應(yīng)用節(jié)能技術(shù)降低生產(chǎn)能耗

張麗平（大慶油田有限責(zé)任公司第八采油廠）

應(yīng)用節(jié)能技術(shù)降低生產(chǎn)能耗

張麗平（大慶油田有限責(zé)任公司第八采油廠）

通過(guò)對(duì)機(jī)采系統(tǒng)的耗電現(xiàn)狀分析，總結(jié)了在“十一五”期間通過(guò)優(yōu)選新建產(chǎn)能井節(jié)能設(shè)備參數(shù)、優(yōu)化老井工作參數(shù)和低產(chǎn)油井改提撈采油等多種節(jié)能措施綜合應(yīng)用的節(jié)能效果，并分析了目前制約抽油機(jī)井系統(tǒng)效率提高的三個(gè)主要問(wèn)題。結(jié)合某油廠實(shí)際情況，分析了機(jī)采系統(tǒng)的節(jié)能潛力并得出了幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)及建議，為進(jìn)一步降低機(jī)械采油系統(tǒng)能耗提供了可靠依據(jù)。

節(jié)能 降耗 系統(tǒng)效率

D O I:10.3969/j.i ssn.2095-1493.2011.05.015

截至2010年底，某采油廠共有抽油機(jī)井2543口，開(kāi)井1979口，年舉升液量136.2×104t，總裝機(jī)功率4.0×104kW，噸油耗電173.5 kW·h，噸液耗電121.0 kW·h，年耗電16485×104kW·h。其中抽油機(jī)耗電6694.1×104kW·h，占總耗電量的40.6%。

由于單井產(chǎn)量低，原油物性差，造成抽油機(jī)井系統(tǒng)效率低，生產(chǎn)能耗高?！笆晃濉逼陂g，采取了一些實(shí)用的節(jié)能技術(shù)使能耗得到一定控制。

1 節(jié)能技術(shù)應(yīng)用情況

針對(duì)油田舉升設(shè)備耗電量大的問(wèn)題，在加強(qiáng)日常管理和參數(shù)調(diào)整的基礎(chǔ)上，開(kāi)展科研攻關(guān)與試驗(yàn)，推廣實(shí)用新技術(shù)[1]。一是做好新建產(chǎn)能井節(jié)能設(shè)備優(yōu)選和工藝參數(shù)匹配工作，降低裝機(jī)功率，控制能耗水平；二是以系統(tǒng)效率優(yōu)化為中心，加強(qiáng)參數(shù)優(yōu)化調(diào)整，降低老井能耗；三是擴(kuò)大提撈采油技術(shù)應(yīng)用規(guī)模，改變舉升方式，有效解決低產(chǎn)井生產(chǎn)能耗高的問(wèn)題。

1.1 優(yōu)選新建產(chǎn)能井的節(jié)能設(shè)備和生產(chǎn)參數(shù)優(yōu)化

1.1.1 推廣節(jié)能抽油機(jī)

截至2010年底，全廠在用節(jié)能型抽油機(jī)492臺(tái)，占抽油機(jī)開(kāi)井總數(shù)的24.86%，其中雙驢頭抽油機(jī)67臺(tái)，低矮型抽油機(jī)425臺(tái)。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試對(duì)比，低矮型抽油機(jī)平均系統(tǒng)效率8.85%，比常規(guī)抽油機(jī)提高0.44個(gè)百分點(diǎn)；日耗電101.9 kW·h，比常規(guī)抽油機(jī)降低22.9 kW·h，平均單井年節(jié)電0.84×104kW·h。雙驢頭抽油機(jī)平均系統(tǒng)效率8.98%，比常規(guī)抽油機(jī)提高0.57個(gè)百分點(diǎn)；平均單井日耗電94.0 kW·h，比常規(guī)抽油機(jī)降低30.8 kW·h，平均單井年節(jié)電1.1×104kW·h。

1.1.2 推廣節(jié)能拖動(dòng)裝置

“十一五”期間，全廠針對(duì)單井產(chǎn)能低、原油黏度大、負(fù)載率低、系統(tǒng)效率低等特點(diǎn)，在產(chǎn)能新井上應(yīng)用了節(jié)能拖動(dòng)裝置，主要包括雙速拖動(dòng)裝置系列510臺(tái)、永磁拖動(dòng)裝置系列266臺(tái)。與同功率電動(dòng)機(jī)相比綜合節(jié)電率達(dá)到10%以上[2-3]。

