SURF游梁式抽油機(jī)舉升過程優(yōu)化與柔性運(yùn)行技術(shù)在衛(wèi)星油田的應(yīng)用

朱云龍：Michael M.Zhang：張志超

（1.安達(dá)市慶新油田開發(fā)有限責(zé)任公司；2.SURF ENTERPRISE INC.(CANADA)；3.大慶試油試采分公司）

SURF游梁式抽油機(jī)舉升過程優(yōu)化與柔性運(yùn)行技術(shù)在衛(wèi)星油田的應(yīng)用

朱云龍1：Michael M.Zhang2：張志超3

（1.安達(dá)市慶新油田開發(fā)有限責(zé)任公司；2.SURF ENTERPRISE INC.(CANADA)；3.大慶試油試采分公司）

為了改善抽油機(jī)泵效低、系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行損耗嚴(yán)重以及系統(tǒng)效率低的現(xiàn)狀，2010年在衛(wèi)星油田試驗(yàn)推廣了SURF游梁式抽油機(jī)舉升過程優(yōu)化與柔性運(yùn)行技術(shù)，結(jié)果證明該技術(shù)可以滿足衛(wèi)星油田的實(shí)際需要，能夠明顯地提高泵效及系統(tǒng)效率，實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)井的供采平衡和降耗，并且可減少設(shè)備的損耗。

游梁式抽油機(jī)：SURF優(yōu)化技術(shù)：泵效：柔性運(yùn)行：降低能耗

D O I:10.3969/j.i ssn.2095-1493.2011.04.009

衛(wèi)星油田共有游梁式抽油機(jī)井260口，平均泵效30%，機(jī)采耗能占生產(chǎn)用電的60%，系統(tǒng)效率14%，桿管偏磨以及斷脫比例各占檢泵井比例的15%和20%。為了改善目前抽油機(jī)井的基本現(xiàn)狀，2010年6月大慶慶新油田開發(fā)有限責(zé)任公司在衛(wèi)星油田試驗(yàn)應(yīng)用了SURF舉升過程優(yōu)化與柔性運(yùn)行技術(shù)，并于2010年底通過了專家組項(xiàng)目驗(yàn)收（專家組由來自大慶油田公司開發(fā)部、大慶油田采油工程研究院、大慶油田部分采油廠工程技術(shù)部門以及慶新公司的權(quán)威專家組成）。該技術(shù)提高了單井系統(tǒng)效率，降低了系統(tǒng)能耗，減少了機(jī)械磨損和損耗，延長了設(shè)備使用壽命，很好地滿足了油田機(jī)采井的工作需要。

1 技術(shù)背景與工作原理

在勻速驅(qū)動條件下，四連桿機(jī)構(gòu)的根本屬性決定了游梁式抽油機(jī)地面設(shè)備負(fù)荷波動嚴(yán)重、桿柱受力條件差、容積泵效低和桿管間滑動磨損嚴(yán)重等，變速驅(qū)動可以在很大程度上彌補(bǔ)和克服這些缺陷。國際上對優(yōu)化變速驅(qū)動研究始于上世紀(jì)70年代[1]，經(jīng)過30多年的發(fā)展，已經(jīng)取得了長足的進(jìn)展[2]。SURF游梁式抽油機(jī)舉升過程優(yōu)化與柔性運(yùn)行技術(shù)（簡稱SURF優(yōu)化技術(shù)）是哈爾濱索菲電氣技術(shù)有限公司與SURF ENTERPRISE INC.（CANADA）合作的結(jié)晶，是為適應(yīng)我國油田普遍存在的高含水低產(chǎn)液的特殊工況專門研發(fā)的一種技術(shù)，是一種不改變抽油機(jī)結(jié)構(gòu)、通過以提升抽油機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行特性為中心目標(biāo)的優(yōu)化變速柔性驅(qū)動方式來實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)增效降損的綜合解決方案。

