中始终处于平衡状态的抽油机是没有的，因为在生产过程中地层情况、油井情况及油井工作制度的改变都会破坏抽油机原来的平衡，所以在生产过程中应定期检查抽油机的平衡，并及时调整平衡率。根据众多的实验可知，抽油机平衡率在85%-100%之间时，抽油机的能耗是最低的，此时抽油机处于欠平衡状态，较过平衡时更省电。表3 敖包塔作业区734队10口井调平衡前后系统效率对比项目平衡率）%）举升高度产液量（t/d）吨液百米耗电(kw/t)系统效率（%）节电率（%）调平衡前65.81020.462.50.9428.94调平衡后92.51020.662.70.8731.26提高值26.70.20.2-0.072.327.4五、结论及认识1.抽油机井系统效率可分解为地面效率和井下效率，地面效率主要由电机效率决定，而井下效率主要取决于抽油泵的效率。2. 在生产过程中地层情况、油井情况及油井工作制度的改变