【文章內(nèi)容簡介】 油層供油能力。 2）針對井筒方面的措施 a．選擇合理的工作方式。當(dāng)抽油機(jī)已選定，在保證產(chǎn)量的前提下，應(yīng)以獲得高泵效作為出發(fā)點(diǎn)，對三個(gè)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，一般原則是采用長沖程、慢沖程、小泵徑。由于載荷的變化將引起抽油桿柱和油管柱的彈性伸縮而造成沖程損失，因此用油管錨或封隔器將油管下端固定可消除油管變形，減少?zèng)_井口壓力升降技術(shù)研究 第 9 頁 程損失。 ，減少氣體的影響。 ，防蠟措施，減少砂、蠟對泵效的影響。 抽油機(jī)在正常工作時(shí) ,懸點(diǎn)所承受 的載荷根據(jù)其性質(zhì)可分為靜載荷 ,動(dòng)載荷以及其它載荷 .靜載荷通常是指抽油桿柱和液柱所受的重力以及液柱對抽油桿柱的浮力所產(chǎn)生的懸點(diǎn)載荷 。動(dòng)載荷是指由于抽油桿柱運(yùn)動(dòng)時(shí)的振動(dòng) ,慣性以及摩擦所產(chǎn)生的懸點(diǎn)載荷 。其它載荷主要有沉沒壓力以及井口 回壓 在懸點(diǎn)上形成的載荷 . . 抽油桿柱的重力產(chǎn)生的懸點(diǎn)靜載荷 驢頭作上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，帶著抽油桿柱作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，所以，抽油桿柱重力始終作用在驢頭上。但在下沖程中，游動(dòng)閥打開后，油管內(nèi)液體的浮力作用在抽油桿柱上。所以，在下沖程中作用在懸點(diǎn)上的抽油桿柱的重力減去液體的浮力，即它在液體中的 重力作用在懸點(diǎn)上的載荷。而在上沖程中，游動(dòng)閥關(guān)閉，抽油桿柱不受管內(nèi)液體浮力的作用，所以上沖程中作用在懸點(diǎn)上的抽油桿柱載荷為桿柱在空氣中的重力。 . 液柱的重力產(chǎn)生的懸點(diǎn)載荷 在上沖程中 ,由于游動(dòng)閥關(guān)閉， 液柱的重力經(jīng)抽油桿柱作用于懸點(diǎn) ,其方向向下 ,使懸點(diǎn)載荷增加 。 在下沖程中 ,由于游動(dòng)閥打開， 液柱的重力作用于油管上 ,因而對懸點(diǎn)載荷沒有影響 . 抽油機(jī)從上沖程開始到液柱載荷加載完畢 ,這一過程稱之為初變形期 .初變形期之后 ,抽油桿才帶動(dòng)活塞隨懸點(diǎn)一起運(yùn)動(dòng) .抽油桿柱 本身是一個(gè)彈性體 ,在周期性交變力的作用下做周期性變速運(yùn)動(dòng) ,因而將引起抽油桿柱做周期性的彈性振動(dòng) .這種振動(dòng)還將產(chǎn)生振動(dòng)沖擊力 ,這個(gè)力作用于懸點(diǎn)上便形成振動(dòng)載荷 .同時(shí) ,變速運(yùn)動(dòng)將產(chǎn)生慣性力 ,作用于懸點(diǎn)上便形成慣性載荷 . 據(jù)資料和實(shí)踐表明 ,液柱載荷一般都不會(huì)在活塞上 (即抽油桿下端 )產(chǎn)生明顯的振動(dòng)載荷 ,因此 ,在下面的討論中忽略了液柱的振動(dòng)載荷 . ① 抽油桿柱的振動(dòng)引起的懸點(diǎn)載荷 抽油桿柱本身為一彈性體，由于抽油桿柱做變速運(yùn)動(dòng)和液柱載荷周期性地作用于抽油桿柱，從而引起抽油桿柱的彈性振動(dòng)，它所產(chǎn) 生的振動(dòng)載荷亦作用于懸點(diǎn)上。