[學(xué)習(xí)]提高石油抽采設(shè)備系統(tǒng)效率

1、,提高石油抽采設(shè)備系統(tǒng)效率,目 錄,1、前言1.1 抽油機(jī)井系統(tǒng)效率概述1.2 系統(tǒng)效率管理的意義2、抽油機(jī)采油系統(tǒng)的能量損失2.1 抽油機(jī)采油系統(tǒng)的工作流程2.2 抽油機(jī)采油系統(tǒng)中的能量損失3、抽油機(jī)井系統(tǒng)效率測試方法與計算公式3.1 系統(tǒng)效率測試方法3.2 系統(tǒng)效率計算公式4、提高抽油機(jī)井系統(tǒng)效率途徑4.1 提高抽油機(jī)采油系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的能效分析4.2 抽油系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)及節(jié)能機(jī)理4.3 抽油機(jī)采油系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)選

2、擇方法4.4 抽油機(jī)井參數(shù)敏感性分析及計算方法5、抽油機(jī)井提高系統(tǒng)效率案例 案例一抽油機(jī)井整體參數(shù)優(yōu)化設(shè)計 案例二抽油機(jī)節(jié)能改造,一、前言,,1.1 抽油機(jī)井系統(tǒng)效率概述,有桿泵抽油系統(tǒng)其目的是將地面的電能轉(zhuǎn)化為井下液體的能量，使井下液體流到地面。其整個系統(tǒng)工作時，就是一個能量不斷傳遞和轉(zhuǎn)化的過程，每一次能量的傳遞和轉(zhuǎn)化都存在著能量的損失，抽油機(jī)井從地面設(shè)備供入系統(tǒng)的能量扣除系統(tǒng)的各種損失以后，就是系統(tǒng)所給液體的有效能量

3、，這一將液體舉升到地面的有效做功能量與系統(tǒng)輸入能量之比值，稱為抽油機(jī)井的系統(tǒng)效率。,,,2001年全國共有采油井7萬余口，采油生產(chǎn)井用電71.8億kWh，占油田生產(chǎn)用電的41.37%。其中抽油機(jī)井用電71.7億kWh，占總采油井用電的99.82%。 因此，機(jī)采系統(tǒng)的節(jié)能降耗是石油開采過程節(jié)能的重點，對于石油企業(yè)降低采油成本、提高經(jīng)濟(jì)效益具有十分重要的意義。,,“八五”期間，大慶石油管理局與大慶石油學(xué)院聯(lián)合承擔(dān)了國家級課題“提高抽油

4、機(jī)系統(tǒng)效率研究”。形成了抽油機(jī)系統(tǒng)效率與測試方法，探索出了一整套提高抽油機(jī)系統(tǒng)效率的措施。繼在大慶薩南油田節(jié)能試驗區(qū)取得了良好的節(jié)能效果之后，在全國各大油國推廣了提高抽油機(jī)井系統(tǒng)效率的配套措施，較大幅度提高了抽油機(jī)井的系統(tǒng)效率，節(jié)約了大量電能，并編寫了與之配套的石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T5266-1996《機(jī)械采油井系統(tǒng)效率測試方法》。,,1.2 系統(tǒng)效率管理的意義,從管理的范疇，以系統(tǒng)效率作為目標(biāo)管理可以使抽油機(jī)井的科學(xué)管理達(dá)到最高的

5、境界。對于如何以系統(tǒng)效率管好抽油機(jī)井，過去大多通過測試方法，但是要完成各部分的效率測試很難，即使通過測試方法了解了一口井的系統(tǒng)效率高低，也不知道哪些是影響系統(tǒng)效率的主要因素。從八十年代開始國內(nèi)各油田都開展了油井參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計，對于一口井設(shè)計是很容易的事情，一些具有豐富現(xiàn)場經(jīng)驗的采油工程師，可以把一口井做出滿足以產(chǎn)量、設(shè)備強(qiáng)度安全為指標(biāo)的很好的設(shè)計方案。但是滿足不了企業(yè)所追求的目標(biāo)，即效益最大化。目前的石油企業(yè)的形勢反映為，用有限的投入、

6、產(chǎn)出最大的效益。因此思維定式的改變，必然引起設(shè)計思想的改變，這就是系統(tǒng)效率的靈魂。,二、抽油機(jī)采油系統(tǒng)的能量損失,,地面部分-游梁式抽油機(jī)，由電動機(jī)、減速箱和四連桿機(jī)構(gòu)（包括曲柄、連桿、橫梁、游梁）、驢頭和懸繩器等組成； 地下部分-抽油泵，懸掛在套管中油管的下端； 中間部分-聯(lián)系地面和井下部分的抽油桿柱，由一種或幾種直徑的抽油桿和接箍組成。,1 、抽油機(jī)采油系統(tǒng)的工作流程,⑴抽油機(jī)采油系統(tǒng)的組成,2 、抽油機(jī)采油系統(tǒng)的工作流程,系統(tǒng)

7、工作時，電動機(jī)通過皮帶和減速器帶動曲柄作圓周運動，曲柄通過連桿機(jī)構(gòu)的游梁，以支架上的軸承為支點做上下擺動，通過驢頭把游梁前端的往復(fù)擺動轉(zhuǎn)變?yōu)閼尹c的上下往復(fù)運動，懸點帶動抽油桿柱、抽油泵柱塞做上下往復(fù)直線運動，實現(xiàn)機(jī)械采油。,當(dāng)柱塞上行時，柱塞上的游動閥關(guān)閉，泵筒上的固定閥打開，井筒中的油液進(jìn)入泵筒，同時柱塞之上的一部分液體排入地面輸油管線，柱塞下行時，游動閥打開，固定閥關(guān)閉，柱塞之下抽油泵泵筒內(nèi)的液體進(jìn)入油管內(nèi)，如此循環(huán)工作，井液就源源

8、不斷地被采出。,,3. 抽油機(jī)在采油系統(tǒng)中的作用 在抽油機(jī)采油系統(tǒng)的三個組成部分中，不同系統(tǒng)的地下部分和中間部分的結(jié)構(gòu)和工作原理基本相同，系統(tǒng)的主要區(qū)別在于抽油機(jī)的不同。抽油機(jī)的不同決定了抽油機(jī)采油系統(tǒng)的能耗狀況。抽油機(jī)的作用是將電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)運動變成懸點的往復(fù)運動。根據(jù)基本工作原理，可以認(rèn)為抽油機(jī)主要由以下四個系統(tǒng)組成，即傳動減速箱系統(tǒng)、平衡系統(tǒng)和支撐系統(tǒng)。由于各種抽油機(jī)的減速系統(tǒng)和支撐系統(tǒng)工作原理基本相同或類似，所以抽油機(jī)

