提高低渗油田抽油机运行效率技术探讨

摘要：针对长庆油田采油三厂低渗油田开发中抽油机系统能耗高、效率低的问题，本文通过分析低渗油藏地质特征与抽油机运行参数匹配性，结合现场试验数据，从优化抽汲参数、改进系统效率监测方法、应用智能控制技术三个方面提出技术改进方案。通过实施抽油机平衡度动态调节、冲程冲次优化组合、变频调速技术应用等措施，使系统效率提升12.3%，单井日节电达到15.8kW·h，为低渗油田高效开发提供技术支持。

关键词：低渗透油田；抽油机系统效率；参数优化；智能控制；节能降耗

一、引言

在我国石油开采领域，低渗-特低渗油藏的开发占据着重要地位。长庆油田采油三厂主力区块便属于典型的低渗-特低渗油藏，其渗透率＜5mD。此类油藏储层物性差，供液能力不足，给采油作业带来诸多挑战。目前，该区块内游梁式抽油机在设备总量中占比达83%，然而却普遍存在泵效低（平均38.6%）、系统效率低（平均28.4%）的问题，这不仅导致能源浪费严重，还极大地增加了采油成本。根据2022年的统计数据，抽油机能耗在采油总成本中的占比高达21.7%。在当前能源成本不断上升以及环保要求日益严格的背景下，通过技术改进提升抽油机的运行效率已成为当务之急。

提高抽油机运行效率具有多方面的重要意义。从经济角度来看，能够有效降低生产成本，提高油田开发的经济效益。高效的抽油机运行可减少能源消耗，降低电力成本，同时减少设备维护和更换的频率，延长设备使用寿命，进一步降低运营成本。从环保角度出发，提高运行效率有助于减少能源浪费，降低碳排放，推动油田实现绿色低碳开发，符合可持续发展的战略要求。因此，本文结合长庆油田采油三厂的生产实际，深入探索适用于低渗油田的抽油机增效技术路径，旨在为解决低渗油田抽油机运行效率问题提供理论支持和实践指导。

二、低渗油田抽油机效率影响因素分析

2.1地质条件制约

（1）地层供液能力不足：地层供液能力不足是影响抽油机效率的关键地质因素之一。在长庆油田采油三厂主力区块，由于储层物性差，地层供液能力有限，导致泵充满度低，通常＜60%。泵充满度低意味着抽油机在抽汲过程中，泵内不能充分充满液体，使得每次抽汲的有效液量减少，进而降低了抽油机的泵效和系统效率。

（2）原油黏度高：该区块原油黏度较高，在50℃时黏度≥15mPa·s。高黏度的原油增加了杆柱在井筒内运动的阻力，增大了杆柱载荷。这不仅需要抽油机提供更大的动力来克服阻力，导致能耗增加，而且还会加速杆柱的磨损，缩短杆柱的使用寿命，对抽油机的正常运行和效率产生负面影响。

2.1.3井斜角大：

区块内井斜角大的问题较为突出，＞15°井的占比达到32%。较大的井斜角会加剧管杆之间的偏磨。管杆偏磨不仅会增加设备的维修成本和停机时间，还会影响抽汲的稳定性和效率，严重时甚至会导致管杆断裂，造成生产事故。

2.2设备运行问题

（1）抽汲参数与地层产能不匹配：目前，区块内抽油机存在抽汲参数与地层产能不匹配的问题。许多抽油机采用固定冲次，无法根据地层产能的变化进行实时调整，导致无效行程的出现。无效行程意味着抽油机在做无用功，同时也降低了抽油机的系统效率。

（2）平衡度不合格：现场检测数据显示，抽油机平衡度的合格率仅为71%。平衡度不合格会使抽油机在运行过程中出现不平衡现象，导致电机负载不均匀，增加电机的能耗和磨损。同时，不平衡运行还会对抽油机的结构部件产生额外的应力，缩短设备的使用寿命。

（3）电机负载率低：电机负载率低也是影响抽油机效率的一个重要因素。在该区块，电机负载率＜40%的情况较为普遍，这使得电机的功率因数低下。低功率因数会导致电网传输效率降低，增加电网的损耗，同时也会影响电机的运行性能，降低抽油机的整体效率。

2.3管理技术短板

（1）人工调参滞后性强：在抽油机的日常管理中，人工调参是一种常见的调节方式。然而，人工调参存在严重的滞后性，响应周期通常为3-5天。在这期间，地层产能和油井工况可能已经发生变化，而抽汲参数却未能及时调整，导致抽油机无法在最佳状态下运行，影响了运行效率。

