提高抽油機(jī)井系統(tǒng)效率配套節(jié)能技術(shù)的效果分析

孫守淵，王艷麗

(1.玉門油田分公司鉆采工程研究院，甘肅 酒泉 735019;2.玉門油田分公司方圓物業(yè)管理有限責(zé)任公司，甘肅 酒泉 735019)

老君廟油田自1939年開(kāi)發(fā)以來(lái)，先后安裝了1 000多臺(tái)抽油機(jī)，抽油機(jī)井系統(tǒng)平均效率不足10%，年耗電約4.4×107kWh，占油田總耗電量的75%。大量的抽油設(shè)備長(zhǎng)期在低效率區(qū)運(yùn)行，造成極大的能源浪費(fèi)，也給油田帶來(lái)了一定的經(jīng)濟(jì)損失。如何合理控制抽油機(jī)的運(yùn)行，使各項(xiàng)參數(shù)能更好的適應(yīng)地面和井下工況，提高抽油機(jī)井系統(tǒng)效率，節(jié)約電能，降低開(kāi)采成本，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，分析研究出提高抽油機(jī)井系統(tǒng)效率的節(jié)能技術(shù)成為當(dāng)務(wù)之急[1－5]。

1 抽油機(jī)井系統(tǒng)節(jié)能的方向

目前，老君廟油田的采油設(shè)備中，游梁式抽油機(jī)應(yīng)用最為普遍，且屬于低效率運(yùn)行。研究游梁式抽油機(jī)井的節(jié)能效果應(yīng)從兩個(gè)方面進(jìn)行考慮:一是提高電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率和效率;二是調(diào)整電動(dòng)機(jī)的機(jī)械部件，使機(jī)、桿、泵系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)配合，提高整體功效。兩者相比，后者更有潛力，應(yīng)作為游梁式抽油機(jī)井節(jié)能技術(shù)研究的主要方向。分析游梁式抽油機(jī)井系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的能耗狀態(tài)，得出不同工況下的系統(tǒng)最佳組合和不同配置下的最佳控制參數(shù)，建立抽油機(jī)井系統(tǒng)合理的工作機(jī)制，在不更換抽油機(jī)和保證產(chǎn)液量不變的情況下，進(jìn)行有針對(duì)性的節(jié)能改造和節(jié)能技術(shù)應(yīng)用，降低單耗，提高抽油機(jī)井系統(tǒng)效率[6]。

2 提高抽油機(jī)井系統(tǒng)效率的配套節(jié)能技術(shù)

通過(guò)研究游梁式抽油機(jī)井機(jī)械特性與供電接線方式，結(jié)合國(guó)內(nèi)現(xiàn)有抽油機(jī)井節(jié)能技術(shù)和節(jié)能產(chǎn)品，針對(duì)老君廟油田生產(chǎn)實(shí)際，從六個(gè)方面進(jìn)行了節(jié)能技術(shù)研究和探索:(1)調(diào)整抽油機(jī)平衡度;(2)使用新型節(jié)能電機(jī);(3)電容無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)用;(4)采用可控硅移相角降低電機(jī)端電壓控制技術(shù);(5)變頻控制電機(jī)轉(zhuǎn)速技術(shù);(6)抽油機(jī)井參數(shù)全面優(yōu)化技術(shù)。

3 提高抽油機(jī)井系統(tǒng)效率的配套節(jié)能技術(shù)效果分析

3.1 調(diào)整抽油機(jī)平衡度效果

抽油機(jī)平衡度不合格時(shí)，平衡重將帶動(dòng)電機(jī)發(fā)電，致使抽油機(jī)井系統(tǒng)效率降低，單耗升高。探討調(diào)整抽油機(jī)井平衡度對(duì)各項(xiàng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的影響見(jiàn)表1。

表1 抽油機(jī)調(diào)整平衡度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

從表1可以看出，抽油機(jī)平衡度調(diào)整合格后，系統(tǒng)效率提高了0.89%，單耗降低了0.58 kWh/(102m·t)，綜合節(jié)電率達(dá)8.81%。

3.2 使用新型節(jié)能電機(jī)效果

抽油機(jī)普通電機(jī)高能耗、低效率。新型節(jié)能電機(jī)具有明顯優(yōu)勢(shì)，由于裝機(jī)容量相對(duì)較小，能夠有效降低抽油機(jī)“儲(chǔ)備”能力，避免“大馬拉小車”現(xiàn)象。表2為節(jié)能電機(jī)應(yīng)用前后數(shù)據(jù)對(duì)比。

從對(duì)比情況可以看出，應(yīng)用新型節(jié)能電機(jī)后，系統(tǒng)效率提高了0.16%，平均單耗降低了0.47 kWh/(102m·t)，綜合節(jié)電率可達(dá)13.30%。