9、的結(jié)構(gòu)形式主要由換向系統(tǒng)和平衡系統(tǒng)決定。含有游梁、通過連桿機(jī)構(gòu)換向抽油機(jī)統(tǒng)稱為游梁式抽油機(jī)；抽油機(jī)采用不同于四連桿的機(jī)構(gòu)換向、游梁變短甚至消失或采用電動機(jī)正反轉(zhuǎn)換向的抽油機(jī)統(tǒng)稱為無游梁抽油機(jī)。,4. 抽油機(jī)工作的特點,任何結(jié)構(gòu)抽油機(jī)的一個工作循環(huán)，都分為上沖程和下沖程兩部分。上沖程時，抽油機(jī)懸點上作用著抽油桿柱和液柱的重量、抽油桿柱和液柱的慣性載荷、振動載荷以及抽油桿與油管間、柱塞與泵筒間的摩擦力。下沖程時，懸點承受抽油桿柱在液中的重量

10、，相應(yīng)的慣性載荷以及振動載荷。抽油機(jī)懸點載荷隨懸點位移的變化規(guī)律用動力示功圖來表示。,,由動力示功圖可見，抽油機(jī)的工作特點是上下沖程的載荷很不均勻。上沖程時，驢頭需提起抽油桿柱和油柱，電動機(jī)要付出很大的能量，而下沖程時，抽油桿柱靠自重就可以下落，不但不需要電動機(jī)付出能量，反而對電動機(jī)作功，使電動機(jī)呈發(fā)電運行狀態(tài)。因此，電動機(jī)工作過程中載荷非常不均勻，這種不均勻性嚴(yán)重影響了換向機(jī)構(gòu)、減速箱和電動機(jī)的壽命和效率，惡化了整個系統(tǒng)的工作條件。為

11、克服載荷的不均勻性對系統(tǒng)工作性能的影響，在抽油機(jī)采油系統(tǒng)中，必須采用平衡系統(tǒng)。,,目前，抽油機(jī)上的平衡方式主要有兩類：機(jī)械平衡和氣動平衡。機(jī)械平衡是在曲柄和/或游梁尾部加裝平衡重。在懸點下沖程時，使得平衡重從低處抬到高處，從而增加了平衡重的位能。為了抬高平衡重，除了領(lǐng)先抽油桿柱下落所放出的位能外，還需要電動機(jī)作功，以消除下沖程中電動機(jī)發(fā)電運行的現(xiàn)象。在懸點上沖程時，平衡重由高處下落，把下沖程時儲存的位能釋放出來，幫助電動機(jī)去提升抽油桿柱

12、和液柱，從而減少了電動機(jī)在上沖程和下沖程給出的能量，如果平衡重或/和平衡方式選得合適，不僅可以使電動機(jī)上沖程和下沖程給出的能量相等，并且使曲柄軸扭矩變化很小，使電動機(jī)、減速箱的載荷均勻，改善系統(tǒng)的工作狀態(tài)，減少能耗，提高效率。,5.抽油機(jī)的平衡,,Twn —懸點載荷W反映到曲柄上的工作扭矩曲線； Tr —由平衡重產(chǎn)生的平衡扭矩曲線； Tn —Twn 、Tr疊加后的曲柄軸凈扭矩曲線。,,由圖可見，未平衡抽油機(jī)的扭矩

13、峰值很大，且有很大的負(fù)扭矩，即在一個工作循環(huán)內(nèi)，電動機(jī)有近一半時間處于發(fā)電狀態(tài)。而平衡的抽油機(jī)曲柄軸扭矩峰值減小，且只有很少的一段時間處于發(fā)電狀態(tài)。理想的扭矩曲線是一條水平線，即在整個工作過程中，曲柄軸扭矩為一定值。 目前一些節(jié)能型抽油機(jī)、平衡后的扭矩曲線是一條接近水平線的平緩曲線，且峰值較小，這樣的抽油機(jī)，減速箱和電動機(jī)的載荷均勻，系統(tǒng)效率高，節(jié)能效果好。,,與機(jī)械平衡原理相同，氣動平衡是利用氣體的可壓縮性，下沖程時氣體受壓縮

14、儲存抽油桿下落所放出的位能和電動機(jī)所做的功，上沖程時氣體膨脹放出能量，幫助電動機(jī)作功，從而使上下沖程電動機(jī)作功相等，改善系統(tǒng)的工作狀態(tài)。 抽油機(jī)平衡系統(tǒng)設(shè)計的成功與否，直接與抽油機(jī)的受力狀況、曲柄凈扭矩變化情況以及電動機(jī)耗功大小、抽油機(jī)節(jié)能狀況有關(guān)。,抽油機(jī)采油系統(tǒng)將電能從地面?zhèn)鬟f給井下液體，從而把井下液體舉升地面到整個系統(tǒng)工作的過程，就是一個能量不斷傳遞和轉(zhuǎn)化的過程，能量的每一次傳遞和轉(zhuǎn)化都會有一定的損失。 根據(jù)抽油機(jī)

15、采油系統(tǒng)的組成情況，可以把系統(tǒng)的能量損失分為八部分：,2.抽油機(jī)采油系統(tǒng)中的能量損失,,1.電動機(jī)損失 一般的電動機(jī)在輸出功率為（60%~100%）額定功率的條件下工作時，其效率接近于額定效率，約在90%左右，即電動機(jī)損耗約占10%。,,抽油機(jī)電動機(jī)的負(fù)荷變化十分劇烈而頻繁。在抽油機(jī)的每一沖程中，電動機(jī)的輸出功率都將出現(xiàn)兩次瞬時功率極大值和兩次瞬時功率極小值（一般這兩次極大值、極小值的數(shù)值并不相等）。瞬時功率極大值可

16、能超過額定功率，而極小值一般為負(fù)功率，即電動機(jī)不僅不輸出功率，反而由抽油機(jī)拖動而發(fā)電。因此電動機(jī)的輸出功率的變化遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了（60%~100%）額定功率的范圍，特別是當(dāng)抽油機(jī)平衡不良時，其電動機(jī)甚至可能在（-20~120%）額定功率的范圍內(nèi)變化，這時電動機(jī)的效率降低，損耗也必然增大。從現(xiàn)場實測看，電動機(jī)的損耗有的高達(dá)30%~40%。,2.帶傳動損失 帶傳動損失可分為兩類 一是與載荷無關(guān)的損失，它包括繞皮帶輪的彎曲損失；進(jìn)入與退

