节能降耗技术在机械采油中的应用浅析

一、 引言

随着油田开发进入中后期，地层压力持续衰减，天然能量供给不足，机械采油占比显著攀升。然而，传统机械采油设备（尤其是占据主导地位的游梁式抽油机）普遍存在系统效率低下、能耗高（单井年耗电可达数万千瓦时）等问题，导致油田开发成本居高不下。

在国家“双碳”战略（2030 碳达峰、2060 碳中和）的刚性约束下，油田企业亟需通过技术创新与智能化升级降低机械采油系统能耗。因此，推广高效节能技术，优化机采系统运行管理，不仅是油田降本增效的关键举措，更是实现绿色低碳转型的必由之路，对保障国家能源安全与可持续发展具有重大战略意义。

二、应用

（一）在电机驱动端加装变频器，实现对抽油机运行参数的精准调控。

节能原理：软启动功能可将启动电流控制在额定电流的1.5 倍以内，远低于传统启动方式的5-7 倍，大幅降低了启动过程中的能量损耗和对设备的冲击。节冲次方面，通过实时监测油井的供液能力，动态调整抽油机冲次在3-12次/分钟范围内变化，使抽汲参数与油井产能实时匹配，对于供液不足的油井，可减少无效行程 30% 以上。功率因数补偿使系统功率因数从 0.5-0.7 提升至 0.9 以上，降低了线路损耗。综合节电率可达 15%-30% ，在不同类型油井中均有良好的节能表现，是目前应用最广泛的节能技术之一。

（二）井下节能工具与技术

1、抽油杆柱优化：应用高强度玻璃纤维抽油杆，其密度仅为钢杆的 1/4，在相同工况下可减轻杆柱重量 40% 以上；连续抽油杆（柔杆）消除了接箍，减少了杆管摩擦点，降低摩擦损失 20%-30% ；通过合理的加重杆组合设计，可有效平衡杆柱的弹性变形，提高系统效率。

2、高效井下抽油泵采用流线型阀球阀座，减少了液体流动阻力，同时将漏失间隙控制在 0.05mm 以内，泵效提升 8%-15% 。

3、减载器通过液压或机械方式降低抽油杆柱的载荷，降粘降阻技术中，抽油杆扶正器可使杆管偏磨程度降低 50% 以上，井筒降粘剂则能将原油粘度降低 30%-60% ，显著减少了液体流动阻力。

（三）系统智能化管理与优化

1、物联网与功图量油系统通过在油井井口和井下部署各类传感器（如载荷、电流、功率传感器），实现了关键参数的实时高频采集（采样频率可达 10Hz ）。具体而言，位于井场的数据采集前端（RTU）直接采集井口载荷传感器提供的功图数据，而上层的 SCADA 系统则集中采集来自各 RTU 的整合信息。基于这些实时汇聚的丰富数据，结合先进的功图分析模型，系统能够精确诊断出油井的多种复杂工况，例如供液不足、气锁、卡泵等，其诊断准确率可达 90% 以上。。

2、大数据分析与智能调参基于历史生产数据和实时工况，利用机器学习算法构建抽油参数优化模型，可自动或辅助优化抽汲参数，使系统始终运行在高效区，效率提升 5%-10% 。

3、间抽控制对于低产液井，根据液面恢复模型，自动控制抽油机的运行与停止，使日运行时间减少 40%-60% ，大幅降低了无效能耗。

4、通过将高清视频监控、AI 视觉识别技术与机械采油设备联动，可实现对抽油机、电泵等关键设备的 24 小时智能巡检，自动识别设备异常振动、漏油等故障隐患，并结合能耗监测数据及时调整运行参数，避免无效能耗。同时，视频监控系统与 SCADA 系统的数据互通，使远程运维人员能够直观掌握现场设备状态，快速响应处置，既提升了管理效率，又减少了不必要的现场巡检能耗。此外，通过视频分析技术对井场照明、辅助设备进行智能管控，可进一步降低非生产性能耗。这种“视频监控 + 智能分析 + 节能调控”的三维联动模式，不仅提高了机械采油系统的安全性和能效水平，也为油田构建数字化、智能化的绿色生产体系提供了创新解决方案。

（四）新材料与新技术应用

1、超高分子量聚乙烯内衬油管的摩擦系数仅为 0.05-0.1，较普通油管降低 60%-70% ，显著减少了杆管摩擦功耗。

2、纳米涂层技术应用于泵筒、柱塞等关键摩擦副表面，使表面硬度达到HV1000 以上，耐磨性提高 3-5 倍，摩擦阻力降低 40% 以上。

（五）新能源应用探索方面，在偏远或无电网井场，建设太阳能光伏电站配合储能系统，可满足抽油机 30%-50% 的电力需求；风能与电网互补供电系统也在部分地区进行了试点应用，取得了良好的节能效果。

