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摘要：文章围绕三塘湖油田机采系统的机械结构和工作原理，按节点分析了影响低渗透油田机采系统能耗的主要因素，分别为电机损失、皮带传动损失、减速箱损失、换向损失等八个方面，并针对每个影响因素分别制定了节能降耗的技术对策，具有广泛的推广应用价值。
关键词：低渗透 油田 机采系统 节能
三塘湖油田位于新疆哈密地区巴里坤哈萨克自治县境内，位于北天山北侧的三塘湖盆地，西南距巴里坤县城90km，南距哈密市140km。油田属于典型的“低丰度、低渗透、低产出”的“三低”油藏类型，该类型油田地层物性差、渗透率低，油井泵挂深、液量低、泵效低，是制约系统效率提高的根本因素。三塘湖油田抽油设备老化、普通三相异步电机功率因数低、低产液井采用普通抽油机控制柜系统效率低、部分抽油井井下工艺状况复杂、泵效偏低等问题较严重，造成机采系统运行效率低下。
三塘湖油田机采系统主要由三部分组成：地面部分（游梁式抽油机，由电动机、减速箱和四连杆机构（包括曲柄、连杆、横梁、游梁）、驴头和悬绳器等组成）；井下部分（抽油泵）；联系地面和井下部分的中间部分（抽油杆柱）。
一、机采系统能耗因素分析
抽油机的工作特点是上下冲程的载荷很不均匀，这种不均匀性严重影响了换向机构、减速箱和电动机的寿命和效率，恶化了整个系统的工作条件。为克服载荷的不均匀性对系统工作性能的影响，在抽油机采油系统中，必须采用平衡。机采系统将电能从地面传递给井下液体，从而把井下液体举升到地面，整个系统工作的过程，就是一个能量不断传递和转化的过程，能量的每一次传递和转化都会有一定的损失。机采系统的能量损失分为以下8个部分。
1.电机损失
为保证抽油机的启动要求和在运行时有足够的过载能力，通常所配的电机装机功率较大，而电机正常运行时都是轻载运行，造成抽油机负载率低，与电机不匹配，形成“大马拉小车”的生产状况。大量现场测试数据表明，抽油机驱动电机的平均负载率不足30%，抽油机配套电机的轻载现象是非常普遍的，电机的损耗高达30%～40%。
2.皮带传动损失
皮带传动损失分为两种：一种是与载荷无关的损失，包含绕皮带轮的弯曲损失，进入和退出轮槽的摩擦损失，风阻损失等，多条皮带传动时，由于皮带长度误差及轮槽误差造成的功率损失；另一种是与载荷有关的损失，包含弹性滑动损失，打滑损失，皮带与轮槽间径向滑动摩擦损失等。一般情况下，皮带传动损失以弯曲损失和弹性滑动损失为主。
3.减速箱损失
减速箱损失包含轴承损失和齿轮损失。在润滑良好的情况下，减速箱损失约为9%～10%，如减速箱没有得到很好的润滑，功率损失将增加，效率将下降。
4.换向损失
游梁式抽油机的换向部分即四连杆机构，统计得出其能量损失约为5%。
5.盘根盒损失
盘根盒损失即光杆与盘根间的摩擦损失。一般情况下，盘根盒损失不大。但如果抽油机安装不对中，光杆与盘根盒之间的摩擦力将大幅增加。
6.抽油杆损失
抽油杆与液柱间的摩擦耗功与下泵深度、原油粘度成正比，抽油杆或接箍与油管间的摩擦耗功与井筒本身的斜度和弯曲程度有关。井筒斜度或弯曲程度越大，则摩擦耗功越大。
7.油管柱损失
油管柱损失主要包含因油管漏失引起的功率损失和因井液沿油管流动引起的水力损失。
8.抽油泵损失
抽油泵损失包含三种，即机械功率损失、容积功率损失和水力功率损失。机械功率损失是柱塞与泵筒、衬套之间的摩擦所引起的功率损失，一般较小。容积功率损失是柱塞与泵筒、衬套之间漏失所引起的功率损失，及泵阀关不严和开关不及时造成漏失而引起的功率损失。减少漏失，可以降低该项损失。水力功率损失则是原油流经泵阀时由于水力阻力造成的功率损失。
二、降低机采系统能耗损失的主要技术对策
1.电机：一是通过改变电机的机械特性，实现与负荷特性的柔性配合，从而提高系统效率，实现节能；二是从设计上改变电机的机械特性（如高转差电机和超高转差电机），从而改善电机与机、杆、泵整个系统的配合，减少系统能耗；三是研制高效节能电机，扩大高效区范围，提高电机效率，从而减少电机损失；四是采用节能电控装置，通过对电机电压进行动态调节或对电机进行无功补偿，降低电机损失。
