節(jié)能降耗技術(shù)在機(jī)械采油中的應(yīng)用

宋冰（大慶油田有限責(zé)任公司第十采油廠）

節(jié)能降耗技術(shù)在機(jī)械采油中的應(yīng)用

宋冰（大慶油田有限責(zé)任公司第十采油廠）

隨著油田的開發(fā)，大部分油田進(jìn)入高含水期，能耗加大，節(jié)能形勢嚴(yán)峻。目前機(jī)械采油系統(tǒng)應(yīng)用的節(jié)能技術(shù)有螺桿泵采油配套技術(shù)、間歇采油技術(shù)、小井眼技術(shù)，以及應(yīng)用在抽油機(jī)上的節(jié)能技術(shù)。通過節(jié)能技術(shù)應(yīng)用情況介紹及效果分析，證明了不同節(jié)能技術(shù)、方法與設(shè)備的節(jié)能效果。

節(jié)能降耗 抽油機(jī) 間歇采油 螺桿泵 提撈采油

油田生產(chǎn)開發(fā)耗能主要分布于注水、采出及集輸三個(gè)過程。由于目前國內(nèi)油田主要采取機(jī)械采油方式，油田機(jī)采舉升耗電約占油田生產(chǎn)總耗電的三分之一左右。目前油田用的大多是游梁式抽油機(jī)，這種抽油機(jī)用電量大，耗能高，因此，根據(jù)實(shí)際情況應(yīng)用適當(dāng)?shù)墓?jié)能降耗技術(shù)顯得格外重要。采油系統(tǒng)中常用的節(jié)能增效技術(shù)有螺桿泵采油配套技術(shù)、間歇采油技術(shù)、小井眼采油工藝以及應(yīng)用在抽油機(jī)上的節(jié)能技術(shù)。

1 螺桿泵采油配套技術(shù)

近幾年，地面驅(qū)動單螺桿泵（簡稱螺桿泵）采油機(jī)械設(shè)備，在國內(nèi)外油田得到了廣泛的應(yīng)用。由于與抽油機(jī)相比，螺桿泵采油系統(tǒng)[1]具有運(yùn)行效率高、能耗低、投資小、占地面積小、噪音污染低等優(yōu)點(diǎn)，隨著配套技術(shù)的日益完善，其應(yīng)用前景廣闊。

螺桿泵是一種容積泵，它的排量與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速成正比，因此可以根據(jù)地層的供液能力改變泵的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的供采關(guān)系。舉升同等的液量，螺桿泵耗電要比抽油機(jī)低三分之一左右。

為了保證螺桿泵井的正常生產(chǎn)，延長系統(tǒng)的使用壽命，必須對螺桿泵井進(jìn)行嚴(yán)格的生產(chǎn)管理：螺桿泵正常運(yùn)行后，除停電、更換盤根等特殊情況，不能隨便停機(jī)；投產(chǎn)后的螺桿泵應(yīng)在最低轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，當(dāng)液面穩(wěn)定后，過載電流最高極限不能超出正常運(yùn)行的1.2倍；投產(chǎn)后，電源相序下行任意改動，如停機(jī)重新調(diào)整過載和時(shí)間，待機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)正常后才能離開現(xiàn)場。

由于螺桿泵系統(tǒng)攜砂性好，不發(fā)生氣鎖，因此適用于高黏度、高含砂、高含氣量的油藏；另外，由于其體積小、噪音低、無原油泄漏，在有限的空間內(nèi)能安裝更多的泵，所以更適合在環(huán)境敏感區(qū)安裝，如家屬區(qū)、平臺、街道旁等。

2 間歇采油技術(shù)

對于儲量豐度低、滲透率低、單井產(chǎn)量低的區(qū)塊，如果采用常規(guī)方式進(jìn)行開采，就會造成很大浪費(fèi)。這種情況下，間歇式采油就會發(fā)揮優(yōu)勢。下面介紹兩種以機(jī)動設(shè)備為動力源的活動間歇采油工藝技術(shù)：活動式螺桿泵間歇采油技術(shù)以及提撈采油工藝技術(shù)。

2.1 活動式螺桿泵間歇采油技術(shù)

活動式螺桿泵間歇采油系統(tǒng)井下運(yùn)用常規(guī)的螺桿泵，地上采用拖拉機(jī)作為動力源，由變速用萬向連軸節(jié)與螺桿泵井口驅(qū)動頭相連，將拖拉機(jī)的動力傳給井下螺桿泵，將井下液舉升到地面。抽出的油進(jìn)入油灌車，送到中轉(zhuǎn)站進(jìn)行處理。由此實(shí)現(xiàn)降低成本、簡化抽油工藝的目的。

