我國(guó)油田常用的機(jī)械采油方式為有桿抽油、潛油電泵抽油和螺桿泵抽油等，有桿抽油在我國(guó)9萬多口機(jī)采井中，約占90%。本文著重探討提高有桿采油系統(tǒng)效率的方法，下面提到的機(jī)采系統(tǒng)即有桿抽油系統(tǒng)。   一、概述   在有桿抽油系統(tǒng)中，井下抽油泵載荷交替變化造成地面系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，加劇了動(dòng)力系統(tǒng)的無功損耗，導(dǎo)致抽油系統(tǒng)長(zhǎng)期低效率運(yùn)行。國(guó)內(nèi)外科技工作者從不同角度出發(fā)，在提高抽油機(jī)系統(tǒng)效率方面做了大量工作，并取得了一些重要成果。1987年，大慶油田曾經(jīng)組織力量測(cè)試了100口未上任何節(jié)能措施的抽油機(jī)井，機(jī)采系統(tǒng)平均效率僅為18.1%。全面系統(tǒng)地分析影響有桿采油系統(tǒng)效率的因素及能量在傳遞過程中消耗的原因，開展提高抽油系統(tǒng)效率的研究，已成為我國(guó)降低石油開采成本，實(shí)現(xiàn)高效經(jīng)濟(jì)采油的重點(diǎn)研究課題。 純梁采油廠正常運(yùn)轉(zhuǎn)的抽油機(jī)井大約有800多口，一年僅電費(fèi)開支就是兩千多萬元。因此研究有桿抽油系統(tǒng)效率提高的方法，并大力推廣配套節(jié)電產(chǎn)品，應(yīng)用新技術(shù)、新工藝，對(duì)于提高系統(tǒng)效率，節(jié)約電費(fèi)開支具有重要意義。   二、系統(tǒng)效率分析及理論上提高的幾種方法   1.系統(tǒng)效率分析 國(guó)內(nèi)外的研究表明，影響機(jī)械采油系統(tǒng)效率的因素很多，它不僅受機(jī)械采油設(shè)備和運(yùn)行參數(shù)的影響，而且還受油井管理水平和地質(zhì)情況的影響。 機(jī)械采油系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)、抽油機(jī)、井口裝置、油管柱、抽油桿和抽油泵等裝置組成，其中抽油機(jī)又包括膠帶輪傳動(dòng)裝置、減速器、四連桿機(jī)構(gòu)和游梁裝置。 根據(jù)抽油機(jī)井的工作特點(diǎn)，抽油機(jī)的系統(tǒng)效率分為地面效率和井下效率兩部分，并且存在以下關(guān)系。                        N=NsNw 式中：N ——抽油機(jī)系統(tǒng)效率； Ns——抽油機(jī)系統(tǒng)的地面效率； Nw——抽油機(jī)系統(tǒng)的井下效率。  地面系統(tǒng)效率損失主要發(fā)生在電動(dòng)機(jī)、皮帶、減速箱及四連桿機(jī)構(gòu)中，井下效率損失主要發(fā)生在盤根盒、抽油桿、抽油泵和管柱中。 由于能量（此處指電能和機(jī)械能）在轉(zhuǎn)換過程中，會(huì)發(fā)生不可避免的損失，所以有效功率一定小于輸入功率，系統(tǒng)效率一定小于1。根據(jù)能量守恒定律，輸入功率應(yīng)當(dāng)?shù)扔谟行Чβ剩ㄝ敵龉β剩┡c損失功率之和，有效功率與輸入功率的比值就等于系統(tǒng)效率。 2.理論上提高系統(tǒng)效率的幾種方法 由機(jī)械采油系統(tǒng)效率損失分析可知：提高系統(tǒng)效率有以下兩種辦法：一是增加系統(tǒng)的有效功率；二是減少損耗功率，推廣應(yīng)用節(jié)能技術(shù)設(shè)備或加強(qiáng)管理工作。 具體可以分為4類措施。 (1) 推廣應(yīng)用節(jié)能型抽油機(jī)和電動(dòng)機(jī)。目前我國(guó)使用較多的節(jié)能型抽油機(jī)有異相曲柄平衡抽油機(jī)、異型游梁式抽油機(jī)和寬帶機(jī)等，使用較多的節(jié)能電機(jī)有高滑差電機(jī)、雙速電機(jī)等。 (2) 進(jìn)行有桿抽油系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)。有桿抽油系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就是要根據(jù)油井的實(shí)際情況選擇機(jī)、桿、泵及抽汲參數(shù)，所選擇的有桿抽油系統(tǒng)不僅要滿足油井的生產(chǎn)要求，而且必須經(jīng)濟(jì)合理。