2.皮带传动：在抽油机上使用窄V联组带较之使用其它类型的皮带损失小。
3.减速箱：要及时做好减速箱内轴承和齿轮的润滑工作。如果润滑良好，减速箱损失约为9%～10%，即传动效率在90%左右。
4.换向及平衡：通过合理的调平衡，节约有功功率，实现节电。每口井都有最佳的节电平衡点，一般调到90%左右最为经济。通过调平衡来节电，投入少，产出多。
5.盘根盒：一般在油田管理和维护正常的情况下，盘根盒的能量损失很小，提升能效的潜力不大。
6.抽油杆柱：对于井液粘度大的油井，可采用降低井液粘度的措施，从而降低抽油杆柱与液柱之间的摩擦。针对井斜或井筒弯曲程度较大的井，可通过在抽油杆柱上安装滚轮接箍或扶正器，从而减少杆管之间的摩擦损失。
7.油管柱：对于井液腐蚀性较强或和易结垢的油井，应对油管采取防腐或防结垢措施，防止油管内壁变粗糙。在选择抽汲参数时，应尽量使用大泵径、长冲程、低冲次，以降低液体向上流动速度。
8.抽油泵：在不增加柱塞泵筒摩擦力的条件下，通过优化柱塞泵筒间的间隙减小液体漏失量。一般采用开关性能好、耐磨耐冲击、水力损失小的阀座及阀球，减小因泵阀损坏或因开关不及时而产生的漏失和水力阻力，从而降低抽油泵的能量损耗。
三、结论
在以上分析中，影响系统效率的主要因素可以归纳为三个方面：一是地面配套设施技术状况。为提高系统效率，降低能耗，应采用先进的节能设备，如节能抽油机、节能控制柜、节能变压器，并做到电机功率的合理匹配等。二是井下配套设施技术状况。如抽油泵、杆管组合配套技术、防蜡防偏磨技术等。三是日常技术管理工作状况。如驴头与井口的对中情况、抽油机的平衡、井口盘根的松紧度、传动皮带的松紧度、各轴承部位磨损及润滑状况、抽汲参数的动态调整等。
参考文献
[1] 张凌，才松林，于生。常规游梁式抽油机节能途径分析，石油石化节能，2011-01-20
[2] 周正友，刘吉明，李清振。孤岛油田抽油机采油系统的能耗分析及系统最优配置，石油工程建设，2005-06-18
[3] 刘晨，赵万春。常规抽油机节能潜力分析及对策，石油和化工设备，2011-06-15
作者简介
郑海涛（1986-）男，汉族，湖北黄冈人，助理工程师，主要从事油田生产运行管理和节能节水技术研究工作。
关键词：低渗透 油田 机采系统 节能
三塘湖油田位于新疆哈密地区巴里坤哈萨克自治县境内，位于北天山北侧的三塘湖盆地，西南距巴里坤县城90km，南距哈密市140km。油田属于典型的“低丰度、低渗透、低产出”的“三低”油藏类型，该类型油田地层物性差、渗透率低，油井泵挂深、液量低、泵效低，是制约系统效率提高的根本因素。三塘湖油田抽油设备老化、普通三相异步电机功率因数低、低产液井采用普通抽油机控制柜系统效率低、部分抽油井井下工艺状况复杂、泵效偏低等问题较严重，造成机采系统运行效率低下。
三塘湖油田机采系统主要由三部分组成：地面部分（游梁式抽油机，由电动机、减速箱和四连杆机构（包括曲柄、连杆、横梁、游梁）、驴头和悬绳器等组成）；井下部分（抽油泵）；联系地面和井下部分的中间部分（抽油杆柱）。
一、机采系统能耗因素分析
抽油机的工作特点是上下冲程的载荷很不均匀，这种不均匀性严重影响了换向机构、减速箱和电动机的寿命和效率，恶化了整个系统的工作条件。为克服载荷的不均匀性对系统工作性能的影响，在抽油机采油系统中，必须采用平衡。机采系统将电能从地面传递给井下液体，从而把井下液体举升到地面，整个系统工作的过程，就是一个能量不断传递和转化的过程，能量的每一次传递和转化都会有一定的损失。机采系统的能量损失分为以下8个部分。
1.电机损失
为保证抽油机的启动要求和在运行时有足够的过载能力，通常所配的电机装机功率较大，而电机正常运行时都是轻载运行，造成抽油机负载率低，与电机不匹配，形成“大马拉小车”的生产状况。大量现场测试数据表明，抽油机驱动电机的平均负载率不足30%，抽油机配套电机的轻载现象是非常普遍的，电机的损耗高达30%～40%。
2.皮带传动损失
