機(jī)采系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)挖潛與應(yīng)用

畢偉紅（吉林油田公司長春采油廠）

隨著開發(fā)生產(chǎn)時(shí)間的延長，長春采油廠油井產(chǎn)量遞減，低產(chǎn)低效井增多，機(jī)泵平均泵效不足35%，電動(dòng)機(jī)利用率僅為23.4%，抽油機(jī)載荷利用率僅為44.8%，直接導(dǎo)致采油系統(tǒng)效率低（僅為15.01%），耗能高（噸液耗電高達(dá)24.4kWh），增加了開采成本。為此，亟需及時(shí)分析單井耗能，進(jìn)行節(jié)能挖潛，以實(shí)現(xiàn)采油系統(tǒng)高效低耗運(yùn)行。

1 抽油機(jī)井高耗能原因分析

1.1 產(chǎn)能低，噸液耗電高

四家子區(qū)塊平均泵掛570m，產(chǎn)量低于3t的井噸液耗電達(dá)67.2kWh，是區(qū)塊平均噸液耗電水平的6倍；伊通區(qū)塊平均泵掛1870m，能量傳遞距離長、損失大，產(chǎn)量低于3t的井噸液耗電達(dá)100 kWh，是區(qū)塊平均噸液耗電水平的5.4倍。

1.2 機(jī)采設(shè)備匹配狀況差，整體耗能高

1）普通異步電動(dòng)機(jī)效率低。淺層生產(chǎn)井80%投產(chǎn)時(shí)采用的是普通異步電動(dòng)機(jī)，而普通異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子線圈存在較大銅損，平均功率因數(shù)僅為0.35，效率低，僅為30%，不利于節(jié)能。

2）抽油機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行狀況差。平衡率僅為77%，不節(jié)能，且影響設(shè)備使用壽命。

3）抽油機(jī)負(fù)荷利用率低。淺層生產(chǎn)井大部分配備應(yīng)用的是五型或六型抽油機(jī)，負(fù)荷利用率僅為44.8%，造成能源浪費(fèi)。

4）皮帶打滑問題嚴(yán)重，在雨季尤為突出，傳動(dòng)效率較低，且皮帶消耗較大。僅在2010年7月就有42口井發(fā)生燒皮帶現(xiàn)象，損耗皮帶57條，導(dǎo)致停井、卡井等問題，制約生產(chǎn)，影響當(dāng)月產(chǎn)油量達(dá)298t。

2 節(jié)能挖潛技術(shù)

2.1 利用二級(jí)減速器挖潛低效井節(jié)能空間

針對(duì)低產(chǎn)能井或受電動(dòng)機(jī)老化影響沖速已無法再下調(diào)的高耗低效井，利用二級(jí)減速器進(jìn)行節(jié)能挖潛。二級(jí)減速器即在抽油機(jī)皮帶輪與電動(dòng)機(jī)皮帶輪傳動(dòng)間增加一級(jí)傳動(dòng)裝置，利用大輪和小輪間角速度和線速度的轉(zhuǎn)換來實(shí)現(xiàn)降低沖速、減少耗能的目的?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)施10口井（表1），使用前后產(chǎn)量基本持平，平均沖速下降2.8min-1，系統(tǒng)效率提高2.8%，噸液耗電降低11.4kWh，日節(jié)電19.3kWh，節(jié)電率達(dá)39%，年節(jié)電能力7.0×104kWh，年節(jié)約操作成本3.5萬元。

2.2 利用智能間抽控制儀實(shí)現(xiàn)間歇出油井的供排協(xié)調(diào)

針對(duì)人工間抽井、低產(chǎn)能生產(chǎn)井或間歇出油井，大多數(shù)采用人工摸索開井時(shí)間，但易造成開井時(shí)間不合理的問題，利用智能間抽控制儀摸索出液規(guī)律，達(dá)到供排協(xié)調(diào)。