SURF優(yōu)化技術(shù)以實(shí)現(xiàn)泵效最大化的運(yùn)行過程為核心目標(biāo)，通過本地微處理裝置對桿管柱進(jìn)行結(jié)構(gòu)動態(tài)力學(xué)分析，優(yōu)化出以泵效最佳為目標(biāo)、同時又滿足設(shè)備運(yùn)行損耗小和桿柱的強(qiáng)度負(fù)荷與疲勞負(fù)荷都盡可能低等制約條件的光桿運(yùn)行的速度分布方案，最后通過電動機(jī)的實(shí)時變速運(yùn)行使優(yōu)化方案得以實(shí)現(xiàn)：平均轉(zhuǎn)速（沖速）按供采平衡原則進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整；沖程內(nèi)按泵效優(yōu)化需求實(shí)施過程優(yōu)化變速，并實(shí)現(xiàn)動液面追蹤和無液擊運(yùn)行；依次實(shí)現(xiàn)井下泵效最大化、桿管柱和地面?zhèn)鲃酉到y(tǒng)負(fù)載最小化、系統(tǒng)運(yùn)行柔性化等綜合效果。

2 應(yīng)用情況

2.1 基本構(gòu)成

實(shí)施SURF優(yōu)化技術(shù)所需增加的設(shè)備由井口驅(qū)動控制柜（內(nèi)含本地微處理裝置和電動機(jī)模糊過程驅(qū)動器）、曲柄位置傳感器及電動機(jī)角位置傳感器三部分組成（功能上分為本地微處理裝置、電動機(jī)模糊過程驅(qū)動器以及角度傳感器三部分）。不涉及防盜及穩(wěn)定性等問題。

2.2 適用條件

現(xiàn)有的任何類型的游梁式抽油機(jī)設(shè)備，抽油機(jī)原結(jié)構(gòu)和設(shè)備不做變更。電動機(jī)可以是新裝常規(guī)電動機(jī)，也可以繼續(xù)采用原配的任何類型電動機(jī)：包括異步、同步、高轉(zhuǎn)差、多功率、多速、異步啟動同步運(yùn)行等。

2.3 選井情況

試驗(yàn)選井6口井，基本情況為：日產(chǎn)液2.0～9.6 t，含水5%～80%；泵徑包括38 mm和44 mm，沉沒度為79～174 m；抽油桿組合包括三級桿組合和兩級桿組合；抽油機(jī)分為常規(guī)和雙驢頭，包括8型和10型兩種；電動機(jī)包括高轉(zhuǎn)差多速電動機(jī)、稀土永磁電動機(jī)、三相異步電動機(jī)，功率為15～30 kW。

2.4 試驗(yàn)井試驗(yàn)效果

2.4.1 產(chǎn)液量保持穩(wěn)定，泵效普遍提高

6口井在安裝SURF裝置后，產(chǎn)液情況基本沒有變化，泵效普遍提高，6口井整體平均提高10.5個百分點(diǎn)，提高51.5%（表1）。

表1 6口試驗(yàn)井泵效及產(chǎn)液情況

2.4.2 保持一定液面，沖速隨需降低而產(chǎn)量不降

6口井液面平均波動為23 m，最小液面波動為5 m，最大液面波動達(dá)到42 m；同時，6口井在產(chǎn)量保持穩(wěn)定的前提下，平均沖速降低1.85 min-1，平均噸液少運(yùn)行了540次。可見，在沒有井口或井下液面?zhèn)鞲衅鳁l件下，SURF系統(tǒng)裝置能夠根據(jù)井下供液量大小主動調(diào)整抽汲頻率，實(shí)現(xiàn)工作制度的自動調(diào)整，從而提高抽汲效率，減少機(jī)械損耗和電能損耗，減少了維修費(fèi)用（表2）。