有桿抽油系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括兩大類設(shè)計(jì)內(nèi)容，一是新投產(chǎn)油井系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)；二是已投產(chǎn)井抽汲參數(shù)的優(yōu)選，即在滿足抽油機(jī)的承載能力以及滿足配產(chǎn)要求的條件下，合理地設(shè)計(jì)抽汲參數(shù)。 (3) 加強(qiáng)抽油機(jī)的科學(xué)管理。在現(xiàn)場(chǎng)管理中，經(jīng)常采取的方法有定期檢查傳動(dòng)裝置，定期更換減速箱內(nèi)機(jī)油，提高地面?zhèn)鲃?dòng)部分效率；使用窄V聯(lián)組帶；對(duì)于油氣比高的油井應(yīng)采取適當(dāng)加大泵的沉沒度，加裝油氣分離器和定期放套管氣等措施，以提高泵的充滿系數(shù)；加強(qiáng)特殊井的分類維護(hù)；保持抽油機(jī)的較高的平衡度等。 (4) 認(rèn)真解決抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)的欠載問題。電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的效率取決于負(fù)載率β，輕載時(shí)電動(dòng)機(jī)的效率很低，而當(dāng)負(fù)載增加到一定值時(shí)變化則很小。當(dāng)β<0.4，效率的變化不大，在負(fù)載率β=0.75左右時(shí)，效率達(dá)到值。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前每臺(tái)抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)的平均負(fù)載大約只有它額定功率的1/3左右，同時(shí)工作在負(fù)載率小于25%的時(shí)間占整個(gè)工作時(shí)間的50%以上，造成電動(dòng)機(jī)有效功率過低，也就是說電動(dòng)機(jī)大量時(shí)間在低效區(qū)工作，直接導(dǎo)致系統(tǒng)效率普遍偏低。   三、勝利油田機(jī)采系統(tǒng)生產(chǎn)現(xiàn)狀   勝利油田目前處于油氣開發(fā)的中后期，高含水原油及中低粘原油居多。游梁式抽油機(jī)由于具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作平穩(wěn)、性能可靠等優(yōu)勢(shì)而在各油田廣泛應(yīng)用，據(jù)統(tǒng)計(jì)勝利油田使用的游梁式抽油機(jī)占生產(chǎn)井總數(shù)的82%以上。 但游梁式抽油機(jī)同時(shí)又存在能耗大、工作效率低的缺陷。該種抽油機(jī)的懸點(diǎn)載荷為周期性變載荷，懸點(diǎn)載荷在減速器曲柄軸上的扭矩曲線與曲柄平衡的正弦曲線差別很大，使曲柄軸上的凈扭矩曲線波動(dòng)很大，甚至出現(xiàn)負(fù)值。而普通的三相異步電動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)速和扭矩基本上恒定不變，為保證抽油機(jī)的啟動(dòng)要求和在運(yùn)行時(shí)有足夠的過載能力，通常電動(dòng)機(jī)的裝機(jī)功率較大，而電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)均以輕載運(yùn)行，因此造成抽油機(jī)與電動(dòng)機(jī)的匹配不合理，即一般俗稱的“大馬拉小車”現(xiàn)象。 電動(dòng)機(jī)應(yīng)處于允許運(yùn)行狀態(tài)，即綜合效率小于額定綜合效率，但大于或等于額定負(fù)載時(shí)的允許綜合效率的運(yùn)行狀態(tài)。此時(shí)電動(dòng)機(jī)效率為86.7%左右，而額定綜合效率為88.7%左右。1998年有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)了勝利油田438口油井電動(dòng)機(jī)，約有67.6%的抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)處于非允許運(yùn)行狀態(tài)，充分說明“大馬拉小車”現(xiàn)象相當(dāng)普遍。 