智能間抽控制儀即通過高分辨率傳感器檢測(cè)抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)動(dòng)力線電流、電壓及相位角，同時(shí)計(jì)算出電動(dòng)機(jī)工作的實(shí)時(shí)有功功率、無功功率，并根據(jù)抽油機(jī)上、下行電流及抽油機(jī)增載、卸載過程的關(guān)系，準(zhǔn)確描述出抽油機(jī)加載及卸載過程的電流運(yùn)行軌跡及加、卸載過程的時(shí)間變化，將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)存儲(chǔ)、修正后，找出真實(shí)反映抽油機(jī)實(shí)際運(yùn)行情況的電流、功率及負(fù)荷的變化規(guī)律，真正達(dá)到對(duì)抽油機(jī)的智能化、科學(xué)化管理。

表1 二級(jí)減速器安裝前后效果對(duì)比

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施5口井，日節(jié)電38kWh，年節(jié)電6.94×104kWh，累增油26t。

2.3 創(chuàng)新皮帶保護(hù)技術(shù)，增加皮帶傳動(dòng)效率

為了提高皮帶傳動(dòng)效率，減小皮帶損耗，針對(duì)皮帶摩擦系數(shù)低、包角不夠的抽油機(jī)井，設(shè)計(jì)并應(yīng)用皮帶張緊輪技術(shù)實(shí)現(xiàn)皮帶保護(hù)（圖1）。

圖1 皮帶張緊輪安裝示意圖

在抽油機(jī)大帶輪和電動(dòng)機(jī)小帶輪連接皮帶的中間位置外側(cè)，安裝一個(gè)可上下調(diào)整的平式張緊輪；通過張緊輪調(diào)整，增加皮帶包角并增加張緊力，補(bǔ)充皮帶在小帶輪下端的松弛下垂，減少皮帶打滑造成燒毀現(xiàn)象?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)2口井，使用前平均每2個(gè)月?lián)Q1組皮帶，使用后至目前未更換過皮帶，年節(jié)約材料費(fèi)1.56萬元，系統(tǒng)效率提高2.2%。

3 設(shè)備優(yōu)化技術(shù)

3.1 應(yīng)用節(jié)能電動(dòng)機(jī)，降低電動(dòng)機(jī)自身運(yùn)行損耗

稀土永磁電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)高，不但可降低電動(dòng)機(jī)本身運(yùn)行損耗，還能降低電網(wǎng)的配送電功率，減少線損；同時(shí)降低線路壓降，減小沖擊性無功負(fù)載，避免電壓劇烈波動(dòng)。針對(duì)異步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)低、無功損耗大的井，更換使用稀土永磁電動(dòng)機(jī)?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用46口井，平均功率因數(shù)提高0.32，系統(tǒng)效率提高了1.9%，噸液耗電降低4kWh，單井日節(jié)電15kWh，節(jié)電率26.2%，年節(jié)電能力25.2×104kWh。

3.2 應(yīng)用抽油機(jī)機(jī)型優(yōu)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

為了解決抽油機(jī)負(fù)荷利用率低的問題，對(duì)四家子機(jī)型偏大井進(jìn)行機(jī)型優(yōu)化調(diào)整，優(yōu)化后設(shè)備運(yùn)行狀況良好，電流減小，輸入功率明顯降低。系統(tǒng)效率提高了12%，噸液耗電降低了4.88kWh，日節(jié)電20.6kWh，節(jié)電率達(dá)32%，年節(jié)電能力0.75×104kWh，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了閑置設(shè)備再利用，節(jié)約了投入資金（表2）。

4 參數(shù)優(yōu)化技術(shù)

4.1 優(yōu)化工作參數(shù)，滿足供排需求

依據(jù)懸點(diǎn)載荷計(jì)算公式[1]，載荷與沖速、泵徑是二次函數(shù)關(guān)系，與沖程是一次函數(shù)關(guān)系，因此泵徑和沖速對(duì)載荷的影響遠(yuǎn)大于沖程，但調(diào)整泵徑成本高；另外，由于部分區(qū)塊井深，沖程損失大，且存在井眼軌跡不規(guī)則、結(jié)蠟、易凝等問題，為此對(duì)工作參數(shù)偏大的井，首先考慮降沖速。現(xiàn)場(chǎng)采用換皮帶輪或使用變頻器降沖速46口（表3），系統(tǒng)效率提高7.1%，單井日節(jié)電11.3kWh，年節(jié)電19.0×104kWh；對(duì)產(chǎn)能高、參數(shù)偏小的井調(diào)大工作參數(shù)5口，實(shí)現(xiàn)累增油480t。