其數(shù)值與抽油桿柱的長度、載荷變化周期及抽油機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)。 ② 抽油桿柱與液柱的慣性產(chǎn)生的懸點(diǎn)載荷驢頭帶動(dòng)抽油桿柱和液柱做變速運(yùn)動(dòng)時(shí)存在加速度 ,因而將產(chǎn)生慣性力 .如果忽略抽油桿柱和液柱的彈性影響 ,則可以認(rèn)為抽油桿柱和液柱各點(diǎn)和懸點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)井口壓力升降技術(shù)研究 第 10 頁 規(guī)律完全一致 .抽油桿柱與液柱的慣性力的大小與其質(zhì)量和加速度的乘積成正比 ,方向則與加速度方向相反 . 由前面分析知道 ,懸點(diǎn)加速度在上、下沖程中，大小和方向是變化的。因此，作用在懸點(diǎn)上的慣性載荷的大小和方向也將隨懸點(diǎn)加速度的變化而變化。因假定向上 作為坐標(biāo)的正方向，所以加速度為正時(shí)，加速度方向向上，加速度為負(fù)時(shí)，加速度方向向下。上沖程中，前半沖程加速度為正，即加速度向上，則慣性力向下，從而增加懸點(diǎn)載荷；后半沖程中加速度為負(fù)，即加速度向下，則慣性力向上，從而減小懸點(diǎn)載荷。在下沖程中，情況剛好相反：前半沖程慣性力向上，減小懸點(diǎn)載荷；后半沖程慣性力向下，增大懸點(diǎn)載荷。 實(shí)際上 ,由于抽油桿柱和液柱的彈性 ,抽油桿柱和液柱各點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)與懸點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)并非一致 ,因此 ,上述按懸點(diǎn)最大加速度計(jì)算的慣性載荷將大于實(shí)際值 .在液柱中含氣比較大和沖數(shù)比較小的情況下，計(jì)算懸點(diǎn)最大載荷 時(shí)，可忽略液柱引起的慣性載荷。 ③ 摩擦載荷 抽油 井 工作時(shí) ,作用在懸點(diǎn)上的摩擦載荷由以下五部分組成 . 1) 抽油桿柱與油管的摩擦力 該摩擦力在上 ,下沖程中都存在 ,其大小在直井內(nèi)通常不超過抽油桿重量的%. 2) 柱塞與襯套之間的摩擦力 該摩擦力在上 ,下沖程中都存在 ,一般泵徑不超過 70 mm時(shí) ,其值小于 1717 N. 3) 抽油桿柱與液柱之間的摩擦力 抽油桿柱與液柱之間的摩擦發(fā)生在下沖程 ,其摩擦力的方向向上 ,是稠油井內(nèi)抽油桿柱下行遇阻的主要原因 .阻力的大小隨抽油桿柱的下 行速度而變化 4) 液柱與油管之間的摩擦力 液柱與油管之間的摩擦力發(fā)生在上沖程 ,其方向向下 ,故增大懸點(diǎn)載荷 .資料表明 ,下沖程桿柱與液柱的摩擦力約為液柱與油管間摩擦力的 . 5) 液體通過游動(dòng)閥的摩擦力 在高粘度大產(chǎn)量油井內(nèi) ,液體通過游動(dòng)閥產(chǎn)生的阻力往往是造成抽油桿柱下部彎曲的主要原因 ,對懸點(diǎn)載荷也會(huì)造成不可忽略的影響 . 上沖程中作用在懸點(diǎn)上的摩擦載荷是受（ 1）（ 2）及（ 4）三項(xiàng)影響，其方向向下，故增加懸點(diǎn)載荷。下沖程中作用在懸點(diǎn)上的載荷是受（ 1）（ 2）（ 3）及（ 5）四項(xiàng)影響，其方向向上，故 減小懸點(diǎn)載荷。在直井中，無論稠油還是稀油，油管與抽油桿柱、柱塞與襯套之間的摩擦力數(shù)值都不大，均可忽略。