17、出輪槽的摩擦損失；風(fēng)阻損失；多條皮帶傳動時，由于皮帶長度誤差及輪槽誤差造成的功率搜索損失。 其次是與載荷有關(guān)的損失，它包括彈性滑動損失；打滑損失；皮帶與輪槽間徑向滑動摩擦損失等。一般情況下，帶傳動的損失以彎曲損失和彈性滑動損失為主。,,3.減速箱損失 減速箱損失包括軸承損失和齒輪損失。減速箱中有三副軸承，一般為滾動軸承。隨著轉(zhuǎn)速和軸徑的增大，軸損失也增大。動軸承內(nèi)油脂增加多少也要影響損耗。一般在潤滑良好的情況下，一副軸承

18、的損失約為1%，于是減速箱三副軸承的損失約為3%。,,減速箱中一般有三對人字齒輪，齒輪在轉(zhuǎn)動時，相嚙合的齒面間有相對滑動,因此就要發(fā)生摩擦與功率損失。在齒輪嚙合面間加注潤滑劑可以避免金屬直接接觸，減少摩擦損失。一對齒輪傳動功率損失約為2%，則抽油機(jī)減速箱三對齒輪的傳動損失為6%。所以減速箱總的功率損失約為9~10%。這是在潤滑良好情況下的數(shù)據(jù)，如果減速箱潤滑不良，功率損失將增加，效率將下降。,,4 、換向損失 對于游梁式抽油機(jī)

19、，其換向部分主要是四連桿機(jī)構(gòu)。在常規(guī)機(jī)的四連桿機(jī)構(gòu)中有三副軸承和一根鋼絲繩，四連桿機(jī)構(gòu)的損失主要是包括軸承摩擦損失及驢頭鋼絲繩變形損失。 三副軸承的功率損失約為3%。 在抽油機(jī)驢頭上懸掛抽油桿柱的鋼絲繩反復(fù)與驢頭接觸發(fā)生擠壓變形。同時反復(fù)被拉伸，因此產(chǎn)生變形損失，鋼絲繩的變形損失約為2%。 綜合考慮軸承與鋼絲繩，游梁式抽油機(jī)四連桿機(jī)構(gòu)的能量損失約為5%。,,5.盤根盒損失 主要是光桿與盤根間的摩擦損失。抽油機(jī)工作時，

20、由于光桿與盤根盒中填有相對運動產(chǎn)生摩擦，會產(chǎn)生功率損失。該項功率損失與光桿運動速度和摩擦力成正比。盤根盒密封屬于接觸密封，接觸密封的接觸力使密封件與被密封面接觸處產(chǎn)生摩擦力，一般摩擦力隨工作壓力、壓縮量、密封材質(zhì)和填料的硬度以及接觸面積的增大而增大，隨溫度的提高而減小。正常情況下，盤根盒損失不大。 如果抽油機(jī)安裝不對中，光桿與盤根盒的摩擦力將成倍增加。,,6.抽油桿損失 在抽油機(jī)采油系統(tǒng)工作過程中，抽油桿上下往復(fù)運動，

21、上沖程時，抽油桿與油管間產(chǎn)生摩擦，下沖程時，抽油桿與井液間產(chǎn)生摩擦，因此造成功率損失。由于摩擦力的作用與抽油桿的運動方向相反，所以它對上下沖程中懸點載荷的影響是不同的。上沖程時，抽油桿向上運動，摩擦力的作用方向向下，摩擦力增加了懸點載荷。下沖程時，抽油桿向下運動，摩擦力減小了懸點載荷。,,上面的分析表明，摩擦力加劇了載荷的變化幅度及擴(kuò)大了示功圖面積，這不但給抽油機(jī)的工作帶來了不利影響，而且使功率消耗大大增加。對于低粘油井，抽油桿與液體間

22、的摩擦力較小，可以忽略不計。當(dāng)油井中原油粘度很大，從幾百到幾千mPa.S時，抽油桿與液體間的摩擦力有時可達(dá)10000~15000N，對懸點載荷的影響很大。 抽油桿與液柱間的摩擦耗功與下泵深度、原油粘度成正比，與抽油桿運動速度的平方成反比，抽油桿或接箍與油管間的摩擦耗功與井筒本身的斜度和彎曲程度有關(guān)。井筒斜度或彎曲程度越大，則實耗功越大。,,7、抽油泵損失 抽油泵功率損失包括機(jī)械功率損失，面積功率損失和水力功率損失。

23、 抽油泵的機(jī)械功率損失主要是指柱塞與泵筒/襯套之間的機(jī)械摩擦所產(chǎn)生的功率損失，一般情況下其值較小。 抽油泵容積功率損失主要是指柱塞與泵筒/襯套之間的漏失量成正比，因此減少柱塞與泵筒/襯套這間的漏失，可以降低該項損失。 抽油泵水力功率損失主要是指原油流經(jīng)泵閥時由于水力阻力引起的功率損失。,,8、抽油管柱損失 抽油管柱功率損失包括兩項，由于油管漏失引起的功率損失和由于井液沿油管流動引起的功率損失即水力損失。

24、 油管漏失原因主要有兩個：油管螺紋密封不好而造成油管漏失和螺紋損壞而產(chǎn)生的漏失。 抽油機(jī)上沖程時，游動閥關(guān)閉，液柱在抽油泵柱塞的提升作用下沿油管向上運動，液柱與油管內(nèi)壁產(chǎn)生摩擦，引起水力損失功率。 。,目 錄,1、前言2、抽油機(jī)采油系統(tǒng)的能量損失2.1 抽油機(jī)采油系統(tǒng)的工作流程2.2抽油機(jī)采油系統(tǒng)中的能量損失3、抽油機(jī)井系統(tǒng)效率測試方法與計算公式3.1系統(tǒng)效率測試方法3.2系統(tǒng)效率計算公式4、提高抽油機(jī)井系統(tǒng)效

25、率的途徑4.1提高抽油機(jī)采油系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的能效分析4.2抽油機(jī)采油系統(tǒng)的節(jié)能機(jī)理4.3抽油系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)及其節(jié)能原理,3、機(jī)械采油井系統(tǒng)效率測試 及計算方法,目前，各油田常用的機(jī)械采油方式為游梁式抽油機(jī)——深井泵和潛油電泵。整個機(jī)械采油系統(tǒng)工作時，就是一個能量不斷傳遞和轉(zhuǎn)化的過程，能量的每一次傳遞和轉(zhuǎn)化都將損失一定的能量，從地面供入系統(tǒng)的能量扣除系統(tǒng)的各種損失以后，就是系統(tǒng)所給液體的有效能量，該有效能量與系統(tǒng)輸入能量之比值稱為機(jī)械采油