（1）雙速拖動(dòng)裝置系列，采用超高滑差啟動(dòng)、雙速運(yùn)行、無(wú)功補(bǔ)償節(jié)能方式，具有轉(zhuǎn)差率高、起動(dòng)力矩大、過(guò)載能力強(qiáng)、運(yùn)行特性平滑、堵轉(zhuǎn)電流小、堵轉(zhuǎn)力矩大、節(jié)能效果顯著的特點(diǎn)；可降低裝機(jī)容量，配電變壓器容量可以降低一個(gè)等級(jí)，提高拖動(dòng)裝置的運(yùn)行效率和功率因數(shù)，降低網(wǎng)絡(luò)損耗。

與22 kW的Y系列拖動(dòng)裝置相比，采用雙速拖動(dòng)裝置裝機(jī)容量降低16%，功率因數(shù)提高0.47，有功節(jié)電率12.8%，無(wú)功節(jié)電率79.17%，綜合節(jié)電率19.15%，累計(jì)年節(jié)電13578 kW·h。

（2）永磁拖動(dòng)裝置系列，其轉(zhuǎn)子為永磁結(jié)構(gòu)，磁極采用稀土永磁材料——釹鐵硼制成；拖動(dòng)裝置采用異步啟動(dòng)、同步工作方式，無(wú)轉(zhuǎn)差損耗，且轉(zhuǎn)子不需外加勵(lì)磁電源；具有效率和功率因數(shù)高且曲線平坦，而且負(fù)載越輕時(shí)效率和功率因數(shù)越高。

通過(guò)與常規(guī)拖動(dòng)裝置對(duì)比，安裝永磁拖動(dòng)裝置的井，有功節(jié)電率14.8%，無(wú)功節(jié)電率83.24%，綜合節(jié)電率21.47%，年累計(jì)節(jié)電13697.1 kW·h。2011年，產(chǎn)能新井121口全部使用節(jié)能拖動(dòng)裝置，平均單井日節(jié)電按10 kW·h計(jì)算，全年可節(jié)電44.2×104kW·h。

1.1.3 優(yōu)化新井桿柱組合

為了合理優(yōu)化新投產(chǎn)區(qū)塊桿柱組合，應(yīng)用API設(shè)計(jì)方法，在確定材質(zhì)前提下，采用等強(qiáng)度方法計(jì)算抽油桿的最大許用應(yīng)力和最大應(yīng)力，并考慮一定安全系數(shù)，確定抽油桿型號(hào)和多級(jí)桿組合比例。

在B區(qū)塊加密區(qū)、C區(qū)塊加密區(qū)、D區(qū)塊新投產(chǎn)井中，累計(jì)應(yīng)用高強(qiáng)度抽油桿37.4×104m。例如，C區(qū)塊加密井與老井相比平均單井最大載荷下降2.35 kN，平均電流下降0.85 A，平均單井年節(jié)電0.15×104kW·h。

1.2 優(yōu)化老井工作參數(shù)，降低生產(chǎn)能耗

1.2.1 應(yīng)用軟件優(yōu)化抽油機(jī)井參數(shù)

截至2010年底，應(yīng)用系統(tǒng)效率優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)320口井，優(yōu)化前平均系統(tǒng)效率為5.52%，優(yōu)化后平均系統(tǒng)效率為8.34%，上升了2.82個(gè)百分點(diǎn)；消耗功率從優(yōu)化前的單井平均5.63 kW下降到優(yōu)化后的單井平均3.89 kW，下降了1.74 kW；平均單井年節(jié)電1.35×104kW·h。

1.2.2 加大參數(shù)調(diào)整力度

“十一五”期間共調(diào)參2600井次，其中調(diào)沖程523井次，調(diào)沖速1577井次，調(diào)泵徑399井次；上提泵掛964井次，泵深平均上提76.8 m，與2005年相比平均下泵深度由1029 m提至956.59 m；合理區(qū)比例由67.28%增至85.77%，參數(shù)偏大區(qū)比例由26.27%降至11.25%。調(diào)參前后對(duì)比電流下降4 A，最大載荷下降了1.08 kN，泵效上升到20.37%，平均單井年節(jié)電0.72×104kW·h。