但在稠油井內(nèi)，液體摩擦所引起的摩擦載荷則是不可忽井口壓力升降技術(shù)研究 第 11 頁 略的。 ④ 其它載荷 一般情況下，抽油桿柱載荷、作用在柱塞上的液柱載荷及慣性載荷是構(gòu)成懸點(diǎn)載荷的三項(xiàng)基本載荷，在稠油井內(nèi)的摩擦載荷及大沉沒度井內(nèi)的沉沒壓力對載荷的影響也是不可忽略的。 除上述各種載荷以外 ,還有如沉沒壓力和管線 回壓 產(chǎn)生的載荷等都會(huì)影響到懸點(diǎn)載荷 .沉沒壓力的影響只發(fā)生在上沖程 ,它將減小懸點(diǎn)載荷 .液流在地面管線中的流動(dòng)阻力所造成的井口 回壓 ,將 對懸點(diǎn)產(chǎn)生附加載荷 ,其性質(zhì)與油管內(nèi)液體的作用載荷相同 ,即上沖程中增加懸點(diǎn)載荷 ,下沖程中減小懸點(diǎn)載荷 .因二者可以部分抵消 ,一般計(jì)算中常可忽略 . （泵口壓力）對懸點(diǎn)載荷的影響 上沖程中，在沉沒壓力作用下，井內(nèi)液體克服泵的入口設(shè)備的阻力進(jìn)入泵內(nèi)，此時(shí)液流所具有的壓力叫吸入壓力。此壓力作用在柱塞底部而產(chǎn)生向上的載荷。 下沖程中，吸入閥關(guān)閉，沉沒壓力對懸點(diǎn)載荷沒有影響。 液流在地面管線中的流動(dòng)阻力所造成的井口回壓對懸點(diǎn)將產(chǎn)生附加的載荷。其 性質(zhì)與油管內(nèi)液體產(chǎn)生的載荷相同。上沖程中增加懸點(diǎn)載荷；下沖程中減小抽油桿柱載荷。 由于沉沒壓力和井口回壓在上沖程中造成的懸點(diǎn)載荷方向相反，可以相互抵消一部分，所以，在一般近似計(jì)算中可以忽略這兩項(xiàng)。 對抽油機(jī)系統(tǒng)細(xì)分析后發(fā)現(xiàn)它的運(yùn)動(dòng)有幾個(gè)特點(diǎn)。 1)采用勻速運(yùn)動(dòng)，則抽油機(jī)系統(tǒng)的勻速運(yùn)動(dòng)階段將失去慣性載荷和振動(dòng)載荷。 2)在直井和油管結(jié)蠟少及原油粘度不高的情況下，摩擦載荷僅占總載荷的2％ ～ 5％。 3)油柱重力不是在抽油機(jī)一個(gè)工作周期始終發(fā)生作用，因此可將它視做一個(gè)干擾力 f。 4)在重力平 衡系統(tǒng)中，若選用合適的平衡方式，可將負(fù)載重力基本上平衡。則抽油機(jī)在勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)驅(qū)動(dòng)力僅需克服摩擦載荷。除上述各種載荷外，在抽油過程中尚有其它一些載荷，如在低沉沒度井內(nèi)，由于泵的充滿程度差，會(huì)發(fā)生柱塞與泵內(nèi)液面的撞擊，產(chǎn)生較大沖擊載荷，從而影響懸點(diǎn)載荷。各種原因產(chǎn)生的撞擊，雖然可能造成很大的懸點(diǎn)載荷，是抽油機(jī)中不利因素，但在進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)尚無法預(yù)計(jì)，故在計(jì)算懸點(diǎn)載荷時(shí)都不考慮。 井口壓力升降技術(shù)研究 第 12 頁 抽油機(jī)井系統(tǒng)效率在理論上可以達(dá)到 55％ ～ 65％，但是從最近幾年的油田現(xiàn)場測試結(jié)果看，實(shí) 際平均系統(tǒng)效率只有 25％左右，即使是平均系統(tǒng)效率最高的區(qū)塊也只有 30％左右，不到抽油機(jī)井系統(tǒng)效率理論值的 50％。 ： (1)電機(jī)負(fù)載率的影響。常用電機(jī)最佳運(yùn)行效率在額定負(fù)載附近，即在 0． 