抽油机的系统效率测试计算及优化分析前言有杆泵采油是世界石油工业传统的采油方式之一，也是迄今在采油工程中一直占主导地位的人工举升方式。

在我国，采油生产井中大约有90%采用有杆抽油技术，随着油田开发的不断深入，有杆泵采油井所占比例还在不断增大，但是有杆泵采油是石油生产中的主要耗电的采油方式，总耗电占油田生产的1/3，目前全国约有有杆泵采油井9万多口，但系统效率一般不足40%，若系统效率提高10%，以全国9万口机采井计算，每天可节约 6.4610kW. h，因此，提高有杆泵采油井的生产管理水平，对机采井保持节能高效开采，提高企业的经济效益具有十分重要意义。

抽油机系统工作时,是一个能量不断传递和转化的过程,而能量的每次传递都有一定的损失。

由地面供入系统的能量减去系统的各种损失,就是系统供给液体的有效能量,将液体举升至地面的有效功功率与系统输入功率的比值即为抽油机系统效率。

损失能量是系统工作时消耗的无效功率，包括地面部分的摩擦损失、电动机的热损失、井下部分的摩擦损失、水力损失、容积损失等。

求出电动机、皮带、减速箱、四联杆机构等各部位的效率即可得知系统能耗状况。

目前,由于有杆泵抽油系统的能耗问题日趋严重,直接影响着原油的开采成本。

为了实现油井的正常生产,降低采油成本,采用节能设备并应用新技术、新方法来提高油井的系统效率越来越引起人们的重视.提高抽油机井系统效率,对油田的节能降耗、原油增产及提高经济效益都具有重要意义。

抽油机系统效率是衡量抽油机井能耗的重要指标,也是一项综合性计算指标,它涉及到日产液量、动液面深度、油压、套压和耗电量(电流、电压、有效功率)等多项参数。

对有杆抽油系统的一些井进行分级效率测试，全面系统地分析影响有杆抽油系统效率的因素及能量在传递过程中消耗的原因,开展提高抽油系统效率研究,已成为我国降低石油开采成本,实现高效经济采油的重点研究课题之一。

抽油机系统主要是指从油藏到地面分离器的整个油井生产系统,包括井筒、地面两大部分。

油层是系统研究的基础,也是工程与地质的交叉点;井筒部分包含有井筒流体、油管、抽油杆、抽油泵、井下附件等;地面部分由抽油机、电动机、电力系统、出油管线、油气分离系统等组成。

要提高机采井系统效率，降低系统能耗，就必须使系统的两大部分相互衔接又相互协调起来,任何一部分衔接协调不好,就会影响整个系统效率的提高及节能效果。

通过对机采系统的理论计算,分析了系统效率的构成及影响因素,认为地面设备、井下工具、采油管理等都不同程度地影响了机采井系统效率的提高,从而从管理和新技术运用等方面有针对性地提出了提高机采井系统效率的多项措施。

第 1 页共 14 页第 2 页 共 14 页第一章 系统效率计算与测试1.1定义1.1.1.有杆抽油系统包括原动机,抽油机,抽油杆,抽油泵,井下管柱和井口装置。

抽油机的输入功率(p 入)拖动抽油机的电动机的输入功率为抽油机的输入功率。

抽油机的光杆功率（p 光）光杆提升液体和克服井下各种阻力所消耗的功率为抽油机的光杆功率。

1.1.4抽油机系统的有效功率（p 有）在一定的扬程下,将一定排量的井下液体提升到地面所需要的功率叫有效功率,也叫水力功率。

1.1.5有杆抽油系统效率η计算抽油机的有效功率与输入功率的比值为抽油机井的系统效率,即pp 入有抽油机输入功率抽油机有效功率==η …………………………………86400HpdigQρ=有………………………………………………………….ρρρwwowlf f+-=）（1…………………………………………………φηφρρcos 386400cos 31000IU HIUppp HH dllctfdgQg入入入入入则==⨯-+=……………………………………………………..式中: η ———机采井系统效率；p 有———抽油机有效功率,即在一定的扬程下,将一定排量的井下液体提升到地面所需要的功率；p入———抽油机输入功率,即拖动机采设备的电动机输入功率;Ｑ ——— 抽油机井日产液量,d m /3；ρl———混合液密度,kg/m 3；ｇ——— 重力加速度,m/s 2； H d ———有效扬程,ｍ；f w———含水率；ρo———原油密度,m kg 3；第 3 页 共 14 页ρw———水密度, m kg 3；H f———动液面,ｍ； p t———井口回压,P ａ；pc———井口套压,P ａ；U 入———线电压,Ｖ； I 入———线电流,Ａ；φcos ———功率因素。

1.2. 效率的分解1.2.1 根据抽油机系统工作的特点,要将抽油机系统的效率分为两个部分即地面效率和井下效率。

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为地面效率;悬绳器以下到抽油泵,再由抽油泵到井口的效率为井下效率。

