试验 雠叭ｈ＿ 利用测试分析提高螺杆泵井系统效率 赵海麟（大庆油田工程有限公司） 摘要 为提高开发效率和降低能耗，各油田普遍采用螺杆泵井生产工艺，但不少油井特别 是稠油井仍存在油泵空抽、能耗高、系统效率低等诸多问题。２ Ｏ１ ２年，胜利油田孤东采油厂对 螺杆泵井系统效率进行了专项测试，对影响螺杆泵井系统效率因素进行了分析，提出了提高螺 杆泵井系统效率的井下措施、地面措施和其他管理措施共１ ２条对策。实践证明，孤东采油厂机 采系统螺杆泵井效率得到明显提高，低效井比例有效下降。 关键词 螺杆泵井 测试分析 系统效率 胜利油田 Ｄ０ Ｉ：１ ０．３９６９／ｉ．ｉ ｓｓｎ．２０９５—１ ４９３．２０１ ３．００６．００４ 螺杆泵是油田开发生产过程中仅次于有杆泵的 ｋＷ和１５ ｋＷ（共１５台，占总数的２９．４％），电动机 一种重要机械采油设备。螺杆泵由于排量相对较 运行方式主要采用变频控制运行方式。 低、能耗低，主要用于供液不足、动液面深、产量 ２０１２年，胜利油田孤东采油厂共完成螺杆泵井 低的油井。随着油田的深入开发，高品质的整装区 系统效率专项测试３５台，螺杆泵井系统效率测试 块Ｅｌ益减少，低渗透低效率区块的比例逐渐增加， 率达到４１．７８％，平均系统效率为２８．６６％，平均功 油井存在严重的供液不足问题。油井液面逐年下 率因数为０．７０３。根据《孤东采油厂质量监督考核 降，产液量降低，电耗增加，特别是对稠油井造成 细则》，在测试的３５口螺杆泵井中，单井效率不合 油井系统效率低、能耗高、开采成本高、能源浪费 格井有９口，单井功率因数不合格井有１６口。表１ 现象严重等问题 。为提高开发效率和降低能耗， 为孤东采油厂２０１２年螺杆泵井系统效率测试数据 各油田普遍采用油井螺杆泵采油工艺取代传统的游 统计表。 梁式抽油机生产工艺，但不少油井特别是稠油井仍 表１ 孤东采油厂螺杆泵井系统效率测试数据统计 不能满足螺杆泵抽油装置的生产工艺要求，存在油 泵空抽、能耗高、系统效率低等诸多问题，如何提 测试功率 输入无功功动液油压／套压／日产 有效效率／百米吨液 井数因数功率／ｋＷ率／ｋｖａｒ面／ｍ ＭＰａ ＭＰａ液量／ｔ功率／ｋＷ％ 耗电／ｋＷｈ 高螺杆泵系统效率成为一个重要的研究课题。胜利 ３５ ０ ７０３ ４ ７３ ４．７８ ５５１ ０．８１ ０．２８ ２２．６３ １．３７ ２８．６６ １ ３８ 油田孤东采油厂在调查研究的基础上，提出了“利 系统效率分布情况 用测试分析提高螺杆泵井系统效率”这一攻关课题。 ０～１０％ ｌ０％～２０％ ２０％一３０％３０％一４０％４０％～５０％ ≥５０％ 井数比例 井数 比例井数比例井数比例井数比例井数比例 １ 螺杆泵井系统效率测试情况 ４ １】４３％ ６ 】７ ｌ４％ ９ ２５ ７】％８ ２２．８６％ ５ ｌ４．２９％３ ８ ５７％ 目前，胜利油田孤东采油厂共有螺杆泵井８５ 台，平均产液量为１９．３４ ｔ／ｄ，油井平均动液面为 ２ 影响螺杆泵井系统效率因素分析 ６５４ ｍ，泵挂平均深度为１ １６２－３ ｍ，吸人口平 螺杆泵采油系统由电动机、螺杆泵、抽油杆 均深度为１ １７４．１ ｍ，平均泵理论排量为３５．７ ｍ ／ｄ， 柱、皮带减速箱以及井口装置等部件组成。系统通 所配电动机绝大多数为４极、６极和８极三相异步电 过电动机将地面的电能传递到井下，从而将井下流 动机，其额定功率以２２ ｋＷ为主（共６０台，）占总 体举升到地面。螺杆泵采油系统的Ｔ作过程就是一 数的７０．６％，其余电动机额定功率为３０ ｋＷ、１８．５ 个能量不断传递转化的过程，而在能量的每次传递 过程中都会造成能量损失。螺杆泵采油系统举升流 作者简介：赵海麟，１９９６年毕业于大庆广播电视大学（工业自动化 体所必须的有效功率与输入功率的比值为螺杆泵采 专业），从事地面工程科研试验工作，Ｅ—ｍａｉｌ：ｈｕｉｅｒ＿２００９＠１６３．