抽油機(jī)運(yùn)行時(shí)普遍存在不平衡現(xiàn)象，導(dǎo)致多數(shù)電動(dòng)機(jī)電流變化不均勻，使電動(dòng)機(jī)內(nèi)耗大大增加，壽命也受到嚴(yán)重影響，造成能源浪費(fèi)，影響整個(gè)抽汲系統(tǒng)的效率。 1999年在純梁采油廠抽測(cè)了56口油井，其中22kW的7臺(tái)，負(fù)載率18.91%；30kW的42臺(tái)，負(fù)載率22.55%；45kW的3臺(tái)，負(fù)載率9.72%；55kW的4臺(tái)，負(fù)載率11.96%；綜合計(jì)算，純梁采油廠有相當(dāng)一部分抽油機(jī)井的負(fù)載率在10%～20%之間，直接造成電機(jī)運(yùn)行效率低，功率因數(shù)偏低，電量浪費(fèi)現(xiàn)象十分嚴(yán)重。   四、節(jié)能產(chǎn)品應(yīng)用情況   純梁采油廠十分重視機(jī)采系統(tǒng)的節(jié)能降耗工作，推廣普及了很多節(jié)能產(chǎn)品，例如節(jié)能抽油機(jī)、節(jié)能皮帶等在新井優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)就已經(jīng)被選用。生產(chǎn)中注意發(fā)揮現(xiàn)場(chǎng)管理作用，要求采油工每天量油、測(cè)電流，掌握油井生產(chǎn)情況，及時(shí)調(diào)參、調(diào)平衡。在以上工作的基礎(chǔ)上，想進(jìn)一步提高機(jī)采系統(tǒng)效率就要考慮如何提高電機(jī)負(fù)載率。目前推廣使用的節(jié)能產(chǎn)品大多為了解決抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)的欠載問題。對(duì)幾種節(jié)能產(chǎn)品的工作機(jī)理效果及適用性進(jìn)行分析探討，使其更好地應(yīng)用于生產(chǎn)，對(duì)提高機(jī)采系統(tǒng)效率起到一定的現(xiàn)實(shí)意義。 1.稀土永磁同步電動(dòng)機(jī) 純梁采油廠根據(jù)稀土永磁電機(jī)的實(shí)際特點(diǎn)，針對(duì)采油廠55kW電機(jī)普遍存在的“大馬拉小車”現(xiàn)象，重點(diǎn)采用永磁電機(jī)替換，提高功率因數(shù)，降低裝機(jī)容量。安裝前后分別測(cè)試了15口油井，發(fā)現(xiàn)功率因數(shù)平均提高到了0.85以上，負(fù)載率平均提高近一倍，系統(tǒng)效率也由原來的18.5%提高到了25.7%。 由于稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)無滑差，轉(zhuǎn)子上無激波鐵銅損耗；電機(jī)為雙邊勵(lì)磁，且主要是轉(zhuǎn)子永磁體勵(lì)磁，其功率因數(shù)可高達(dá)1；功率因數(shù)的提高，一方面節(jié)約了無功功率，另一方面也使定子電流下降，定子銅損減少，效率提高。另外稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)的不變損耗小，可變損耗變化比異步電動(dòng)機(jī)可變損耗變化慢，使其效率特性有高而平的特點(diǎn)，這一特點(diǎn)使稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)的節(jié)能效果比其效率的提高更為明顯。 不足的是永磁同步電機(jī)對(duì)抽油機(jī)的平衡情況沒有改善，無法均衡載荷曲線，需要借助其他方式平衡載荷。 2.超級(jí)節(jié)電器 針對(duì)嚴(yán)重供液不足或間歇出油的油井，安裝超級(jí)節(jié)電器根據(jù)油井產(chǎn)液規(guī)律自動(dòng)控制起、停井。安裝后量油時(shí)間變短，泵效提高，電機(jī)負(fù)載率提高，并且由于減少開井時(shí)間而節(jié)約用電量。 超級(jí)節(jié)電器在使用時(shí)必須加強(qiáng)管理，一是由于常時(shí)間停井，冬季易造成堵管線；二是由于自動(dòng)起停井，需作好各項(xiàng)安全防范工作。 