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
p?3UIcos?（1）
入入入式中，P入——电动机输入功率，kW；
U入——输入电压，V； I入——输入电流，A； cos?——电动机的功率因数。
2.电动机输出功率
PM电n电 (2)
出?式中，9550P出——电动机输出功率，kW；
n电——电动机平均转速，r/min； M电——电动机平均输出扭矩，N〃m。
ME?D3电?? (3)
实式中，(1??)64E——电动机轴弹性模量，E=2.1×1011N/m2；
?——电动机轴泊松比，小数； D——电动机轴直径，m；
?实-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：P?n电M电M电?2?n电出?30?60?M电? (4)
式中，P出——电动机的输出功率，kW；
M电——电动机的输出轴扭矩，kN〃m； n电——电动机转速，r/min；
?——电动机的角速度，rad/s。
3.减速箱输出功率
PM减n减减? (5)
式中，9550P减——减速箱输出功率，kW；
n减——减速箱输出轴平均转速，r/min； M减——减速箱平均输出扭矩，N〃m。
2
（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。
P光?An/60 (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。
Pdfdn实 (7)
光?AS式中，6000P光——抽油机光杆功率，kW；
A——示功图的面积，，mm2；A ??CAAPds??CPdsSd——示功图减程比，m/mm； fd——示功图力比；
n实——光杆实测平均冲次，r/min。
（2）抽油机采油系统有效功率
P?Q?H??l?g水 (8)
式中，86400P水——抽油机的有效功率，kW；
Q——油井理论产液量，t/d；
?——油井液体密度，kg/m
3
l；
g——重力加速度，g?9.8m/s；
H——有效扬程，m。
①有效扬程
H?L?p沉?106c??106 (9)
式中，L——下泵深度，m；???pt?p
og?lgp沉——沉没压力，MPa； p油——油压，MPa； p套——套压，MPa；
?o——原油密度，kg/m3。
②油井液体密度
3
?l?(1?fw)?o?fw?w (10)
式中，fw——含水率，小数；
?o——油密度，kg/m
3
； 。
?w——水密度，kg/m
3
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：
?系统?QH?g86400P入 （11）
P光P入抽油机井系统效率可分解为地面效率和井下效率，即
??P水P入?P水P光?（12） ??地面? ?井下；
式中， ?地面——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，??井下地面?P光P入——井下效率，以光杆悬绳器为界，悬绳器以下到抽油泵，再由
井下抽油泵到井口的效率，??P水P光。
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
4