26、系統(tǒng)的系統(tǒng)效率。,3、機(jī)械采油井系統(tǒng)效率測試 及計算方法,3.1 系統(tǒng)效率測試方法 按照SY/T5266-1996《機(jī)械采油井系統(tǒng)效率測試方法》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試。,定義,機(jī)械采油井的輸入功率－拖動機(jī)械采油設(shè)備的電動機(jī)的輸入功率。,機(jī)械采油井的有效功率－將井內(nèi)液體輸送到地面所需要的功率為機(jī)械采油井的有效功率。,機(jī)械采油井的系統(tǒng)效率－機(jī)械采油井的有效功率與輸入功率的比值 。,,3、機(jī)械采油井系統(tǒng)效率測試 及計算方法,定義,抽油機(jī)

27、的光桿功率－光桿提升液體并克服井下各種阻力所消耗的功率。,抽油機(jī)井的地面效率－光桿功率與電動機(jī)輸入功率的比值。,抽油機(jī)井的井下效率－抽油機(jī)井的有效功率與光桿功率的比值。,,機(jī)械采油井的平均系統(tǒng)效率－各種機(jī)械采油井總的平均效率。,3、機(jī)械采油井系統(tǒng)效率測試及計算方法,測試要求,1、測試井的選擇應(yīng)選取機(jī)械采油井所配機(jī)、泵等運行正常的生產(chǎn)井為測試對象。,2、測試用儀器儀表測試所選用的儀器儀表應(yīng)在檢定合格周期內(nèi)。,3、待測參量的測試檢查

28、儀器儀表連接無誤后，按機(jī)械采油井操作規(guī)定及程序進(jìn)行啟動。待機(jī)械采油設(shè)備正常運行20min后進(jìn)行測試，應(yīng)保證輸入功率、油井產(chǎn)液量、動液面深度、油井油壓和套壓等主要參量同步測試。,4、測試儀器、儀表及其精度等級,,測試儀器儀表明細(xì)表,,系統(tǒng)效率計算方法,1.機(jī)械采油井的輸入功率,式中：nP——有功電能表所轉(zhuǎn)的圈數(shù)，r； K——電流互感器變比，常數(shù)； K1——電壓互感器變比，常數(shù)；

29、 NP——有功電能表耗電為1 kW·h時所 轉(zhuǎn)圈數(shù)，r/( kW·h); tP——有功電能表轉(zhuǎn)nP圈所用時間，s。,……（3-1）,,系統(tǒng)效率計算方法,2、 機(jī)械采油井的有效功率,,………………（3-2）,式中： Q——油井產(chǎn)液量，m3/d； H——有效揚程，m； ρ——油井液體密度，t/

30、m3； g——重力加速度，g=9.8m/s2。,,,,系統(tǒng)效率計算方法,3.有效揚程,式中：H——有效揚程，m； Hd——油井動液面深度，m； PO——油管壓力，MPa； Pt——套管壓力，MPa。,,,…………（3-3）,,系統(tǒng)效率計算方法,4、油井液體密度,式中：?W——含水率, %； ρO——油的密度，t/m3；

31、 ρW——水的密度，t/m3。,ρ=（1-fw）×ρo+ fw×ρw,……（3-4）,,系統(tǒng)效率計算方法,,5、光桿功率,,…………（3-5）,式中：A——示功圖的面積，mm2； Sd——減程比， m/mm； fd——力比，N/mm； ns——光桿實測平均沖次，min-1 。,,系統(tǒng)效率計算方法,,6 、抽油機(jī)井的地面效率,…………

32、……（3-6）,,,系統(tǒng)效率計算方法,,,……………（3-7）,7、抽油機(jī)井的井下效率,,,系統(tǒng)效率計算方法,,,……………（3-8）,8、單井的系統(tǒng)效率,,,系統(tǒng)效率計算方法,,9、一個區(qū)塊某種機(jī)械采油井平均系統(tǒng)效率,,…………（3-9）,式中：ηa——一個區(qū)塊某種機(jī)械采油井平均系統(tǒng)效率； P1i ——機(jī)械采油井單井輸入功率，kW； ηi ——機(jī)械采油井單井系統(tǒng)效率, %;

33、 n ——一個區(qū)塊機(jī)械采油井測試井?dāng)?shù)。,,4、提高抽油機(jī)井系統(tǒng)效率的途徑,國內(nèi)外的研究表明，影響機(jī)械采油系統(tǒng)效率的因素較多，它不僅受機(jī)采設(shè)備和運行參數(shù)的影響，而且還受油井管理水平和井況的影響。由于能量（這里指電能與機(jī)械能）在轉(zhuǎn)換過程中，會發(fā)生不可避免的損失，所以有效功率一定小于輸入功率，系統(tǒng)效率總是小于1。根據(jù)能量守恒定律，輸入功率應(yīng)當(dāng)?shù)扔谟行Чβ剩ㄝ敵龉β剩┡c損失功率之和。機(jī)械采油井系統(tǒng)效率取決于損失功率與輸入功率

34、之比。即在輸入功率一定的條件下，損失功率越大，機(jī)械采油井系統(tǒng)效率越低；反之系統(tǒng)效率就越高。由此可見，要提高機(jī)械采油井系統(tǒng)效率，就要努力減少系統(tǒng)各部分的功率損失，以“提高機(jī)采井系統(tǒng)效率為手段”，確保油田低耗高效開發(fā)。,,,,如果電動機(jī)運行在額定負(fù)荷或額定負(fù)荷附近，則電動機(jī)屬于節(jié)能經(jīng)濟(jì)運行。但多數(shù)抽油機(jī)（尤其是常規(guī)游梁式抽油機(jī)）在工作過程中，為滿足啟動或最大動率點的要求，其電動機(jī)的平均輸出功率與輸出功率之比通常為0.3～0.4，有的甚至更低

35、。因此在沖程中的大多數(shù)時間里電動機(jī)處于輕載運行，既所謂“大馬拉小車”的情況，其效率因數(shù)都很低，這就造成較大的能量損失從現(xiàn)場實測看，有些電機(jī)平均效率只有60%～70%，與普通異步電動機(jī)的額定效率90%～95%相比，提高效率潛力較大。,4.1 提高抽油機(jī)采油系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的能效分析,4.1.1電動機(jī),,目前油田電動機(jī)節(jié)能主要分為四個方面： （1）人為地改變電動機(jī)的機(jī)械特性，以實現(xiàn)與負(fù)荷特性柔性配合，從而提高系統(tǒng)效率，實現(xiàn)節(jié)能。這種方法主

36、要是采用變頻調(diào)速的方法。 （2）從設(shè)計上改變電動機(jī)的機(jī)械特性（如高轉(zhuǎn)差電動機(jī)和超高轉(zhuǎn)差電動機(jī)），從而改善電動機(jī)與機(jī)、桿、泵整個系統(tǒng)的配合，減少系統(tǒng)能耗。 （3）研制高效節(jié)能電動機(jī)，擴(kuò)大高效區(qū)范圍，提高電動機(jī)效率，降低裝機(jī)效率，從而減少電動機(jī)損失。 （4）采用節(jié)能型抽油機(jī)電動機(jī)控制裝置，這種電動機(jī)控制裝置除具有一般控制箱的基本功能外，可根據(jù)電動機(jī)的運行情況，動態(tài)調(diào)節(jié)電動機(jī)的電壓或進(jìn)行無功補(bǔ)償，降低電動機(jī)損失。,,4.1.