3.星角轉(zhuǎn)換節(jié)能控制柜 采用星—三角轉(zhuǎn)換變壓技術(shù)使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩跟隨負(fù)荷變化來提高效率和功率因數(shù)。該控制柜在抽油機(jī)負(fù)荷較大時(shí)以380伏角接法運(yùn)行，負(fù)荷減少時(shí)切換到220伏星接法運(yùn)行。例如在啟動(dòng)時(shí)采用角型接法，電機(jī)在低負(fù)載狀態(tài)運(yùn)行幾分鐘后就自動(dòng)切換為星型接法，降低運(yùn)行電壓，提高機(jī)采系統(tǒng)效率。 經(jīng)過測(cè)試發(fā)現(xiàn)利用星—三角轉(zhuǎn)換變壓技術(shù)可以見到明顯的節(jié)能效果，負(fù)載率提高，改善了“大馬拉小車”現(xiàn)象，主要適用于工作負(fù)載20%以下的油井。不足的是沒有解決電動(dòng)機(jī)起動(dòng)瞬間電流沖擊問題，在電壓切換過程中電動(dòng)機(jī)也將有瞬時(shí)大電流沖擊問題，另外由于控制柜內(nèi)觸點(diǎn)較多，實(shí)際使用中容易發(fā)生故障，維護(hù)工作量大，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性有待于進(jìn)一步提高。   五、幾點(diǎn)思考   1.加強(qiáng)油井的日常管理有助于提高系統(tǒng)效率 采油隊(duì)?wèi)?yīng)該制定切實(shí)可行的油井管理制度，不定期的對(duì)油井運(yùn)行情況進(jìn)行抽查，檢查負(fù)載率和工作制度是否合理，對(duì)電流不平衡、參數(shù)配置不合適和負(fù)載率低的油井，及時(shí)通過調(diào)平衡，調(diào)參數(shù)、換電機(jī)等具體措施解決，提高電動(dòng)機(jī)負(fù)載率，從而提高采油廠機(jī)采系統(tǒng)效率。 2.充分發(fā)揮節(jié)能技改項(xiàng)目的作用，應(yīng)注意以下幾個(gè)方面 ①要想使節(jié)能產(chǎn)品發(fā)揮效益，必須重視前期準(zhǔn)備工作，包括前期測(cè)試，根據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)有針對(duì)性選擇油井等。 ②在使用過程中進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)督促廠家改進(jìn)。我們認(rèn)為對(duì)于經(jīng)濟(jì)壽命為五年的節(jié)能產(chǎn)品，在初步完成鑒定之后，半年內(nèi)應(yīng)再檢測(cè)一次，并將測(cè)試數(shù)據(jù)同先期試驗(yàn)數(shù)據(jù)比較。在剩下的四年時(shí)間里每年測(cè)一次較合理，并將信息及時(shí)反饋給上級(jí)有關(guān)部門同財(cái)務(wù)分期付款制度相結(jié)合，這無論對(duì)節(jié)能新產(chǎn)品的更新?lián)Q代還是企業(yè)降本增效都是有益的。 ③目前社會(huì)上節(jié)能產(chǎn)品廠家眾多，有的廠家技術(shù)力量雄厚而有的只不過是臨時(shí)拼湊的，產(chǎn)品質(zhì)量難以得到保證。有一些節(jié)能產(chǎn)品的性能不穩(wěn)定，具有短期性，這會(huì)給企業(yè)帶來很大的不應(yīng)有的損失，而對(duì)節(jié)能產(chǎn)品進(jìn)行定期跟蹤檢測(cè)，根據(jù)實(shí)際情況按比例付款，可有效杜絕假冒偽劣產(chǎn)品，避免許多弊端，對(duì)油田的生產(chǎn)管理和節(jié)能降耗工作將起到積極作用。 3.好節(jié)能宣傳教育工作 要利用多種形式大力宣傳節(jié)能技改工作的重要性和必要性，形成領(lǐng)導(dǎo)重視，職工積極參與的良好氛圍，主動(dòng)管理好實(shí)施節(jié)能措施的設(shè)備，使職工意識(shí)到節(jié)能技改事關(guān)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，與自身利益息息相關(guān)。油田是國(guó)家能源基地，也是耗能大戶，因此做好節(jié)能工作刻不容緩。