3.3 電容無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)用效果

抽油機(jī)配套電機(jī)裝機(jī)功率，是依據(jù)抽油機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的峰值功率和啟抽時(shí)的啟動(dòng)力矩得出的。由于抽油機(jī)啟動(dòng)時(shí)慣性載荷大，所需啟動(dòng)力矩大，為克服啟動(dòng)時(shí)的慣性和正常運(yùn)行中產(chǎn)生的高負(fù)荷峰值，一般電機(jī)功率配置過(guò)大，也由此導(dǎo)致電機(jī)在實(shí)際運(yùn)行中負(fù)載率低，功率因數(shù)減小，無(wú)功功率高[7]。經(jīng)測(cè)試，應(yīng)用電容無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)后，平均功率因數(shù)提高了0.556 0，系統(tǒng)效率提高了0.56%，平均單耗降低了0.12 kWh/(102m·t)，綜合節(jié)電率達(dá)到12.10%，具體測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比參見(jiàn)表3。

表2 抽油機(jī)應(yīng)用節(jié)能電機(jī)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表

表3 抽油機(jī)應(yīng)用電容無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表

3.4 采用可控硅移相角降低電機(jī)端電壓技術(shù)效果

抽油機(jī)井運(yùn)行時(shí)，電機(jī)分重載和輕載過(guò)程，抽油機(jī)上行時(shí)為重載過(guò)程，下行時(shí)為輕載過(guò)程。輕載過(guò)程的電機(jī)轉(zhuǎn)速較重載過(guò)程大，采用可控硅移相角降低電機(jī)端電壓技術(shù)，使電壓的降低程度大于轉(zhuǎn)差率及功率因數(shù)的上升程度，從而提高電動(dòng)機(jī)效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。對(duì)采用了可控硅移相角降低電機(jī)端電壓技術(shù)的3口油井運(yùn)行進(jìn)行測(cè)試，分析數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。應(yīng)用此技術(shù)后，功率因數(shù)提高了0.068 6，平均效率提高了0.79%，單耗降低了 0.45 kWh/(102m·t)，綜合節(jié)電率達(dá)11.96%。

表4 抽油機(jī)應(yīng)用可控硅降低電機(jī)端電壓控制技術(shù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表

3.5 變頻控制電機(jī)轉(zhuǎn)速技術(shù)應(yīng)用效果

對(duì)供液不足或間歇出油的抽油機(jī)井，一般采用減少機(jī)井工作時(shí)間降低采液?jiǎn)魏摹?yīng)用變頻控制電機(jī)轉(zhuǎn)速技術(shù)，可直接調(diào)整工作參數(shù)，降低沖次，提高系統(tǒng)效率[8－9]。經(jīng)測(cè)試，應(yīng)用變頻控制電機(jī)轉(zhuǎn)速技術(shù)后，抽油機(jī)井平均系統(tǒng)效率可提高3.37%，采液?jiǎn)魏慕档?.08 kWh/(102m·t)，綜合節(jié)電率可達(dá)34.22%，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。

表5 抽油機(jī)應(yīng)用變頻控制電機(jī)轉(zhuǎn)速技術(shù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表

3.6 抽油機(jī)井參數(shù)全面優(yōu)化技術(shù)效果

影響抽油機(jī)井系統(tǒng)效率的最大因素是地下供液能力，如何搞好供采協(xié)調(diào)和管柱設(shè)計(jì)至關(guān)重要。抽油機(jī)井參數(shù)全面優(yōu)化技術(shù)，就是要確定合理的沉沒(méi)度和管柱組合，提淺泵掛深度，加大沖程，降低沖次，提高系統(tǒng)效率，降低單耗[10－11]。由表6可以看出，對(duì)抽油機(jī)井參數(shù)全面優(yōu)化后，平均系統(tǒng)效率可提高4.33%，單耗降低 5.03 kWh/(102m·t)，綜合節(jié)電率達(dá)45.12%。

表6 抽油機(jī)應(yīng)用機(jī)采參數(shù)全面優(yōu)化技術(shù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表

4 結(jié)論

(1)提高抽油機(jī)井系統(tǒng)效率，主要應(yīng)從改善運(yùn)行工況、節(jié)能設(shè)備應(yīng)用、新技術(shù)推廣等方面入手，綜合分析，合理選用。

(2)抽油機(jī)井系統(tǒng)效率作為一個(gè)動(dòng)態(tài)指標(biāo)，需要根據(jù)具體井況的不同，對(duì)其影響因素進(jìn)行綜合分析，才能確定所要采取的配套節(jié)能技術(shù)。

(3)綜合應(yīng)用相應(yīng)配套節(jié)能技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)提高系統(tǒng)效率1% ～4%，綜合節(jié)電率10% ～40%，降低采液?jiǎn)魏?，?jié)約開(kāi)發(fā)成本的目的。

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