7～1． 1P輛之間，而現(xiàn)場上大多數(shù)電機(jī)的負(fù)載率都比較低，一般只有 30％左右。因此“大馬拉小車”是造成電機(jī)運(yùn)行效率低的主要原因。油田的實(shí)驗(yàn)表明，提高電機(jī)負(fù)載率 5％ ～ 10％，系統(tǒng)效率可提高 2％～ 4％，節(jié)電率可達(dá) 10％左右。 (2)傳動(dòng)皮帶的影響。采用三角皮帶傳動(dòng)時(shí)，由于其彈性方面的原因 ，其張緊程度難以保證，不可避免地要出現(xiàn)相互錯(cuò)動(dòng)、打滑和震動(dòng)，造成部分能量損失。 (3)抽油機(jī)的影響。普通游梁式抽油機(jī)采用的是對稱循環(huán)工作方式，上下沖程的運(yùn)行時(shí)間相同，平衡重和懸點(diǎn)負(fù)荷重對曲柄軸產(chǎn)生的迭加扭矩呈周期性波動(dòng)，其幅度和頻率都比較大。抽油機(jī)的這種工作狀況對三相異步電動(dòng)機(jī)來說是不理想的，造成能耗偏高、系統(tǒng)效率偏低。 (4)平衡程度的影響。抽油機(jī)的平衡程度反映了抽油機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)程度，其好壞直接影響到抽油機(jī)的耗電量，現(xiàn)場測試表明，在不同的平衡狀況下，電動(dòng)機(jī)電流有較大差異，從而造成輸入功率的變化。即使抽油機(jī) 軸功率相同，也可能造成輸入功率有較大的變化。 (5)盤根的影響。盤根在使用中與光桿摩擦產(chǎn)生阻力，根據(jù)其材質(zhì)及壓緊程度的不同產(chǎn)生的阻力有較大的變化，由于阻力的作用，造成耗電量的增加。 (6)工作制度的影響。工作制度直接影響到整個(gè)抽油系統(tǒng)。合理的工作制度 (沖程、沖次、泵徑 )可使排液量與地層的供液量相匹配，使泵在較佳的工作狀況下工作，提高產(chǎn)液量。 (7)油管伸縮的影響。由于油管下端不固定，所以油管的伸縮會(huì)使地面?zhèn)鬟f下去的功率和沖程損失一部分，特別是深抽井，油管的伸縮帶來的損失最大。 (8)氣體對泵的影響。泵的充滿 程度是影響泵效的主要因素之一。在生產(chǎn)過程中由于氣體的影響，使泵不能有效充滿，降低了泵的排量及井下效率。 (9)泵漏的影響。隨著深井泵工作時(shí)間的延長，各種磨損也隨之增加，造成深井泵的漏失，從而使泵效降低。 (10)抽油桿彎曲及摩擦的影響。在抽油過程中，抽油桿柱有時(shí)和油管摩擦，特別是抽油桿的下部彎曲，造成有效載荷的波動(dòng)，使系統(tǒng)效率降低。 （ 1）合理配置電機(jī)。配置電機(jī)應(yīng)充分利用電機(jī)的負(fù)載能力，盡量做到使電機(jī)井口壓力升降技術(shù)研究 第 13 頁 的負(fù)載率達(dá)到或接近最佳負(fù)載率，即在 0． 7～ 1． 1P額之間。 生產(chǎn)過程中，可按實(shí)測功圖采用如下公式計(jì)算光桿功率，合理選擇電機(jī)。 599 76103)( m inm a x ???? NSPPp 光桿 （式 ） 式中 光桿p —— 光桿功率， kW maxP ， minP —— 實(shí)測最大，最小負(fù)荷， kN S—— 沖程， m N—— 沖次，次 /min (2)使用新型節(jié)能系列電機(jī)。 (3)采用終端無功補(bǔ)償，提高功 率因數(shù)。目前，所有的抽油機(jī)自控箱都安裝了電力電容器，全部實(shí)現(xiàn)了對線路的無功補(bǔ)償，功率因數(shù)由補(bǔ)償前的不足 0． 