37、2帶傳動 工程上常用的皮帶的傳動效率都比較高，最高可達(dá)98%，即其傳動損失僅為2%。20世紀(jì)80年代末在大慶油田進(jìn)行的一些試驗證明，在抽油機(jī)上使用窄V聯(lián)組帶比使用其它類型的皮帶，損失最小。這種帶傳動動力大，磨擦損失小，滑差率小，丟轉(zhuǎn)少，傳動效率最高達(dá)98%，并且?guī)л喼睆胶蛯挾榷济黠@減小。經(jīng)現(xiàn)場實測，使用這種傳動帶比使用普通三角帶平均可節(jié)電2.5%。因此,在我國現(xiàn)有技術(shù)條件下,帶傳動部分效率的提高潛力已很小.,,4.1.3減速箱

38、 主要包括軸承和齒輪的磨擦損失。對于減速箱，核心問題是潤滑，如果潤滑效果差，不僅使能耗增加，而且使軸承和齒輪很快磨損，因此要保證減速箱內(nèi)軸承和齒輪的潤滑。如果潤滑良好，減速箱的總損失約為9%~10%，即傳動效率為90%左右。從工程角度上看，這基本是目前大功率減速器傳動效率的最高值。因此，在管理和維護(hù)措施得當(dāng)?shù)臈l件下，減速箱的效率不會有大的提高。,,4. 1.4換向及平衡 對于游梁式抽油機(jī)，換向部分主要是四連桿機(jī)構(gòu)或其變形

39、。對于無游梁抽油機(jī)，換向機(jī)構(gòu)主要是天輪，滾筒或鏈等。該部分的主要損失是相對運動件間的磨擦損失以及鋼絲繩的變形損失。如果潤滑保養(yǎng)良好，該部分的傳動效率一般可達(dá)95%，在換向機(jī)構(gòu)的一定的情況下，該部分的效率不會有大的提高。,,近年來出現(xiàn)了許多抽油機(jī)新的平衡方式，如游梁偏置平衡、懸重偏置游梁復(fù)合平衡、下偏杠鈴型游梁復(fù)合平衡、擺桿式游梁抽油機(jī)的復(fù)合平衡、調(diào)徑變矩純下偏平衡等。采用這些平衡方式能不同程度地改善曲柄凈扭矩曲線，降低曲柄軸扭矩、減小扭

40、矩曲線的波動。,,國內(nèi)外的理論研究和測試結(jié)果表明，如果以抽油機(jī)的能耗最小為抽油機(jī)平衡最佳的判斷準(zhǔn)則，則上下沖程的峰值扭矩不一定相等，調(diào)平衡時，需要按照能耗最小的原則，通過計算或測試得出最佳平衡重的調(diào)整點。實踐證明，通過合理的調(diào)整平衡，每口井可節(jié)約有功功率0.3~1.5kW，節(jié)電效果明顯。每口井都有節(jié)電的平衡最佳點，一般調(diào)在90%最為經(jīng)濟(jì)。調(diào)過調(diào)平衡來節(jié)約電耗，少投入，多產(chǎn)出。,,4.1.5盤根盒 該部分的損失主要是摩擦損失，該項

41、損失與抽油機(jī)的安裝情況、光桿的表面加工質(zhì)量、盤根的松緊和密封材料有密切關(guān)系?，F(xiàn)場實驗表明，使用標(biāo)準(zhǔn)光桿和密封性能好的調(diào)心石墨盤根盒，能夠大幅度地減小磨擦力和功率損耗。管理與維護(hù)正常的情況下，盤根盒部分能量損失很小，因此提高能效的潛力不大。,,4.1.6抽油桿柱 主要為摩擦損失，與下泵深度、井液粘度、抽油桿運行速度、油井本身斜度和彎曲程度有關(guān)。對于井液粘度大的油井，可采用長沖程、低沖次的工況降低抽油桿的運行速度；可采用降低井液粘度

42、的措施，如蒸汽、摻稀油、應(yīng)用電加熱抽油桿等，以降低抽油桿柱與液柱之間的摩擦力。對于井斜或井筒彎曲程度嚴(yán)重的油井，可在抽油桿柱上加裝扶正器或滾輪接箍，以減少桿管之間的摩擦損耗。,,4. 1.7 抽油泵 抽油泵的損失中，容積損失和水力損失占主要部分。通過優(yōu)選柱塞泵筒間的間隙，在不增加柱塞泵筒摩擦力的條件下，減小液體漏失量。采用耐磨耐沖擊、開關(guān)性能好、水力損失小的閥球及閥座，可減小由于泵閥損壞或由于開關(guān)不及時而引起的漏失和減小水力阻力

43、，從而降低抽油泵部分的能耗。,,4.1.8 管柱 管柱損失由管柱的容積損失和水力損失兩部分組成。 在油管螺紋處加裝密封件以保證油管的密封，在起下油管柱時按規(guī)程操作減少或消除螺紋的損壞，則可降低管柱漏失量，從而降低容積損失值。 管柱的水力損失與管柱內(nèi)表面的粗糙度成正比，與井液的向上流動速度的平方成正比。對于井液腐蝕性較強(qiáng)或/和易結(jié)垢的油井，應(yīng)對油管采取防腐和/或防結(jié)垢措施，防止油管內(nèi)壁變粗糙

44、。在選擇抽汲參數(shù)時，應(yīng)盡量使用大泵徑、長種程、低沖次，以降低液體向上流動速度。,在抽油機(jī)采油系統(tǒng)中，電動機(jī)和平衡部分提高能效的潛力較大，是系統(tǒng)節(jié)能研究的主要方向。,,,,4.2抽油機(jī)采油系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)與節(jié)能機(jī)理,抽油機(jī)工作效率不高的主要原因之一是其載荷特性與所用普通三相異步電動機(jī)的工作特性不匹配 。,供給抽油機(jī)舉升液體的能量主要消耗在三個方面：一是舉升液體所做的有效功，二是克服磨擦阻力所做的功，三是消耗于熱損失的功。,通常情況下，如果要舉