三、应用效果与典型案例

（一）某油田区块永磁电机 + 智能变频控制技术改造案例

该油田区块共有 132 口游梁式抽油机井，平均日产液量 50m³ ，原有系统平均效率为 25% 。

改造方案：将原有的普通异步电机更换为永磁同步电机，并加装智能变频控制系统，实现冲次的自动调节和功率因数补偿。

改造后效果：系统平均效率提升至 37% ，提高了 12 个百分点；单井日均耗电量从 320 千瓦时降至 240 千瓦时以下，日均节电超过 80 千瓦时；按照工业电价0.6 元/ 千瓦时计算，单井年节电效益约1.75 万元，132 口井年总节电效益约 231 万元。该改造项目总投资 260 万元，投资回收期约1.3 年。

（二）某低产液井智能间抽控制案例

该低产液井日产液量仅 5m³ ，原有抽油机连续运行，日均耗电 180千瓦时，但有效抽汲效率低。

实施基于液面恢复模型的智能间抽控制：通过安装液面监测仪，实时监测井筒液面变化，当液面达到设定上限时自动启动抽油机，液面降至下限则自动停止。

实施后效果：抽油机日运行时间从 24 小时减少至 14.4 小时，减少了 40% ；日均耗电量从 180 千瓦时降至 117 千瓦时，节电率达 35% ；年节电约 2.3 万度，节电效益约 1.38 万元，设备磨损也相应减少，延长了维护周期。

（三）某高含蜡稠油井新材料应用案例

该高含蜡稠油井原油粘度在 50% 时为 2000mPa⋅⋅ ，杆管摩擦严重，系统输入功率高。

采用超高分子量聚乙烯内衬油管配合井筒化学降粘方案：内衬油管降低了杆管摩擦系数，化学降粘剂将原油粘度降至 800mPa⋅⋅_s 以下。

应用效果：杆管摩擦损失降低约 20% ，系统输入功率从 45KW 降至36KW，下降幅度达 20% ；单井日均节电约216 千瓦时，年节电约7.88万度，同时减少了抽油杆和油管的更换频率，每年节约维护费用约 5 万元。

（四）某定向井连续抽油杆应用案例

该定向井井斜角达 30^∘ °，传统抽油杆与油管偏磨严重，平均每 3个月就需更换抽油杆和油管，维护成本高，且系统效率仅为 20% 。

应用连续抽油杆（柔杆）后，消除了接箍，减少了偏磨点，同时配合抽油杆扶正器，杆管摩擦阻力降低 30% 。

改造后效果：系统效率提升至 28% ，单井日均节电 60 千瓦时；抽油杆和油管的更换周期延长至 12 个月，年节约维护费用约 8 万元，综合经济效益显著。

四、结论

节能降耗技术在机械采油领域已取得显著成效，成为油田降本增效和绿色低碳转型的关键抓手。未来需持续推进智能化与数字化深度融合，依托物联网、大数据分析和人工智能技术，实现设备运行状态的实时监测与智能调控；同时积极探索新能源协同应用，推动光伏发电与传统采油系统的结合。此外，应加强系统化与精细化管理，建立全生命周期能效评价体系，优化油井动态调控，并完善节能降耗行业标准与政策支持，引导产学研合作攻关关键技术。通过多措并举，推动机械采油系统向低碳化、智能化和高效化加速迈进，为油田行业实现“双碳”目标和可持续高质量发展提供坚实支撑。

参考文献

[1] 中国石油天然气集团公司。油田生产节能技术手册 [M]。北京：石油工业出版社。

[2] 永磁同步直驱技术在抽油机上的应用与节能分析 [J] 李忠惠 ， 张辉，赵海。石油钻采工艺2021（03）。

[3] 抽油机系统节能技术研究与应用进展 [J] 周志平，李大建，何淼。石油机械 2022（05）。

[4] 基于大数据分析的抽油机智能调参优化方法研究 [J] 景帅，李洋，周琦，刘盼，马天琦。油气田地面工程2023（02）。

[5] 机械采油中的节能降耗技术应用研究 [J] 王跃。中国石油和化工标准与质量 2024（03）。

[6] 节能降耗技术在机械采油中的应用研究 [J] 林旭。石化技术2024（05）。