解決螺桿泵間歇抽油的關(guān)鍵是起抽時(shí)的啟動扭矩，間歇時(shí)間由扭矩和油井恢復(fù)程度決定。只要掌握了每口井的合理間歇周期，就能夠?qū)崿F(xiàn)螺桿泵間歇采油。

不同液面恢復(fù)速度的間抽周期見表1。

表1 不同液面恢復(fù)速度的間抽周期表

2.2 提撈采油工藝技術(shù)

抽油機(jī)采油成本主要由電費(fèi)、藥劑（清防蠟劑、除垢劑以及高效洗井液）費(fèi)、作業(yè)費(fèi)構(gòu)成，其中電費(fèi)占了很大比重。提撈采油[2]不發(fā)生電費(fèi)和藥劑費(fèi)，這兩項(xiàng)就可大大節(jié)約成本，另外，提撈井作業(yè)費(fèi)用也比抽油機(jī)井小得多。而對于待開發(fā)區(qū)塊而言，由于提撈采油不用上集油管線、電力設(shè)施以及井口裝備等地面設(shè)施，其一次投資和投資回收期大大降低，在采用常規(guī)抽油方式低于開發(fā)經(jīng)濟(jì)界限的區(qū)塊可以采用這種方式投入開發(fā)，這在一定意義上擴(kuò)大了開發(fā)的區(qū)域范圍。

隨著油田開發(fā)進(jìn)入中后期，出現(xiàn)了許多“不出油井”，這些油井的存在，既造成了能源的浪費(fèi)，也造成了人力的浪費(fèi)，給管理工作帶來很多因難。對這些井采用提撈采油技術(shù)，解決了能源浪費(fèi)問題，并簡化了管理。

圖1為提撈采油作業(yè)場景。

3 小井眼采油工藝

滿足下面四個(gè)條件之一的油井稱之為小井眼井：

◇井徑小于215.9 mm；

◇全井90%的井徑小于177.8 mm；

◇井徑小于152.4 mm；

◇井徑小于該地區(qū)常規(guī)井井徑。

小井眼井有很多優(yōu)點(diǎn)，主要是在鉆井上：能夠節(jié)約鉆井液用量，節(jié)約鋼材，占地面積小，減少運(yùn)輸量及勞務(wù)費(fèi)等。對于采油來說，由于抽油桿質(zhì)量減輕、抽油設(shè)備變小，能夠降低能耗和采油成本。

4 抽油機(jī)井上的節(jié)能技術(shù)

在抽油機(jī)井上進(jìn)行節(jié)能降耗，有兩方面的工作可做：一是參數(shù)偏大的井[3]：小機(jī)型，換小泵徑、下調(diào)地面參數(shù)或者實(shí)行間抽制度；二是應(yīng)用節(jié)能設(shè)備。

4.1 下調(diào)參數(shù)

對于地面參數(shù)已經(jīng)調(diào)到最小，但示功圖仍然顯示供液不足的井，通過換小機(jī)型，能夠保證供采協(xié)調(diào)。在換小機(jī)型前，要對油井功圖載荷進(jìn)行長期統(tǒng)計(jì)分析，保證換小機(jī)型后不會出現(xiàn)負(fù)載荷以及扭矩超過額定值的現(xiàn)象。

泵效30%或示功圖顯示供液不足的井需要換小泵徑，最好是在檢泵時(shí)下入，這樣能節(jié)約投入。

下調(diào)參數(shù)要保證參數(shù)下調(diào)后，流壓、動液面不會發(fā)生大的變化，不能影響油井的產(chǎn)量。

對于參數(shù)無法下調(diào)或調(diào)小后仍然屬于三低井的油井，可以實(shí)行間抽制度，利用液面恢復(fù)曲線確定間抽井的停抽時(shí)間；利用動液面下降曲線確定間抽井的停抽時(shí)間。間抽可以節(jié)電60%，而產(chǎn)量、含水?dāng)?shù)據(jù)變化不大。

4.2 節(jié)能設(shè)備

節(jié)能設(shè)備主要包括節(jié)能抽油機(jī)[4]、節(jié)能配電箱以及節(jié)能電機(jī)。首先，應(yīng)在抽油機(jī)上作文章，其次考慮使用節(jié)能型配電箱和節(jié)能電機(jī)。