皮带传动损失分为两种：一种是与载荷无关的损失，包含绕皮带轮的弯曲损失，进入和退出轮槽的摩擦损失，风阻损失等，多条皮带传动时，由于皮带长度误差及轮槽误差造成的功率损失；另一种是与载荷有关的损失，包含弹性滑动损失，打滑损失，皮带与轮槽间径向滑动摩擦损失等。一般情况下，皮带传动损失以弯曲损失和弹性滑动损失为主。
3.减速箱损失
减速箱损失包含轴承损失和齿轮损失。在润滑良好的情况下，减速箱损失约为9%～10%，如减速箱没有得到很好的润滑，功率损失将增加，效率将下降。
4.换向损失
游梁式抽油机的换向部分即四连杆机构，统计得出其能量损失约为5%。
5.盘根盒损失
盘根盒损失即光杆与盘根间的摩擦损失。一般情况下，盘根盒损失不大。但如果抽油机安装不对中，光杆与盘根盒之间的摩擦力将大幅增加。
6.抽油杆损失
抽油杆与液柱间的摩擦耗功与下泵深度、原油粘度成正比，抽油杆或接箍与油管间的摩擦耗功与井筒本身的斜度和弯曲程度有关。井筒斜度或弯曲程度越大，则摩擦耗功越大。
7.油管柱损失
油管柱损失主要包含因油管漏失引起的功率损失和因井液沿油管流动引起的水力损失。
8.抽油泵损失
抽油泵损失包含三种，即机械功率损失、容积功率损失和水力功率损失。机械功率损失是柱塞与泵筒、衬套之间的摩擦所引起的功率损失，一般较小。容积功率损失是柱塞与泵筒、衬套之间漏失所引起的功率损失，及泵阀关不严和开关不及时造成漏失而引起的功率损失。减少漏失，可以降低该项损失。水力功率损失则是原油流经泵阀时由于水力阻力造成的功率损失。
二、降低机采系统能耗损失的主要技术对策
1.电机：一是通过改变电机的机械特性，实现与负荷特性的柔性配合，从而提高系统效率，实现节能；二是从设计上改变电机的机械特性（如高转差电机和超高转差电机），从而改善电机与机、杆、泵整个系统的配合，减少系统能耗；三是研制高效节能电机，扩大高效区范围，提高电机效率，从而减少电机损失；四是采用节能电控装置，通过对电机电压进行动态调节或对电机进行无功补偿，降低电机损失。
2.皮带传动：在抽油机上使用窄V联组带较之使用其它类型的皮带损失小。
3.减速箱：要及时做好减速箱内轴承和齿轮的润滑工作。如果润滑良好，减速箱损失约为9%～10%，即传动效率在90%左右。
4.换向及平衡：通过合理的调平衡，节约有功功率，实现节电。每口井都有最佳的节电平衡点，一般调到90%左右最为经济。通过调平衡来节电，投入少，产出多。
5.盘根盒：一般在油田管理和维护正常的情况下，盘根盒的能量损失很小，提升能效的潜力不大。
6.抽油杆柱：对于井液粘度大的油井，可采用降低井液粘度的措施，从而降低抽油杆柱与液柱之间的摩擦。针对井斜或井筒弯曲程度较大的井，可通过在抽油杆柱上安装滚轮接箍或扶正器，从而减少杆管之间的摩擦损失。
7.油管柱：对于井液腐蚀性较强或和易结垢的油井，应对油管采取防腐或防结垢措施，防止油管内壁变粗糙。在选择抽汲参数时，应尽量使用大泵径、长冲程、低冲次，以降低液体向上流动速度。
8.抽油泵：在不增加柱塞泵筒摩擦力的条件下，通过优化柱塞泵筒间的间隙减小液体漏失量。一般采用开关性能好、耐磨耐冲击、水力损失小的阀座及阀球，减小因泵阀损坏或因开关不及时而产生的漏失和水力阻力，从而降低抽油泵的能量损耗。
三、结论
在以上分析中，影响系统效率的主要因素可以归纳为三个方面：一是地面配套设施技术状况。为提高系统效率，降低能耗，应采用先进的节能设备，如节能抽油机、节能控制柜、节能变压器，并做到电机功率的合理匹配等。二是井下配套设施技术状况。如抽油泵、杆管组合配套技术、防蜡防偏磨技术等。三是日常技术管理工作状况。如驴头与井口的对中情况、抽油机的平衡、井口盘根的松紧度、传动皮带的松紧度、各轴承部位磨损及润滑状况、抽汲参数的动态调整等。
参考文献
[1] 张凌，才松林，于生。常规游梁式抽油机节能途径分析，石油石化节能，2011-01-20
[2] 周正友，刘吉明，李清振。孤岛油田抽油机采油系统的能耗分析及系统最优配置，石油工程建设，2005-06-18
[3] 刘晨，赵万春。常规抽油机节能潜力分析及对策，石油和化工设备，2011-06-15
作者简介
郑海涛（1986-）男，汉族，湖北黄冈人，助理工程师，主要从事油田生产运行管理和节能节水技术研究工作。