1.2.3 加大高強(qiáng)度抽油桿更換力度

HY級(jí)高強(qiáng)度抽油桿具有較高的表面硬度和較高的抗拉強(qiáng)度，替代原來(lái)的D級(jí)抽油桿降級(jí)使用后，可減輕桿柱重量25%，減少體積26%，增大油流空間，改善桿管的受力狀況。

累計(jì)全井更換高強(qiáng)桿38.5321×104m。應(yīng)用前平均上下載荷為36.9/17.2 kN，上下電流為17.4/16.9 A；應(yīng)用后平均上下載荷為33.7/14.5 kN，上下電流為14.9/14.8 A；前后對(duì)比平均上下載荷下降3.2/2.7 kN，上下電流下降2.5/2.1 A，單井年節(jié)電0.41×104kW·h。

1.3 低產(chǎn)油井改提撈采油，降低成本

通過(guò)幾年的攻關(guān)試驗(yàn)，提撈采油工程車及相關(guān)的配套技術(shù)日趨成熟，滿足了小井眼、深井、稠油井等不同井況提撈采油生產(chǎn)的需要；為降低一次性投資，有效開(kāi)發(fā)外圍“三低”油田，降低生產(chǎn)操作成本，延長(zhǎng)老區(qū)塊的經(jīng)濟(jì)開(kāi)采期探索了新途徑。到2010年底，提撈采油井由2005年的117口，增加到547口，撈油量由1.64×104t上升至9.4316×104t。老井轉(zhuǎn)提撈前平均裝機(jī)功率19.45 kW，日耗電114.3 kW·h，平均單井年節(jié)電4.0×104kW·h。2006年抽油機(jī)改提撈20口井，全年節(jié)電80×104kW·h。

2 目前存在問(wèn)題及潛力分析

2.1 存在問(wèn)題

2.1.1 油井產(chǎn)能低，系統(tǒng)效率上提空間小

在現(xiàn)有條件基礎(chǔ)上，進(jìn)行系統(tǒng)效率優(yōu)化選井范圍逐年縮小，繼續(xù)提高系統(tǒng)效率的空間較小。部分新投區(qū)塊產(chǎn)量低，系統(tǒng)效率低，也給系統(tǒng)效率的提高帶來(lái)很大的難度。截至三季度，廠系統(tǒng)效率僅為5.94%。

2.1.2 原油物性差，間抽技術(shù)不適用

由于原油物性差，油井存在結(jié)蠟、偏磨等問(wèn)題，停機(jī)易出現(xiàn)泵況問(wèn)題，致使低產(chǎn)井無(wú)法采用間抽技術(shù)，系統(tǒng)效率低。

2.1.3 參數(shù)調(diào)整余地小

“十一五”以來(lái)，全廠抽油機(jī)參數(shù)累計(jì)調(diào)整2600井次，目前沖程利用率為85.68%，沖速利用率為32.63%，參數(shù)進(jìn)一步調(diào)整的余地較?。淮送?，受設(shè)備老化問(wèn)題的制約，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施難度較大。

2.2 潛力分析

目前，全廠抽油機(jī)開(kāi)井2033口，平均日產(chǎn)液2.4 t，日產(chǎn)油1.7 t，平均泵效19.70%。截至三季度，系統(tǒng)效率測(cè)試1885口井，平均地面裝機(jī)功率19.8 kW，平均消耗功率3.62 kW，平均系統(tǒng)效率為5.94%。

（1）統(tǒng)計(jì)全廠日產(chǎn)液1.0 t以下的井有284口，平均系統(tǒng)效率僅為1.68%，除對(duì)潛力井實(shí)施挖潛增產(chǎn)措施以外，主要是改用提撈采油方式?！笆晃濉逼陂g共有節(jié)能潛力井近260口左右，按平均單井年節(jié)電4.0×104kW·h計(jì)算，如每年改提撈50口井，“十一五”期間累計(jì)節(jié)電可達(dá)到2750×104kW·h。

