机械采油井系统效率计算方法

机械采油井系统效率计算方法
一定义
1 机械采油井的输入功率——拖动机械采油设备的输入功率
2 机械采油井的有效功率——将井内液体输送到地面所需要的功率
3 机械采油井的系统效率——机械采油井的有效功率与输入功率的比值
4 抽油机井的光杆功率——光杆提升液体并克服井下各种阻力所消耗的功率
5 抽油机井的地面效率——光杆功率与电机输入功率的比值（电动机效率·皮带轮效率·抽油机四连机构效率）
6 抽油机井的井下效率——抽油机井的有效功率与光杆功率的比值（盘根盒效率·抽油杆柱效率·抽油泵效率·油管效率）
二测试方法和计算公式
1电气测试参量：输入功率或电流、电压和功率因数。

2井口测试参量：回压、套压、产液量、含水率和原油相对密度。

3井下测试参量：油井动液面深度。

4光杆测试参量：光杆载荷和光杆位移。

计算公式
1机械采油井的输入功率P1=3600n p·K·K1/N p·t p
式中：P1——输入功率，KW
n p——有功电表所转的圈数，r
K——电流互感器变比，常数
K1——电压互感器变比，常数
N p——有功电能表耗电为1KW·h时所转的圈数，r/(KW·h)
t p——有功电能表转N p所用的时间，s
（现在输入由仪器直接测出）
2机械采油井的有效功率P2=Q·H·ρ·g/86400
式中：P2——有效功率，KW
Q——油井产液量，m3/d
H——有效扬程，m
ρ——油井液体密度，t/ m3
g——重力加速度，g=9.8m/s2
3有效扬程H=H d+（p o-p t）·1000/p·g
式中：H——有效扬程，m
H d——油井动液面深度，m
p o——回压，MPa
p t——套压，MPa
4油井液体密度ρ=(1-f w)·ρo+f w·ρw
式中：f w——含水率
ρo——油的密度，t/m3
ρw——水的密度，t/m3
5光杆功率（抽油机井）P3=A·S d·n c·n s/60000
式中：P3——抽油机光杆功率，kW
A——示功图面积，mm2
S d——示功图减程比，m/mm
n c——示功图力比，N/mm
n s——光杆实测冲次，min-1
（由仪器直接测出）
6抽油机的地面效率ηd=P3/P1
式中：ηd——抽油机井的地面效率
7抽油机井的井下效率ηj=P2/P3
式中：ηj——抽油机井的井下效率
8单井的系统效率η=P2/P1
式中：η——单井系统效率
测试方法
测试井的选择——应选机械采油井所配机、泵正常运行的生产井为测试对象
测试用仪器仪表——应在检定合格周期内
待测参量的测试——检查仪器仪表连接无误后，按机械采油井的操作规程进行启动。

待机械采油设备正常运行20min后进行测试。

应保证输入功率、油井产液量、动液面深度、油井回压和套压等主要参量同步测试。

测试井为抽油机井时，还应保证光杆载荷和光杆位移与上述参量同步测试。

抽油机平衡度
游梁式抽油机井的系统效率影响较大，平衡差的井能耗大，系统效率
低。

调整抽油井的平衡度，可以提高其系统效率，同时抽油机平衡状况的好坏，直接影响抽油机连杆机构、减速箱和电机的效率与寿命。

因此对于抽油机平衡状况的判断和平衡半径的计算，必须给予高度重视。

电流法ß=I下max/I上max·100%
式中：ß——平衡度，<80%为欠平衡；=100%为平衡；>120%为过平衡 I下max——下冲程最大电流，一般取3次平均值
I上max——上冲程最大电流，一般取3次平均值
根据油田实测数据，做出平衡率
从图中看出，平衡度在80%—100%
时抽油机耗能最低。

我们一般认为
平衡度在80%—100%之间都算是
平衡的。

功率曲线法判定和调整抽油机平衡
功率曲线法，是利用功率记录仪把电动机的功率变化曲线记录下来，借以分析、判断抽油机的平衡状况和调整平衡半径的方法。

如果功率平衡率（上冲程和下冲程最大功率的百分比）大于70%，则认为平衡；反之，认为不平衡。

测试数据在实际生产中的运用与分析
节点分析
影响机采效率的因素很多，如供电线路损耗、变压器损耗、电机控制
柜损耗、电机效率损耗、机械系统效率损耗、泵效损耗等等。

如何对各节点进行准确分析并制定针对性措施是降低机采系统耗电量，控制吨油耗能的关键。

如上所说，用节点分析法机采系统效率可分为地面效率和井下效率两部分。

地面部分的影响因素有为动力装置利用率、平衡度、抽油机参数优化状况和变压器、控制柜状况等因素；井下部分的影响因素有沉没度状况、盘根盒状况、管柱状况和泵效状况等因素。

