摘要：有杆抽油作为石油工业传统的采油方式之一，在采油工程中一直占主导地位，而抽油机是石油开采中重要的机械采油设备。随着油田开发的不断深入，采油成本逐年递增，抽油系统效率成为衡量一个油田开发水平的重要指标。因此，开展抽油机井系统效率影响因素研究，找出影响系统效率的敏感因素，对油田提高采油系统效率及节能降耗具有很重要的意义。有杆抽油系统的能耗是一个复杂而繁琐的课题，理论研究和实践结果表明，有杆抽油的系统能耗与系统效率有密切联系，一般来说系统效率越高，吨液所需能量损耗越小；系统效率越低，吨液所需能量损耗越大；有杆抽油系统效率的高低基本上反映了有杆抽油技术能耗的总体水平。在实际生产中影响抽油机系统效率的因素较多，主要包括地层因素、设备条件、管理水平等各种因素的影响。有杆抽油系统将地面的电能经过相关的传递设备转换成机械能，从而将液体从油井举升至地面。在整个系统中每个子系统都有能量损失，经过几个环节的能量传递，能量消耗逐渐增大，系统效率逐渐降低。
关键词：抽油系统效率；节能降耗；变频技术；工作制度
抽油系统效率成为衡量一个油田开发水平的重要指标。因此，开展抽油机井系统效率影响因素研究，找出影响系统效率的敏感因素，对油田提高采油系统效率及节能降耗具有很重要的意义。通过改进电机的性能，提高效率；利用变频技术，降低耗电量；使用新型抽油机，提高传动效率等。通过地面技术水平的提高和制定合理工作制度，充分利用现有资源，提高油井的系统效率。
1系统效率偏低的原因分析
（1）有杆泵井生产系统压力分布剖面
在进行多相管流井筒流动压力分布计算时，粟以下为垂直多相管流，5点的压力可以应用多相管流井筒流动压力分布计算相关式直接进行计算；但栗以上为环空多相管流，计算c点的压力时，在多相管流井筒流动压力分布计算相关式中，要用水力直径代替油管直径，用环空过流面积代替油管过流面积，方可进行计算。
（2）游梁式抽油机因其结构简单、制造容易、维修方便等优点，得到普遍使用。但四连杆机构的旋转运动造成电机负荷的不均匀性，从而降低了三相异步电动机的效率。同时因其高启动扭矩，又造成大马拉小车的现象。稠油井多，大量使用电磁调速电机。虽然实现了平稳无级调速，但低速时电机损耗大效率低。这是系统效率偏低的主要原因。
2新技术应用与效果
2.1永磁电机
永磁电机与普通三相异步电动机相比，不需要无功励磁电流。可以显著提高功率因素。通过减少定子电流和定子电阻损耗，电机效率提高2-8%。永磁电机在25-120%额定负荷范围内，均可保持较高的效率和功率因素。高效高起动转矩同步电机比普通感应电机的起动扭矩大50-100%。可以代替大一号电机座号，节电率在20%左右。在5口井上进行试验，功率因素提高0.44，系统效率提高4%。在实际使用中，电机的功率降低一个等级，功率因素普遍较高。
2.2变频调速技术
变频调速技术是通过改变电流的频率，实现电机转速的改变。现在采用的变频装置是由整流器和逆变器组成。整流器先将50赫兹的交流电变成直流电，再由逆变器变换成频率可调的三相交流电。由于变频器可实现低速、轻载启动，因此降低电机的匹配功率，提高功率因素。变频柜地使用，可由普通电机代替调速电机，较好地解决了电磁调速电机效率低地原因。2013年以来试验20口井，节电率21%。功率因素提高0.3，系统效率提高9.2%。变频柜代替普通自控箱，如果使用普通电机替代电磁调速电机，冲数低的井效果明显。冲数高于6次，效果较差。如果用电磁调速电机替代普通电机，则无效果。因此，变频技术主要在低冲数井上使用普通电机替代电磁调速电机效果明显。
2.3永磁电机和变频技术结合使用
稠油热采区块原油粘度高，采用电热杆、空心杆、和双泵等采油工艺，冲数都在4次以下。在一个蒸汽吞吐周期的生产过程中，抽油机负荷和冲数变化较大。使用37KW调速电机，虽然实现了无级调速，但由于匹配功率较大，造成系统效率低。电机的功率因素低、效率低，造成整条线路的电压降大，影响油井正常生产。采用变频柜实现电机无级调速，降低电机的匹配功率；采用永磁电机，提高功率因素和启动扭矩，单井系统效率大幅度提高。目前已使用13台，平均节电36.5%，功率因素提高0.435，系统效率提高10.2%。其缺点是负荷较大井，30KW永磁电机无法正常生产，对于抽油机卸载也有一定的困难。
2.4机械调速
通过变速箱降低电机输出转速，电机启动扭矩降低，电机匹配功率减少，提高电机的负载率。由此提高电机的效率。现场使用中，可以用17KW的电机代替55KW电机，节电42%，功率因素提高0.4，系统效率提高8.02%。在该技术使用前，对于供液差的砂河街井，由于泵挂深，负荷重，都使用12型抽油机，匹配55KW普通三相异步电动机或37KW电磁调速电机，耗电量大，功率因素低。不仅单井系统效率低，也造成整个电网的线损增加。对于低液量、低粘度的油井，因为使用电磁调速电机的低效率和大功率三相异步电动机，造成电机效率低，整条线路的功率因素低。使用DCJ系列电机后，节电效果极为明显。但由于无法实现无级调速，在稠油井的使用中受到一定的限制。
2.5无游量式抽油机的使用
游量式抽油机井系统效率低的主要原因，是四连杆旋转运动造成电机负荷的不均匀性。而无游量式抽油机解决了该问题。无游量式抽油机在上下冲程中，抽油机负荷是光杆负荷和平衡配重的差，基本是稳定。这样电机输出的扭矩是衡定的。因此电机效率较高。目前使用的胜利高原公司生产的皮带抽油机和山东创新技术有限公司生产的智能滚筒式抽油机，节电效果较好，平均单井日节电115度，节电率60%。无游量式抽油机的缺点是冲数低、理论排量低。适合于稠油、低液量井。
3结论
1）永磁电机取代普通电机，可以提高单井的系统效率。同时功率因素的提高，降低电网的线损。油井的冲数超过5次后，应用永磁电机，投入少，效益高。2）通过变频技术实现冲数的无级调节，配备普通电机，低冲数时效果更好。配备永磁电机，效果好于普通电机。适用于稠油井，特别是低冲数井，大幅度提高油井的系统效率。3）机械变速，适用于低冲数、光杆不缓下的油井。投入较小，节电效果好。4）无游量式抽油机节电效果明顯，适用于稠油、低液量井。新投产的稠油井优先选用无游量式抽油机。低液量、泵挂深的油井亦可采用无游量式抽油机。但不适用于供液较好的油井。
作者：郑东青