45、升的井液量、舉升高度和井況一定，舉升液體所做有效功不變。在整個抽油機(jī)采油系統(tǒng)中，變化幅度較大的是消耗于熱損失的功，這也是系統(tǒng)節(jié)能的著眼點。,,普通異步電動機(jī)具有硬外特性，適宜拖動均勻載荷。抽油機(jī)的凈扭矩曲線呈周期性變化的規(guī)律，就是抽油機(jī)異步電動機(jī)負(fù)荷的變化特點：電動機(jī)工作時，總的熱損失是電流和功率波動量函數(shù)，這波動量與抽油機(jī)扭矩的變化成正比，波動量越大，總的熱損失也越大。在其它條件不變時，抽油機(jī)扭矩變化越平穩(wěn)，則電流均方根值就越接近電流

46、平均值，消耗于熱損失的功也就越小，抽油機(jī)的能量損失越小，抽油機(jī)采油系統(tǒng)的效率也就越高。,,評價抽油機(jī)的節(jié)能性能：,4.2.2由平衡性能所決定的曲柄軸凈扭矩,曲柄軸凈扭矩集中表現(xiàn)了抽油機(jī)的平衡性能和動力性能。通過改變平衡方式和平衡設(shè)計，改變平衡扭矩曲線的形狀，改變或調(diào)整載荷扭矩曲線和平衡扭矩曲線相位差，消除負(fù)扭矩，減小凈扭矩曲線的波動變化幅度和上下峰值，使扭矩曲線盡量接近水平直線。,,4.2.3 抽油機(jī)本身動力性能及井況所決定的懸點載荷，

47、即動力示功圖,通過改變或改進(jìn)抽油機(jī)設(shè)計、優(yōu)選抽汲參數(shù)，能夠改變懸點慣性載荷分布。 在粘油井中采取降粘措施，降低桿柱與井液的磨擦力，以改變懸點載荷，使懸點最大、最小載荷差值減小，懸點載荷盡量變均勻，使得懸點載荷在曲柄軸上產(chǎn)生的扭矩均勻。,3.抽油機(jī)電動機(jī)的拖動特性，負(fù)荷率等 提高電動機(jī)的負(fù)荷率及工作效率，擴(kuò)大電動機(jī)高效區(qū)范圍；使電動機(jī)的機(jī)械特性變軟，改善電動機(jī)機(jī)械特性與抽油機(jī)負(fù)載

48、特性的相互配合，以提高抽油機(jī)采油系統(tǒng)效率，降低能耗。,評價抽油機(jī)的節(jié)能性能：,4.功率因數(shù)補(bǔ)償、變頻、調(diào)壓等電控技術(shù) 應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)、動態(tài)調(diào)節(jié)電動機(jī)定子繞組電壓或進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)?，均可實現(xiàn)抽油機(jī)采油系統(tǒng)的節(jié)能。,,評價抽油機(jī)的節(jié)能性能：,2.2節(jié)能抽油機(jī)（不包括電動機(jī)）及其節(jié)能原理,2．2．1 異相曲柄復(fù)合平衡抽油機(jī),2．2．2 雙驢頭抽油機(jī),2．2．3 曲游梁抽油機(jī),2．2．4 擺桿式

49、游梁抽油機(jī),2．2. 5 偏輪式游梁抽油機(jī),2．2．6 下偏杠鈴游梁復(fù)合平衡抽油機(jī)械,2．2．7 調(diào)徑變矩游梁平衡抽油機(jī),2．2．8 漸開線異形抽油機(jī),2．3抽油機(jī)節(jié)能電動機(jī),2．3．1 變頻調(diào)速電動機(jī),2．3．2 超高轉(zhuǎn)差電動機(jī),2．3．3 電磁滑差電動機(jī),2．3．4 高效永磁同步電動機(jī),2．3．5 雙速電動機(jī),2．3．6 雙功率電動機(jī),2.4 抽油機(jī)節(jié)能控制箱,2．4．1 可控硅調(diào)壓式節(jié)能控制箱,2．4．2

50、 星角轉(zhuǎn)換節(jié)能控制箱,2．4．3 變頻增產(chǎn)節(jié)能控制器,,4.3抽油機(jī)采油系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)選擇方法,大慶油田共有抽油機(jī)2萬余臺，系統(tǒng)效率平均為25%左右，最高也不超過30%，如果能將系統(tǒng)效率提高10%，則每年將節(jié)省電耗3億度，經(jīng)濟(jì)效益上億元，這是相當(dāng)可觀的數(shù)字。,4.3. 1 常規(guī)抽油機(jī)的改造技術(shù),對在用或閑置不用的能耗高的舊常規(guī)游梁式抽油機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造，是降低抽油機(jī)能耗的一個重要方法。常用的改造方法主要有四種：一是將常規(guī)機(jī)改造成雙驢頭抽油

51、機(jī)，節(jié)電率一般可達(dá)20%左右：二是將常規(guī)機(jī)改造成異相曲柄復(fù)合平衡抽油機(jī)，達(dá)到節(jié)能的目的，節(jié)電率可達(dá)15%以上 ：三是將常規(guī)機(jī)改造成偏輪式游梁抽油機(jī)，節(jié)電率平均達(dá)24%左右；四是改造成下偏杠鈴游梁復(fù)合平衡抽油機(jī)。這四種改造方法都能充分利用原機(jī)制構(gòu)件，優(yōu)化關(guān)鍵部件，安全系數(shù)高，節(jié)能效果顯著，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，管理操作方便。但這種改造要增加一部分投資，因此在改造前要進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。,4. 3．2推廣應(yīng)用節(jié)能型抽油機(jī),老井轉(zhuǎn)抽或新井投產(chǎn)時，應(yīng)該選用

52、節(jié)能型抽油機(jī)，這樣既不增加一次性投資，又可節(jié)能。費用是抽油機(jī)采油系統(tǒng)綜合成本的反映，包括設(shè)備初始投資和維護(hù)、運行費用兩部分。初始投資主要為購買費用，為一次性投資。維護(hù)、運行費用為間接或連續(xù)投入，其多少又與抽油機(jī)的節(jié)能效果、維修周期、維修工作量、工作可靠性和工作壽命有直接關(guān)系。因此，應(yīng)全面考慮上述各種因素，優(yōu)先選用經(jīng)油田較大面積推廣應(yīng)用，證明綜合性能良好的的節(jié)能型抽油機(jī)。慎重選擇試運行周期不夠長，綜合性能指標(biāo)不明確的節(jié)能型抽油機(jī)。 常