常規(guī)游梁式抽油機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，可靠耐用，操作維修方便，但它存在著高耗能的缺點(diǎn)，有些油田對其進(jìn)行了改造。開發(fā)出了雙驢頭、偏輪抽油機(jī)以及低矮型抽油機(jī)，這樣，既保留了游梁式抽油機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，又具有節(jié)能降耗的特點(diǎn)。

雙驢頭抽油機(jī)以常規(guī)游梁式抽油機(jī)為基礎(chǔ)，對四連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，采用變徑圓弧狀游梁后臂，游梁與橫梁間采用柔性件連接。由于變參數(shù)四連桿機(jī)構(gòu)的作用，其扭矩變化接近正弦規(guī)律，靜扭矩波動變小，由此達(dá)到節(jié)能目的。

偏輪抽油機(jī)是在常規(guī)游梁式抽油機(jī)后臂增設(shè)兩根桿件，其端部與游梁后端、連桿鉸接構(gòu)成六連桿機(jī)構(gòu)，這種機(jī)構(gòu)改善了抽油機(jī)的平衡，使得其輸出扭矩峰值大大降低，降低了電動機(jī)額定功率，使得“大馬不再拉小車”。

由A油田試驗(yàn)對比數(shù)據(jù)得出，與常規(guī)游梁式抽油機(jī)相比：雙驢頭抽油機(jī)系統(tǒng)效率提高8.2%，偏輪抽油機(jī)系統(tǒng)效率提高10.2%。

節(jié)能型配電箱上應(yīng)用的技術(shù)有功率因數(shù)控制器調(diào)壓技術(shù)、無功補(bǔ)償技術(shù)等。

在油田開采初期，考慮到油田發(fā)展的需要，選型時(shí)一般都選容量較大的電動機(jī)，這樣隨著油田的開發(fā)，就出現(xiàn)了“大馬拉小車”的現(xiàn)象。抽油機(jī)井電動機(jī)功率偏大，也是“電老虎”，僅這一項(xiàng)就會多耗電10%左右。

高效節(jié)能型電動機(jī)的損耗僅是傳統(tǒng)落后電動機(jī)的幾分之一，而其效率卻大大高于傳統(tǒng)電動機(jī)。目前，節(jié)能電動機(jī)有永磁電動機(jī)、高轉(zhuǎn)差電動機(jī)、低速多功率電動機(jī)、高啟動轉(zhuǎn)矩雙速雙功率電動機(jī)等。應(yīng)用原則為：對于啟動不困難，電動機(jī)利用率低、功率因數(shù)低的抽油機(jī)采用永磁電動機(jī)技術(shù)；對于產(chǎn)液量變化呈現(xiàn)周期性變化和供液不足的井采用雙速電動機(jī)技術(shù)；對于啟動困難的抽油井可采用高啟動轉(zhuǎn)矩電動機(jī)；對于其他條件適合應(yīng)用節(jié)能電動機(jī)的抽油機(jī)井采用多功率電動機(jī)技術(shù)。

5 結(jié)束語

隨著油田的開發(fā)，新井主要以外圍低產(chǎn)、低滲透油井以及加密調(diào)整井為主，油井單井產(chǎn)量低，噸液耗能和噸油耗能更大。不論是從舉升方式的選擇上，還是從優(yōu)化生產(chǎn)參數(shù)、選用節(jié)能設(shè)備方面，都應(yīng)該加大節(jié)能措施的應(yīng)用力度，應(yīng)用“經(jīng)濟(jì)、適用、有效”的節(jié)能采油技術(shù)降低投入，減少能耗，獲得較好的開發(fā)效果和經(jīng)濟(jì)效益。

「1」王軍.螺桿泵在石油開發(fā)中的應(yīng)用及節(jié)能分析[J].黑河科技,2003（3）:89-90.

「2」李長祿，崔寶文.低產(chǎn)油田應(yīng)用提撈采油工藝技術(shù)探討[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā),2000（5）:58-60.

「3」董德明.抽油機(jī)節(jié)能措施的選擇與優(yōu)化[J].油氣田地面工程,2008,27（10）:42-43.

「4」鐘平.抽油機(jī)高效節(jié)能技術(shù)[J].國外油田工程,2000,16（2）:32-35.

10.3969/j.issn.2095-1493.2012.02.005

宋冰，1997年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（華東），工程師，從事采油工程方面的工作，E-mail：songbing@petrochina.com.cn，地址：黑龍江省大慶油田采油十廠工程技術(shù)大隊(duì)機(jī)采室，166405。

2011-12-04)