表2 6口試驗(yàn)井液面及沖速情況

2.4.3 峰值功率和峰值電流均同時降低

使用SURF裝置后，6口井峰值電流平均降幅74.6%，峰值功率平均降幅74.4%；6口井啟機(jī)電流從零開始平穩(wěn)變化，體現(xiàn)了柔性啟動、柔性運(yùn)行的特點(diǎn)，減少了電動機(jī)機(jī)械特性硬對抽油機(jī)系統(tǒng)的不利影響；降低了抽油機(jī)系統(tǒng)的機(jī)械受力與損耗，降低了系統(tǒng)能耗（表3）。

表3 6口試驗(yàn)井峰值功率情況

2.4.4 抽油桿柱的應(yīng)力及應(yīng)力幅降低

6口井最大應(yīng)力及應(yīng)力幅平均降幅分別為14.41%和25.58%?？梢?，通過柔性運(yùn)行，可以降低抽油桿的疲勞損傷及偏磨程度，延長管桿壽命（表4）。

表4 6口試驗(yàn)井載荷及應(yīng)力情況

2.4.5 機(jī)采系統(tǒng)降耗

安裝SURF裝置后，6口井的系統(tǒng)效率整體平均提高了7.38個百分點(diǎn)，提高幅度74.56%；功率因數(shù)由試驗(yàn)前的單井最高0.82提高到試驗(yàn)后的0.99以上，取得了明顯的降耗效果（表5）。

表5 6口試驗(yàn)井系統(tǒng)效率情況

3 經(jīng)濟(jì)效益分析

從試驗(yàn)數(shù)據(jù)看，6口井有功功率大幅降低，按此計(jì)算，6口井日降耗節(jié)電452 kW·h，按抽油機(jī)時率95%，即單井年運(yùn)行346 d、電價為0.51元/（kW·h）計(jì)算，平均單井年可節(jié)約電費(fèi)1.33×104元。同時，6口井抽汲次數(shù)平均減少了38%，減少了井下管桿泵的機(jī)械損耗，提高了系統(tǒng)壽命，延長了檢修期，減少了維修費(fèi)用。按單井單次作業(yè)費(fèi)用1.8×104元、材料費(fèi)0.8×104元、單井檢泵周期900 d計(jì)算，年可節(jié)約成本3 800元。另外，由于延長檢修期，也減少了由于作業(yè)而影響的產(chǎn)油量。按單井日產(chǎn)1.5 t，作業(yè)前后影響5 d、油價每噸3 500元計(jì)算，年可減少損失約1.0×104元。綜合以上分析，單井年可創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益2.7×104元（高壓供電線路、變壓器等產(chǎn)生的連鎖性節(jié)電效果，節(jié)能配套節(jié)資除外）。

4 結(jié)論

（1）SURF優(yōu)化技術(shù)能夠在保持產(chǎn)液量不變的前提下，保持相對穩(wěn)定的液面，隨需調(diào)整抽汲次數(shù)，提高泵效，降低峰值功率、峰值電流以及管桿的疲勞程度，從而減少了整個抽油系統(tǒng)各部分的能耗和設(shè)備損耗。

（2）SURF優(yōu)化技術(shù)性能穩(wěn)定，不涉及防盜，年保守經(jīng)濟(jì)效益為2.7×104元，經(jīng)濟(jì)效益較好。

（3）SURF優(yōu)化技術(shù)對抽油機(jī)及電動機(jī)的組合沒有任何限制，如果采用標(biāo)準(zhǔn)常規(guī)游梁式抽油機(jī)與Y系列電動機(jī)組合，將具有更大的節(jié)資潛力。

[1]David R Skinner.SPEED CONTROL:美國,UDP4145161[P].1979-03-20.

[2]欒國華，馮華健.應(yīng)用電動機(jī)變速運(yùn)動優(yōu)化機(jī)抽井的產(chǎn)液量[J].國外油田工程,2008，24（11）：22-26.

朱云龍，2006年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院，助理工程師，從事采油工程技術(shù)研究工作，E-mail：wxzyl@petrochina.com.cn，地址：大慶慶新油田開發(fā)有限責(zé)任公司地質(zhì)工藝研究所，151413。

2011-03-20）