53、規(guī)抽油機(jī)井轉(zhuǎn)上節(jié)能型抽油機(jī)時，應(yīng)根據(jù)抽油機(jī)的價格和節(jié)能效果計算投資的回收期，應(yīng)該在設(shè)備的壽命期內(nèi)能全部收回投資且有一定的經(jīng)濟(jì)效益。,4. 3．3選用節(jié)能型抽油機(jī)用電動機(jī),目前市場上有多種抽油機(jī)用節(jié)能電動機(jī)。應(yīng)該說抽油機(jī)用電動機(jī)節(jié)能是一個非常復(fù)雜的問題。選擇方案時要考慮電動機(jī)效率、功率因數(shù)、系統(tǒng)增效、成本投入、可靠性及現(xiàn)場管理等問題。,選用抽油機(jī)用節(jié)能電動機(jī)應(yīng)注意以下三點：,1節(jié)能電動機(jī)要與抽油機(jī)的運動和動力性能相適應(yīng)，以獲得較好的節(jié)電

54、效果； 2在選用節(jié)能電動機(jī)時要綜合考慮其經(jīng)濟(jì)效益和投資回期、可靠性、啟動性及其它參數(shù)（如軟特性）等： 3節(jié)能型電動機(jī)與節(jié)能控制箱和/或節(jié)能型抽油機(jī)配合使用時，要仔細(xì)研究綜合節(jié)能效果后再決定是否選用。,4. 3．4選用抽油機(jī)節(jié)能控制箱,1應(yīng)選用通過行業(yè)相關(guān)主管部門認(rèn)可或經(jīng)油田現(xiàn)場較多井次試驗，證明節(jié)能效果好的產(chǎn)品：  2由于受現(xiàn)場和環(huán)境、人員條件的限制，抽油機(jī)節(jié)能控制箱應(yīng)有完備的保護(hù)和某些顯示功能，裝配

55、和使用越簡單越好；  3具有電壓和頻率調(diào)節(jié)、星—角變換和無功補(bǔ)償?shù)墓?jié)能效果比較好；,4. 3．4．4 調(diào)壓型抽油機(jī)節(jié)能控制箱節(jié)電效果的好壞與抽油機(jī)井的平衡度有著直接的關(guān)系：（1）當(dāng)機(jī)的平衡度小于50%且電動機(jī)的瞬時最大電流達(dá)到或超過額定電流時，所有調(diào)壓節(jié)電技術(shù)都達(dá)不到節(jié)電的目的； ⑵ 當(dāng)抽油井的平衡度大于50%，電動機(jī)的瞬時最大電流達(dá)到其額定電流但電動機(jī)的功率利用率小于30%時，調(diào)壓節(jié)電技術(shù)有節(jié)電效果但節(jié)電效果

56、不理想；（3）當(dāng)抽油機(jī)井的平衡度大于50%，且電動機(jī)的瞬時最大電流小于其額定電流時，調(diào)壓節(jié)電技術(shù)的節(jié)能效果比較理想；因此應(yīng)根據(jù)電動機(jī)的運行狀態(tài)選擇抽油機(jī)節(jié)能控制箱，并且注意調(diào)節(jié)抽油機(jī)的平衡率。,,4. 3．4．5節(jié)能型抽油機(jī)控制器的安裝必須做到具體問題具體分析，每口油井安裝什么樣的節(jié)能型抽油機(jī)控制器或補(bǔ)償多大容量的電容，必須在測試基礎(chǔ)上才能決定，否則節(jié)電效果就不會太理想； 4. 3．4．6安裝節(jié)能型抽油機(jī)控制器后，抽油機(jī)

57、井的平衡度可能發(fā)生變化，平衡度有所降低。因此，安裝節(jié)能型抽油機(jī)控制箱后，抽油機(jī)井應(yīng)該調(diào)平衡。,4. 3.5.1窄V帶傳動 目前窄V帶在國內(nèi)石油礦場已大量推廣。窄V帶具有獨特的結(jié)構(gòu)，承載能力大，比普通三角帶高30～50%；傳動效率高，可達(dá)96～98%，比普通三角帶高4.5%（普通三角帶傳動效率只有92～93%）；工作壽命長，可達(dá)2000～3000小時，比普通三角帶長3～7倍。,4.3.5采用節(jié)能傳動元件,4.3.5.2同步帶

58、 同步帶傳動傳動效率高，可達(dá)99%，傳動比準(zhǔn)確，永不打滑，是一種具有技術(shù)前途的新型傳動帶。同步帶問世于70年代，日本應(yīng)用最早，1985年美國率先首次用于抽油機(jī)傳動，獲得令人滿意的效果。同步帶比普通三角帶節(jié)電14.4%。,4. 3. 6節(jié)能產(chǎn)品的優(yōu)化配置,節(jié)能抽油機(jī)、節(jié)能電動機(jī)和抽油機(jī)節(jié)能控制裝置有一共同特點：多在電動機(jī)的電參數(shù)上進(jìn)行了改進(jìn)或優(yōu)化，或者間接改進(jìn)抽油機(jī)的平衡或結(jié)構(gòu)設(shè)計，以提高電動機(jī)的負(fù)載率，降低電動機(jī)的損耗，提高其

59、運行效率。一般情況下，疊加使用功能重復(fù)而互補(bǔ)性較少，節(jié)能效果與單項使用相差較小。,,在實際應(yīng)用中，選用一種節(jié)能產(chǎn)品，可提高電動機(jī)的負(fù)載率，減小電動機(jī)的損耗，提高運行效率，達(dá)到節(jié)能的目的。如選用二種或二種以上進(jìn)行疊加使用。可能出現(xiàn)兩種情況，一是電動機(jī)的負(fù)載率已達(dá)到臨界值，只有一種節(jié)能裝置起作用；二是當(dāng)電動機(jī)的負(fù)載率已達(dá)到臨界值，再進(jìn)行調(diào)壓反而使電動機(jī)的內(nèi)部損耗增加，降低了電動機(jī)效率，增加了損耗。,,因此，節(jié)能抽油機(jī)、節(jié)能控制器及節(jié)能電動機(jī)

60、的組合是否合適，對節(jié)能效果影響很大，在組合之前要深入了解各自的特點以及節(jié)能原理，避免重復(fù)投入。例如，偏輪抽油機(jī)是在普通游梁抽油機(jī)后臂增設(shè)兩根桿件，其端部與游梁后端連桿鉸接構(gòu)成六連桿機(jī)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)使上沖程加速度明顯降低，延長了上沖程時間，降低了峰值扭矩，達(dá)到節(jié)能的目的。而高轉(zhuǎn)差電動機(jī)的節(jié)能原理同樣是延長了上沖程時間，減少提拉速度和加速度，降低扭矩峰值，進(jìn)而減少耗電量。因此偏輪游梁式抽油機(jī)不適合與高轉(zhuǎn)差電動機(jī)組合。,由于現(xiàn)場條件復(fù)雜，節(jié)能抽