表2 四家子1-4井抽油機(jī)換型前后效果對(duì)比

表3 降沖速效果對(duì)比

4.2 優(yōu)化開井時(shí)間，確定合理間抽制度

從油井產(chǎn)能出發(fā)，針對(duì)低效無效井轉(zhuǎn)變生產(chǎn)方式，降低其噸油成本?，F(xiàn)場(chǎng)優(yōu)化32口井（表4），平均單井日節(jié)電49kWh，年節(jié)電17.23×104kWh。

表4 調(diào)整開井時(shí)間效果對(duì)比

4.3 優(yōu)化平衡指數(shù)，確保設(shè)備節(jié)能運(yùn)行

根據(jù)32口單井的抽油機(jī)平衡度測(cè)試、系統(tǒng)效率及單井能耗分析，繪制了平衡指數(shù)與系統(tǒng)效率關(guān)系曲線和平衡度與耗能關(guān)系曲線（圖2、圖3）。從關(guān)系曲線可以看出：平衡指數(shù)在0.8～1.15之間機(jī)采系統(tǒng)效率最高，耗能最低，平均節(jié)電率12.8%。據(jù)此，現(xiàn)場(chǎng)平衡度調(diào)整143井次，單井日節(jié)電7.6 kWh，年節(jié)電16.06×104kWh，平均系統(tǒng)效率提高了0.7%。

圖2 平衡度與系統(tǒng)效率關(guān)系曲線

圖3 平衡度與耗電關(guān)系曲線

5 效果及經(jīng)濟(jì)效益

通過應(yīng)用系列節(jié)能技術(shù)，平均噸液耗電降低6.7kWh，平均系統(tǒng)效率提高了1.77%，年節(jié)電92.18×104kWh，電費(fèi)按0.5元/kWh計(jì)算，節(jié)約成本46.09萬元；調(diào)參增油506t，噸油成本按3294元計(jì)算，創(chuàng)效166.7萬元，年節(jié)約皮帶損耗費(fèi)1.56萬元，總創(chuàng)效214.4萬元；二級(jí)減速裝置、智能間抽控制器等節(jié)能設(shè)備投資共141.6萬元，投入產(chǎn)出比為1∶1.51，實(shí)現(xiàn)節(jié)能創(chuàng)效共72.8萬元。

6 認(rèn)識(shí)

由于各區(qū)塊油藏埋深差別大，油品性質(zhì)不同，應(yīng)結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，針對(duì)不同情況制定相應(yīng)的節(jié)能降耗措施，并以優(yōu)選效果明顯、投資少、易實(shí)施的節(jié)能技術(shù)為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施原則。

1）直接采取合理間抽是針對(duì)供液能力差、高耗低效油井實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗最經(jīng)濟(jì)有效的技術(shù)手段。

2）利用智能間抽控制儀可科學(xué)確定人工間抽或間歇出油井的開井時(shí)間，不影響產(chǎn)量，甚至可實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)，且可節(jié)約人工成本，可在其他油田類似油井上推廣應(yīng)用。

3）換小皮帶輪降沖速，成本低、效果明顯，但皮帶輪過小會(huì)出現(xiàn)皮帶包角小、容易打滑的問題；變頻器降沖速雖可操作性強(qiáng)，但受平衡狀況等因素影響，設(shè)備穩(wěn)定性差；二級(jí)減速器降沖速最小可達(dá)1.6min-1，且可減小匹配電動(dòng)機(jī)功率，節(jié)能效果顯著，但沖速調(diào)整缺乏靈活性。

4）動(dòng)態(tài)調(diào)整抽油機(jī)平衡度是提高機(jī)采系統(tǒng)效率的基本保障，既可實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，又可延長抽油機(jī)使用壽命。

5）結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際優(yōu)化調(diào)整機(jī)型，節(jié)能效果明顯，可利用閑置資源或井間調(diào)串逐步調(diào)整，減少投入成本。

[1]羅英俊,萬仁溥.采油技術(shù)手冊(cè)[M].北京：石油工業(yè)出版社,1993：278-282.