即ηηη井地入光光水入水⨯=⨯==pp pp pp …………………………….式中 η地----地面效率；η井----井下效率。

为了对抽油机系统各部分的能量损失及分布情况进行更加深入地研究,可将以上2部分的效率进一步分解。

地面部分的能量主要损失在电动机、三角带、减速箱、抽油机的连杆机构;井下部分的能量主要损失在盘根盒、抽油杆、抽油泵、管柱的摩擦中。

故，进一步分解如下1.2.2地面效率的分级⨯⨯⨯==ηηη21K pp入光地η3…………………………………………….式中η1---电动机效率 ；η2---皮带和减速箱效率；η3---四连杆机构效率。

⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=ηαα23)1(1K …………………………………………………………式中 K--- 有效载荷系数，对于某一抽油机，η3基本是一定的，这时主受有效功系数的影响α---有效功系数，抽油机每个冲程所作的有效功与上行时所作功w 上 之比值，即示功图所包含的功为αw上，其中w 上=ηηηηη323212⋅=⋅⋅QRA第 4 页 共 14 页R 为平衡快运动半径； Q----平衡块总重；1.2.3井下效率的分级ηηηηη7654⨯⨯⨯=井………………………………………………………式中 η4---盘根盒效率;η5---抽油杆效率;η6---抽油泵效率;η7---管柱效率;上式中的各个效率又可分别表示为 η4p p 45=； η5 =p p 67; η7=pp 78式中p5---光杆盘根盒后传给抽油机的功率;p6---抽油泵的输入功率;p 7---抽油泵的输出功率;p8---有杆抽油系统的有效功率,即p 水于是系统总效率可由下式表达1067654321⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⨯=ηηηηηηηηηηK 井地总………………… 从以上个式可看出,为了确定ηηη井地,,及分效率ηi必须求得从电机输入到抽油机系统输出的各部分功率P i .第二章 测试参量与计算公式2.1分级效率测试布点布点情况见图1。

6，7，8，9点反映出油井及油井产液量的测试均在井口处运行。

第 5 页 共 14 页1，2--电动机输入、输出轴；3—减速箱输出轴；4—悬绳器；5—深井泵；6，7，8，9—油井动液面深度、套压、产液量。

图1 分级效率测试布点简图2.2电动机运行效率η12.2.1电机输入功率（有功功率）p12.2.1.1有功功率瞬时有功功率p t入p t入='⨯k1………………………………………………….式中 pt入 ---瞬时有功功率，kw;p ' --A/D 变换采集的数值量;k 1 ---单位数值量所代表的有功功率，kw;平均有功功率pa入dtTT tapp⎰=1入入…………………………………………………….式中 pa入 ---平均有功功率，kw;p t入 ---瞬时有功功率，kw;T ---抽油机一个或几个整冲程所需时间，s 2.2.1.2无功功率瞬时无功功率 w kw t '⨯=2w t---瞬时无功功率，kw;w '---A/D 变换器采集的数值量;k 2---单位数值量所代表的无功功率，kw.第 6 页 共 14 页平均无功功率dtTTtaUU⎰=1…………………………………………………….式中 U a ---平均电压;U t ---瞬时电压;T---抽油机一个或几个整冲程所需时间. 2.2.1.3功率因数瞬时功率因数='φcos p t入/（w t +p t入）………………………………………..平均功率因数 ⎰'=Tdt T1cos 1cos φφ2.2.2电机输出功率p2在电机输出轴处贴电阻应变片，见电机轴应变曲线记录下来，并由转速仪测试电机实际转速。

则电机平均输出扭矩和功率επμ实电6413DME ⋅+=……………………………………………….式中 M电---电机平均输出扭矩，N.M;E---电机轴弹性模量，E=2.1610⨯N/M; μ---电机泊松比， μ =0.3; D ---电机轴直径，m; ε实 ---实际平均应值95502n M p速电=……………………………………………………….式中 n 速 ---实测电机轴转速，r/min 。

知道了电机输入输出功率，即可得到电机的运行效率%1002121⨯==pPpp a入η……………………………………………..2.3皮带-减速箱效率电机输出功率p2即是皮带-减速箱的输入功率，其输出功率p3与p2测试技术相同，皮带-减速箱效率η2=p2/p3。

2.4四连杆机构效率在悬绳器处安装动力示功仪，测取动力示功图，则光杆功率44106⨯=nA fs pd d………………………………………………………….式中 A---示功图面积，mm s d ---减程比，m/mm第 7 页 共 14 页fd—为力比，N/mmn---光杆冲次。

1/minppK 343⨯=η……………………………………………………………式中 K---载荷系数2.5盘根盒效率η42.5.1盘根盒耗功 ）（盘1022/105⨯⨯=∆-FV p………………………………………. 式中 F ---光杆磨檫力，N;V---光杆运动速度，m/s 2.5.2 盘根盒的输出功率p p p 盘∆-=45…………………………………………………其效率ppppp 44454）（盘∆-==η…………………………………2.6 抽油杆效率η52.6.1 抽油杆地面吊重耗功p ∆选取 CYJ10-3-26B 抽油机在地面吊重不同载荷W t 时，用电度表分别测其耗功pi∆ ，便可得到不同工况下的吊重W t 与耗功p i∆关系曲线。

利用此曲线可得到不同载荷下的抽油机地面部分耗功p ∆。

2.6.2 无游动凡尔抽油机耗功p '∆测此耗功时，抽油泵不装游动凡尔，盘根盒松开，抽油机在n=9（1/min ），s=2.662m 工况下运转，测试其耗功p '∆。