（2）缺乏实时监测手段：目前，仅有50%的井安装了功图仪，缺乏实时监测手段。功图仪可以实时监测抽油机的运行状态，通过分析功图数据，可以及时发现抽油机运行中存在的问题，如泵漏失、管杆偏磨等，并为抽汲参数的调整提供依据。缺乏实时监测手段使得管理人员无法及时掌握油井的运行情况，难以及时采取有效的措施来优化抽油机的运行。

（3）传统设计理念导致设备选型偏大：传统的“大马拉小车”设计理念在该区块的抽油机设备选型中较为常见，这导致设备选型偏大。过大的设备不仅购置成本高，而且在运行过程中能耗也高。同时，由于设备的实际运行负荷低于其额定负荷，设备的运行效率也会受到影响。

三、提高运行效率的关键技术措施

3.1抽汲参数动态优化技术

（1）冲程冲次优化模型：为了实现抽汲参数的动态优化，建立了基于油井流入动态曲线（IPR）的数学模型： 该模型综合考虑了油井的地层压力、井底流压、采液指数等因素，通过对这些参数的实时监测和分析，可以准确计算出不同工况下的最佳冲程和冲次，从而实现抽汲参数的优化，提高抽油机的泵效和系统效率。

（2）现场应用案例：在XX区块开展了抽汲参数优化试验，将原来的固定冲次（6次/min）调整为智能变频控制（4-8次/min动态调节）。通过应用冲程冲次优化模型，根据油井的实时工况动态调整冲次。试验结果表明，泵效由41.2%提升至53.8%，系统效率提高了9.2%。这充分证明了抽汲参数动态优化技术的有效性和可行性。

3.2智能控制系统开发

构建了“传感器层-边缘计算层-云平台”三级控制系统。在传感器层，安装了载荷、位移、电流传感器，用于实时采集抽油机的运行数据，包括载荷变化、位移量、电流大小等。这些数据是分析抽油机运行状态和优化抽汲参数的重要依据。边缘计算层采用嵌入式控制器，能够对传感器采集到的数据进行实时处理和分析，计算出平衡度、功率因数等关键参数。通过对这些参数的实时监测和分析，可以及时发现抽油机运行中存在的问题，并采取相应的措施进行调整。云平台则利用大数据分析技术，对大量的油井运行数据进行深度挖掘和分析，生成科学合理的调参方案。同时，云平台还可以实现对抽油机的远程监控和管理，提高管理效率。

3.3设备改造技术

（1）永磁同步电机应用：在设备改造方面，应用了永磁同步电机。通过对比试验表明，永磁电机较传统异步电机具有更高的效率。永磁电机的效率提升了15%-20%，功率因数从0.68提高到0.92。永磁同步电机的高效运行不仅降低了能耗，还提高了抽油机的整体性能。

（2）柔性连杆机构改造：采用碳纤维复合材料连杆对抽油机的连杆机构进行改造，实现了减重30%，降低惯性载荷18.5%。柔性连杆机构的应用减少了抽油机在运行过程中的惯性力，降低了设备的磨损和能耗，同时也提高了抽油机的运行稳定性和效率。

四、现场应用效果分析

在长庆油田XX区块选取20口试验井，实施综合技术改造后，取得了显著的效果。具体数据如下表所示：

从数据可以看出，综合技术改造后，抽油机的系统效率得到了显著提升，提高了13.0%。单井日耗电明显降低，减少了15.9%，有效降低了能源消耗。检泵周期延长了42.5%，从412天延长至587天，减少了设备的维修次数和停机时间，提高了生产的连续性和稳定性。

五、结论与展望

（1）通过建立抽汲参数动态优化模型，实现了产液量与能耗的协同控制。根据油井的实时工况动态调整抽汲参数，提高了泵效和系统效率，降低了能源消耗。（2）智能控制系统的开发使调参响应时间从72小时缩短至15分钟，实现了抽汲参数的快速、准确调整。（3）设备改造技术的应用取得了良好的效果。永磁同步电机的应用提高了电机效率和功率因数，柔性连杆机构改造降低了惯性载荷和能耗，延长了设备使用寿命。

参考文献

[1]王芳.低渗透油田机械采油综合节能技术研究与优化[C]//2018第三届中国石油石化节能减排技术交流大会论文集.2018：108-116.