各节点之间的关系可通过下边的关联图表示。

提高抽油机系统效率技术
对于系统效率低的抽油机井，应该采用节点分析法，对地上效率，地下效率具体分析。

造成油井的系统效率低的因素是多方面的。

通过现场测试计算出油井的地上、地下效率，可以更加迅捷的分析其具体原因。

地上效率低的油井可对电机和抽油机合理优化；地下效率低的油
井，可对地下工艺合理优化，从而实现提高系统效率、节能的效果。

1、动力装置利用率、功率因数
对于动力装置利用率、功率因数低的井，抽油机配套电机的轻载现象是非常普遍的。

导致这一现象的原因主要有两点：第一，多年来抽油机的驱动电机一直采用通用系列异步电机，这种电机额定的效率和功率因数呈现最大值，当负载降低时，效率和功率因数都随之下降，能耗随之增大；第二，通用系列异步电机启动转矩倍数只有1.8倍，最大为2.0倍。

因此在选用时为考虑启动和特殊作业时的需要，不得不提高装机功率，造成“大马拉小车”现象。

抽油机扭矩的脉动
幅值很大，脉动大
的结果是载荷峰值
大而平均载荷低；
但为了满足最大负
荷的要求，不得不
配用大功率电机，
现场测试抽油机适
配电动机的负荷率
在20％左右。

电机负载率与电机效率的关系曲线
从上边的电机负载率与电机效率的关系曲线图可以看出，当电机负载率低于50%时，电机的效率下降非常明显。

但是，由于抽油机负载变化的特殊性，提高电动机效率的工作存在很多技术上的难点。

在油田应用过的技术主要有使用新型节能电机、使用自动调压变压器等等。

综合来讲：对于动力装置利用率、功率因数低的井，选用合适匹
配的电机是最有效的提高效率的手段。

2平衡度
近几年来，我们都是用下行最大电流与上行最大电流的比值来评价抽油机的系统平衡度。

当之个比值在85%~110%之间时，认为这台抽油机是平衡的。

但是由功率与电流的关系式N=3IUcosϕ知，转角ϕ从0°到360°变化时，功率因数cosϕ在+1与－1之间变化，所以功率N随电流I为非线性变化，尤其是cosϕ小于0时，其非曲线性更加严重。

如果以电流峰值比作为平衡率，则不能揭示负功问题。

因为电流测不出负值。

当负功电流和正功电流接近时，电流峰值比很高，误以为很平衡（其实很不平衡）。

因此，我们在今后工作的重点就是在采油队普及功率法测试和调节抽油机平衡，尽量避免电流法存在的因负功电流大引起的假象平衡问题。

今年各采油队已经配置了抽油机系统效率单相测试仪，该仪器不但具有能测试抽油机有功功率、无功功率、功率因数的功能，还可以同时用电流法和功率法对抽油机平衡度进行测试。

我们通过对采油26队8口功率平衡率低的井重新按功率法调平衡后，测试结果表明：功率法评判抽油机的平衡比电流法符合实际，能消除电流法在一些情况下的假象平衡，节电显著。

3、系统效率低的抽油机井
油井的系统效率：是对抽油机井经济运行的综合评价，其最大目标值是38.4%。

系统效率>20%为合格。

对于系统效率低的抽油机井，应该采用节点分析法，对地上效率，地下效率具体分析。

造成油井的系
统效率低的因素是多方面的。

通过现场测试计算出油井的地上、地下效率，可以更加迅捷的分析其具体原因。

地上效率低的油井可对电机和抽油机合理优化；地下效率低的油井，可对地下工艺合理优化，从而实现提高系统效率、节能的效果。

抽油机系统效率单相测试仪使用情况
经过对全厂各个采油队单相测试仪测试数据的检查与对比，各采油队基本掌握了仪器的测试使用方法。

通过与日制3166仪器的现场同步比对，误差基本在10%之内，基本满足了日常生产的需要。

发现几点问题如下：
1、个别采油队未能正确使用测试仪器，测试井次错误数据较多，应加强测试人员的基本培训。

2、使用单相测试仪测试抽油机系统效率时，应注意与示功图、动液面同步进行，避免各参数测试不同步引起的误差。

3、对于测试数据异常的井，应该检查电流钳方向是否正确、电压钳与测试点之间接触是否良好、采取重复测试、换相测试等方法，避免造成人为误差。

4、仪器对于超过660V电压的油井的测试数据误差较大，这点已将信息反馈给生产厂家，由厂家组织力量解决。

5、测试仪因使用频率高，接线钳出现不同程度的损坏，现场操作时的危险系数增加，应及时进行更换与维修。