ｃｏｒｎ， 油井的系统效率 ，即 地址：黑龙江省大庆市大庆油田工程有限公司油田地面工程试验基地， ：Ｐ右／Ｐ人 （１） ｌ６３７ｌ２ ２ｈｉ ３年第６期石油石化节能ｌ ９ －试验．研究 式中：Ｐ＾为电动机的输入功率，ｋＷ；Ｐ有为 效功率小，造成油井系统效率低。有效功率，即在某一扬程下，将一定量的井下流体 举升到地面所需要的功率，ｋＷ。 ３）供排不协调。从现场测试数据结果来看， 全厂３５口螺杆泵井平均动液面为５５１ ＩＴＩ，而平均泵 挂为１ １０２－３ ｍ，平均沉没度超过６００ ｍ，沉没度过 式（１）中Ｐ＾和Ｐ有分别可以表示为 Ｐ ： ×１０ Ｕ１２ｔ （２） （３） 大，能耗增加，严重影响井下效率。 ２．２地面效率分析 Ｐ有＝Ｈｑ／８６４００ 式中：ｕ为电动机的工作电压，Ｖ； 为电动 机的Ｔ作电流，Ａ； 为功率因数；Ｈ为泵的扬 程，ｉｎ；ｑ为泵的实际排量，ｍ ／ｈ。根据螺杆泵举 地面部分由电动机、减速箱和皮带组成，因此 地面效率可以表示为 ，７地面＝Ｐ光／Ｐ人＝７４×７５ （８） 升系统的结构和丁作特点，按部件在系统中所处的 位置，以盘根盒为界将系统分为地面效率和井下效 率两部分，则有 ７＝ 井下×７７地面 （４ Ｊ ２．１ 井下效率分析 螺杆泵井下效率可以表示为 ７井下＝叩１ Ｘ ７２ Ｘ叩３ （５） 式中：叩１为抽油杆效率，％；７２为螺杆泵效 率，％； 为管柱效率（锚锚定时， 。＝ １００％），％。 抽油杆柱效率叩 为光杆功率与泵排出口效率 的比值，即 ７１＝（Ｐ光一Ｐ摩）／Ｐ光 （６） 式中：Ｐ光为光杆功率，ｋＷ；Ｐ摩为杆液之间 摩擦损失功率，ｋＷ；式（６）中杆柱与井下流体黏 滞摩擦损失功率Ｐ窿可表示为 Ｐ鏖＝Ｍｏｏ （７） 式中：Ｍ为杆管之间的摩擦扭矩，ｋＮ・ｍ； 为螺杆的自转角速度，ｒａｄ／ｓ。 １）螺杆泵泵效低。表２为采油厂２０１２年螺 杆泵油井泵效分布情况统计，可以看出，目前采油 厂螺杆泵效低于３０％的井有４６口，占螺杆泵油井总 井数的５４．１２％。从抽油泵效分布情况看，低泵效井 多数是产液量较低的螺杆泵井，由于供液差，动液 面深，油井产液量低，因而泵效较低，螺杆泵泵效 低是造成螺杆泵井系统效率低的一个重要原因。 表２ ８５口螺杆泵油井泵效分布情况 从以上分析可看出影响井下效率最主要的因素 是螺杆泵泵效低。 ２）抽汲参数偏小。从现场测试数据结果来 看，有１ １口油井抽汲参数偏小，转速低，因而造 成产液量低，均小于１０ ｔ，ｄ。由于油井排量低，有 １ ０ １ｗｗｗ．ｓｙｓｈ ｊｎ．ｃ。ｍ 式中：７ 为电动机效率，％；７ 为减速箱和 皮带的效率，％。 １）电动机配置过大。现场测试数据表明，３５ 口油井平均输入功率仅为４．７３ ｋＷ，而电动机装配 平均功率为２１．７３ ｋＷ，电动机配置功率高，而运行 功率低，电动机功率因素低，造成自身耗电增加， 影响电动机运行效率。 ２）电动机效率低。电动机使用时间长，或者 是经修复后使用，电动机效率降低。从现场测试情 况来看，有５台电动机是修复电动机，这些电动机 效率低，电动机自身发热损耗严重，其效率相对 较低。 ３）油井电动机功率因素低。从２０１２年测试数 据可以看出，所测电动机功率因数在０．７以下的有 ２０台，占所测比例的５７．１４％，最低的为０．２４１，造 成功率因数低的原因是部分电动机没有安装补偿电 容，或者补偿量不合适。 ４）皮带传动效率差。造成传动效率低的主要 原因是皮带带滑过松，两轮对正度低；此外还与皮 带质量、皮带防滑剂的使用和使用效果等因素 有关。 ３ 措施与效果 ３．１ 提升井下效率措施 １）应用螺杆泵井优化设计软件。该软件是在 系统研究地面驱动螺杆泵采油系统的工作特点的基 础上进行的，以螺杆泵产量和泵效作为优化目标， 优化螺杆泵采油系统工作参数。建立了螺杆泵定向 井杆柱动力学模型和杆柱空间三维运动模型，可以 计算杆柱在任意时刻、位置的轴向力、侧向力、扭 矩，以及杆管间的接触程度。 ２）推广应用油井生产参数自动监测技术，实 现油井生产参数自动监测、生产数据在线自动查 询。