61、油機(jī)、抽油機(jī)節(jié)能控制器和節(jié)能電動機(jī)的組合，應(yīng)根據(jù)理論分析和現(xiàn)場實際情況來選擇。如果沒有完備的理論分析和現(xiàn)場應(yīng)用實測數(shù)據(jù)作根據(jù)，則建議用于抽油機(jī)采油系統(tǒng)的節(jié)能產(chǎn)品，最好單獨使用，不宜疊加。,4. 3．7抽油機(jī)采油系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計 在油井投產(chǎn)或井況改變需要調(diào)參以及采取其它增產(chǎn)措施時，都需要根據(jù)系統(tǒng)效率最高即能耗最低和供產(chǎn)協(xié)調(diào)的原則來預(yù)測產(chǎn)量，優(yōu)選機(jī)、桿、泵和優(yōu)選抽汲參數(shù)，所選擇的抽油機(jī)采油系統(tǒng)不僅要滿足油井的生產(chǎn)要求，而且還必

62、須經(jīng)濟(jì)合理。,4.3.7.1抽油機(jī)采油系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計內(nèi)容與設(shè)計原則（1）抽油機(jī)采油系統(tǒng)的設(shè)計內(nèi)容 抽油采油系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計包括兩大類內(nèi)容：一是新投產(chǎn)油井抽油機(jī)采油系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計，即根據(jù)地質(zhì)部門的預(yù)產(chǎn)及油田長期開發(fā)的需要，合理地選擇抽油機(jī)型號、抽油泵直徑和抽油桿尺寸，并設(shè)計油井投產(chǎn)時所使用的抽汲參數(shù)（沖程、沖次和泵徑）；二是已投產(chǎn)井抽汲參數(shù)的優(yōu)選，即在滿足抽油機(jī)的承載能力以及滿足配產(chǎn)要求的條件下，合理地設(shè)計抽汲參數(shù)（一般為沖程和沖

63、次）。,（2）設(shè)計原則 要合理地選擇采油設(shè)備，應(yīng)遵循以下4條基本原則： 符合油層及油井的工件條件； 能充分發(fā)揮油層的生產(chǎn)能力； 設(shè)備利用率較高而又能滿足安全生產(chǎn)的需要； 系統(tǒng)效率高即能耗小，經(jīng)濟(jì)效益好。,3．7．2抽汲參數(shù)優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型 抽油機(jī)采油系統(tǒng)抽汲參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計就是在滿足現(xiàn)有技術(shù)裝備（抽油機(jī)與電動機(jī)）工作能力以及滿足油井配產(chǎn)要求的前提下，合理選擇抽汲參數(shù)（沖程

64、長度S、沖次n、泵徑D）、下泵深度與抽油桿柱尺寸，以達(dá)到能耗小、效率高的目的。 在優(yōu)選參數(shù)時，必須首先確定目標(biāo)函數(shù)和設(shè)計變量。目前國內(nèi)外學(xué)才在優(yōu)選抽汲參數(shù)時所采用的目標(biāo)函數(shù)不盡相同。近年來對抽油機(jī)采油系統(tǒng)的研究結(jié)果表明，系統(tǒng)效率是反映抽油機(jī)井綜合性能的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，若系統(tǒng)效率高，則油井產(chǎn)量、泵效也較高，系統(tǒng)能耗小，設(shè)備能力利用率指標(biāo)也較合理，故選擇系統(tǒng)效率目標(biāo)函數(shù)，選擇抽汲參數(shù)與抽油桿柱組合為設(shè)計變量。,（1）目標(biāo)函數(shù)的建

65、立 對于某一口油井，當(dāng)其裝備（抽油機(jī)、電動機(jī)、抽油泵）、井口壓力、下泵深度、井液物性參數(shù)（粘度、含水、氣液比、原油密度）已知時，有桿抽油系統(tǒng)的系統(tǒng)效率只是抽汲參數(shù)、抽油桿組合的參數(shù)，即Max = η（S、n、D，抽油桿柱組合）,（2）約束條件對抽汲參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計時，需考慮如下約束條件： 油井配產(chǎn)要求由于抽汲參數(shù)是非連續(xù)的，很難保證油井實際產(chǎn)量Q恰好等于油井預(yù)產(chǎn)QP，取QP≤Q ≤1.1QP。 抽油機(jī)承載能力的

66、要求抽油機(jī)工作時，懸點最大載荷Pmax應(yīng)小于懸點允許最大載荷[Pmax]，即Pmax ≤[Pmax]減速箱曲柄軸最大扭矩Mmax應(yīng)小于曲柄軸允許最大扭矩[Mmax]，即Mmax ≤[Mmax]。,抽油桿強(qiáng)度條件抽油桿頂部的最大循環(huán)應(yīng)力σmax應(yīng)小于抽油桿許用的最大循環(huán)應(yīng)力，即 σmax≤[ σmax]。抽油泵效率的約束條件取抽油泵泵效ζ的下限為0.5，即ζ≤0.5。,（3）優(yōu)化設(shè)計方法 根據(jù)上述的目標(biāo)函數(shù)及約束條件可得抽

67、汲參數(shù)優(yōu)化設(shè)計的一般數(shù)學(xué)模型 由于S、n、D、抽油桿組合都是離散變量，可以用枚舉法優(yōu)選抽汲參數(shù)。抽油機(jī)可調(diào)節(jié)的沖程長度沖程次數(shù)一般為三到四級，根據(jù)油井的實際預(yù)產(chǎn)量及下泵深度選擇三級泵徑一般都能滿足油井的實際產(chǎn)量需要。對于每種泵徑，API標(biāo)準(zhǔn)推薦抽油桿柱的組合數(shù)是一定值。,優(yōu)化設(shè)計的步驟是：⑴由于抽油桿柱組合對泵效的影響較小，故對于任意一組抽汲參數(shù)，可以任意選擇一種抽油桿柱方案，并只考慮抽油桿柱靜變形對柱塞沖程損失的影響，然后

68、根據(jù)油井產(chǎn)能平衡條件預(yù)測在該組抽汲參數(shù)時的油井動液面、產(chǎn)量和排量系數(shù)；⑵將同時滿足油井產(chǎn)量約束排量系數(shù)約束條件的抽汲參數(shù)組合作為初步方案；⑶根據(jù)抽油桿柱的設(shè)計原則，優(yōu)選出不同抽汲參數(shù)所對應(yīng)的抽油桿柱組合；⑷對初選方案的系統(tǒng)效率進(jìn)行計算，優(yōu)選出系統(tǒng)效率最高且能滿足懸點最大負(fù)荷與曲柄軸最大扭矩要求的抽汲參數(shù)。,對于井況發(fā)生變化，需要調(diào)參的油井，一般只進(jìn)行沖程S、沖次n、和泵徑D的優(yōu)選。優(yōu)化設(shè)計的步驟是： ⑴將原井抽油