（2）從功率利用率看，今年測(cè)試井平均功率利用率僅為18.28%，對(duì)于老抽油機(jī)井采取電動(dòng)機(jī)節(jié)能改造、加裝節(jié)能控制裝置或更換節(jié)能電動(dòng)機(jī)等措施都將是今后節(jié)能潛力的重點(diǎn)。

（3）對(duì)于新建產(chǎn)能區(qū)塊，應(yīng)用節(jié)能拖動(dòng)裝置，與應(yīng)用同樣裝機(jī)容量的普通電動(dòng)機(jī)相比，綜合節(jié)電率達(dá)到11.02%。“十一五”期間累計(jì)投產(chǎn)新井1133口，較之常規(guī)設(shè)計(jì)，按平均單井年節(jié)電1.5×104kW·h計(jì)算，可累計(jì)節(jié)電5120×104kW·h。

（4）全廠部分區(qū)塊投產(chǎn)初期，油井應(yīng)用了11型抽油機(jī)，目前還有18口井在用，這部分油井應(yīng)用6型抽油機(jī)即可滿足生產(chǎn)；此外，還有57口10型抽油機(jī)井，應(yīng)用6型抽油機(jī)也可滿足生產(chǎn)?！笆晃濉逼陂g可進(jìn)行抽油機(jī)降型改造的井75口，計(jì)劃從2011年開(kāi)始進(jìn)行節(jié)能改造，按平均單井年節(jié)電1.0×104kW·h計(jì)算，累計(jì)節(jié)電157.5×104kW·h。

（5）應(yīng)用系統(tǒng)效率優(yōu)化軟件，對(duì)油井實(shí)施參數(shù)優(yōu)化；在油井檢泵時(shí)對(duì)井下桿柱、地面參數(shù)等實(shí)施整體優(yōu)化。對(duì)參數(shù)實(shí)施動(dòng)態(tài)調(diào)整，做到生產(chǎn)狀況變化時(shí)有優(yōu)化，上措施時(shí)有優(yōu)化。在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施時(shí)，配合過(guò)渡輪降低沖速等簡(jiǎn)單實(shí)用技術(shù)的應(yīng)用，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)參數(shù)的最優(yōu)匹配。預(yù)計(jì)每年優(yōu)化調(diào)整150口井，按平均單井年節(jié)電1.0×104kW·h計(jì)算，“十一五”期間累計(jì)節(jié)電1875×104kW·h。

3 認(rèn)識(shí)及建議

（1）規(guī)?；M(jìn)行抽油井抽汲參數(shù)的調(diào)整，是以提高抽油機(jī)井系統(tǒng)效率為目的，且兼顧經(jīng)濟(jì)效益的有效手段。它應(yīng)用系統(tǒng)的觀點(diǎn)對(duì)提高抽油機(jī)井系統(tǒng)效率問(wèn)題進(jìn)行綜合考慮，用多種優(yōu)選的方法設(shè)計(jì)參數(shù)，降低抽油機(jī)井的系統(tǒng)能耗。

（2）有計(jì)劃對(duì)老井設(shè)備逐年改造，推廣地面新型節(jié)能設(shè)備。

（3）推廣應(yīng)用井下節(jié)能新技術(shù)，如防蠟、防垢、防偏磨等配套技術(shù)，在現(xiàn)有的條件下保證對(duì)生產(chǎn)的影響最小。這既可降低系統(tǒng)能耗，又可以提高泵效。

（4）加強(qiáng)油井的科學(xué)管理，從井筒施工到地面設(shè)備保養(yǎng)維護(hù)，都嚴(yán)格按照規(guī)定執(zhí)行，既提高了設(shè)備的使用效率和壽命，又達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

[1]周正友,李清振,劉吉明.機(jī)采能耗分析及系統(tǒng)配置探討[J].工業(yè)計(jì)量,2005(4):24-25.

[2]羅美娥,王帥,邢志東.大慶油田機(jī)采節(jié)能技術(shù)[J].油氣田地面工程,2009,(11):37-38.

[3]劉元虎.大慶油田節(jié)能技術(shù)成果輯簡(jiǎn)[J].油氣田地面工程,1987(6):32-33.

張麗平，2009年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院，助理工程師，從事采油工程工作，E-mail：zhanglp0903@126.com，地址：大慶油田有限責(zé)任公司第八采油廠三礦301隊(duì)，163514。

2011-05-15)