实现机采螺杆泵油井电参数、压力、产液量等 参数自动采集，数据自动处理，并建立采油厂螺杆 试验・砷穷，Ｔｅｓｔｉｎｇ＆Ｒｅｓｅａｒｃｈ 泵油井生产数据库，具备停机自动报警功能等。 测，找出影响油井低效的主要因素，制定“一井一 ３）上提泵挂。随着泵挂深度的增加，泵效先 策”措施方案。 增加后下降，在泵挂深度达到一定深度时泵效最 ２）建立检查考核机制，加强监督考核。 高，因此，采用此深度作为该井的设计泵挂深度。 ３）建立螺杆泵井定期系统效率跟踪监测制 沉没度过大，能耗增加，严重影响井下效率，建议 度。对效率低于１０％的低效井实行重点系统调整， 将油井泵挂沉没度控制在２００ ｍ左右。 做到油井综合治理同系统运行参数相结合；对高效 ４）改进泵的质量，强化产品质量监督。严格 井继续加大跟踪测试力度，及时调整生产参数，确 控制下泵质量，做好井下工具的产品质量监督，严 保螺杆泵井在生产条件变化的情况下始终在高效区 禁不合格产品流人生产现场，同时加强测试。开井 内运行。 后若发现因质量问题泵效较低和泵漏严重，应立即 通过以上措施的实施和跟踪分析，孤东采油厂 进行检泵测试。 机采系统螺杆泵井效率得到明显提高，低效井比例 ５）针对孤东油田油井出砂严重的问题，积极 有效下降。据统计，目前全厂平均螺杆泵井系统效 推广应用防砂新技术、新工艺，提高油井防砂的成 率达３０．８９％，油井平均功率因数达到０．８２９，与 功率。 ２０１２年相比，分别提高了２．２３％和０．１２６，取得理想 ３．２提升地面效率措施 的措施效果。 １）合理匹配电动机，降低电动机额定功率。 针对部分电动机额定功率过大现象，有针对性地更 ４ 结束语 换小功率电动机，降低额定功率。对电动机不匹配 实践证明，从影响螺杆泵井系统效率的诸因素 的低效井进行优化匹配，解决负荷不足问题。 人手，加强测试分析，有针对性地提出改进措施， ２）淘汰低效电动机，推广永磁同步节能电动 推广应用新技术、新工艺是提高螺杆泵井系统效率 机。由于永磁同步电动机永磁体的作用，其有较强 的重要手段。对低效井实行重点系统调整，建立螺 的启动力矩，与异步电动机相比具有很好的节能降 杆泵井定期系统效率跟踪监测制度是提高螺杆泵井 耗效果，可有效降低一级功率的使用。 系统效率的重要途径。 ３）采用终端无功补偿，提高功率因数。推广 动态无功自动补偿控制柜，降低无功损耗，实现功 参考文献： 率因数的动态补偿，提高油井的功率因数。 ［１］朱益飞，张士杰，何卫兵．变频调速控制技术在油田螺杆 ４）选用高效传动带。采用窄形联组带或齿形 泵井上的应用［Ｊ］．变频技术应用，２０１０．５（２）：９５－９６， 同步带，克服因震动、打滑现象造成的损失；使用 １ １ ３． 普通二三角带，以每组５根为最佳组合。 ［２］吕彦平．吴晓东，李远超，等螺杆泵井系统效率分析模 ３．３其他管理措施 型及应用［Ｊ］．石油钻采 Ｉ＿Ｉ艺．２００６，２８（１）：６４－６８ １）建立动态分析机制。将采油厂螺杆泵井用 能分析纳入采油厂月度生产经营制度中，做到每月 （收稿日期：２０１３－０２—２０） 组织一次用能分析，每季度组织一次现场能耗监 （上接第８页） ３）“双时双温”供热模式在油田供热中运行能 ４ 结论 耗最低，较传统全天供热模式运行能耗减少２６．７％。 ４）运行模式改进后较改进前能耗减少１５．２％， １）液体聚能供热技术具有运行能耗低、自控 建议在今后的供热系统中采用该模式。 程度高、供热安全可靠的优点，其装置非压力容 器，操作管理方便，在安全环保方面优势明显，适 参考文献： 合在油田偏远的生产场所推广应用。 ［１］齐中英．工业热负荷最佳热化系数的计算［Ｊ］．热能动力 ２）“双区双温”供热模式在油田供热模式中运 工程．１ ９９１．２：３－４． 行能耗最低，较传统串联式供热工艺运行能耗减少 （收稿日期：２０１３－０３—２８） ９．２％ 口Ｉ ３年第６期，－口：，出，－口 ｆ ｚ月￣Ｅ Ｊ １１