4提高到現(xiàn)在的 0． 55左右，效果非常明顯。 (4)選用高效傳動(dòng)帶。采用窄形聯(lián)組 帶或齒形同步帶，以克服因震動(dòng)、打滑現(xiàn)象造成的損失。使用普通三角帶以每組 5根為最佳組合。 (5)使用節(jié)能抽油機(jī)。現(xiàn)在油井上使用的抽油機(jī)多數(shù)為普通游梁式抽油機(jī)，節(jié)能抽油機(jī)的數(shù)量比較少。目前，在油井上使用的節(jié)能抽油機(jī)主要有兩種：一種是異向曲柄平衡抽油機(jī)，它是非對稱循環(huán)的梁式抽油機(jī)，即懸點(diǎn)的上行曲柄轉(zhuǎn)角大于 80。，下行曲柄轉(zhuǎn)角小于 180。，懸點(diǎn)上行所用的時(shí)間比下行所用的時(shí)間略長，這樣懸點(diǎn)上行速度曲線比較平緩，加速度減小，動(dòng)載也就相應(yīng)減少，故比普通游梁式抽油機(jī)省電，并且可以提高泵效；另一種是鏈條抽油機(jī)，它具有沖程長、負(fù)荷能力大，平衡效果好、省電等特點(diǎn)，特別適合在稠油井和中深井上使用，鏈條抽油機(jī)懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)均勻、電機(jī)損耗小、工作電流小、效率高。 (6)使用耐油橡膠盤根，對有偏磨的井口應(yīng)安裝使用井口扶正器。 (7)安裝抽油桿扶正器，減小抽油桿與油管之間的摩擦 (8)安裝油管錨，減小因油管伸長造成的能量損失。 (9)安裝氣錨。對于油氣比較高的井 ，使用氣錨可提高泵的容積效率。 (10)使用高效深井泵。針對油井的特點(diǎn)，采用相應(yīng)的深井泵，如稠油泵、防砂卡泵等。 (11)使用抽油機(jī)診斷技術(shù)。對抽油機(jī)井生產(chǎn)過程中的諸如環(huán)空液面、沉沒度、供液能力、參數(shù)匹配、平衡塊位置設(shè)置、桿柱應(yīng)力、泵的充滿程度、活塞沖 程、凡爾漏失、間隙漏失等因素進(jìn)行綜合分析和處理，可有效地提高機(jī)械采油系統(tǒng)效率。 (12)使用節(jié)能控制柜。特別是 ZJK智能節(jié)電控制器和 Power P1anner電動(dòng)機(jī)高效節(jié)能器的節(jié)能效果較好。通過現(xiàn)場試驗(yàn)綜合節(jié)電率分別達(dá)到了 23． 50％和15． 98％，是較理想 的油井電機(jī)配套節(jié)能控制設(shè)備。 井口壓力升降技術(shù)研究 第 14 頁 3降回壓技術(shù)及應(yīng)用 目前油田采用 降低回壓 方法很多，本文僅介紹兩種方法： 第一種方法： 問題的提出 ①傳統(tǒng)摻水工藝效率低的問題 目前油田普遍采用的摻水集油流程示意圖如圖 。摻水流過摻水閥與油井產(chǎn)液混合后進(jìn)入集油管線，在這種混合方式下，以水力學(xué)的觀點(diǎn)看來，摻水能量利用的效率很低，造成摻水能量的浪費(fèi)。 圖 摻水集油流程示意圖 —油口油壓—油P 油q —— 油井日產(chǎn)量 摻P —— 摻水壓力 摻q —— 摻水量 為改善這種狀況，考慮在井口加裝水力泵，可充分利用摻水能量，水力泵還可以對油井產(chǎn)液起到輔助抽吸的作用。常用的水力泵有水力活塞泵和水力射流泵，前者結(jié)構(gòu)復(fù)雜、實(shí)現(xiàn)技術(shù)難度大、成本高，所以水力射流泵因其結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠性高、成本低廉而成為首選。 ②抽油機(jī)井井口油