數(shù)字化抽油機(jī)在長慶油田采油六廠的應(yīng)用

戴志宏

（長慶油田分公司 第六采油廠，銀川750006）＊

數(shù)字化抽油機(jī)是指具有自動采集數(shù)據(jù)、智能調(diào)節(jié)平衡、自動調(diào)節(jié)沖次并能遠(yuǎn)程控制的高效節(jié)能抽油機(jī)。作為油田數(shù)字化核心技術(shù)和關(guān)鍵設(shè)備，數(shù)字化抽油機(jī)的研發(fā)對于推動油田生產(chǎn)工藝流程優(yōu)化，提高生產(chǎn)效率和降低安全風(fēng)險，減輕勞動強(qiáng)度發(fā)揮了不可替代的作用。2012年，在長慶油田第六采油廠進(jìn)行了數(shù)字化抽油機(jī)（移動平衡）現(xiàn)場應(yīng)用相關(guān)試驗。截至2012－11－10，共安裝數(shù)字化抽油機(jī)25臺。該數(shù)字化抽油機(jī)平衡調(diào)節(jié)裝置采用配重裝置在后臂上移動的方式，具有自動調(diào)節(jié)、手操電動、人工手搖等多種調(diào)節(jié)方式。實現(xiàn)了在因特網(wǎng)上管理油田、提高機(jī)采井的安全運(yùn)行和系統(tǒng)效率，達(dá)到節(jié)能減排、簡化操作、減少人工、提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。

1 結(jié)構(gòu)及工作原理

研制的數(shù)字化抽油機(jī)（移動平衡）是在調(diào)徑變矩抽油機(jī)結(jié)構(gòu)、原理的基礎(chǔ)上［1］，借鑒長慶油田數(shù)字化抽油機(jī)（擺動平衡）功能特點(diǎn)，配套北京長森石油科技有限公司生產(chǎn)的WellView抽油機(jī)智能控制柜和示功圖傳感器，實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳和抽油機(jī)調(diào)沖次、調(diào)平衡的自動控制。主要組成如圖1。

平衡調(diào)節(jié)裝置通過電動機(jī)帶動絲杠旋轉(zhuǎn)，依靠絲母帶動配重箱在吊臂上作直線往復(fù)運(yùn)動，使抽油機(jī)平衡配重力臂長短發(fā)生變化，從而實現(xiàn)調(diào)節(jié)抽油機(jī)平衡的目的。

數(shù)字化抽油機(jī)（移動平衡）與其他機(jī)型對比，具有如下特點(diǎn)：

1） 絲杠傳動可靠，自鎖性良好，能夠靈活移動配重箱，并可靠停放在所需位置。

2） 絲母采用新型合金材料或高分子材料制成，強(qiáng)度可靠，防銹、防塵。

3） 絲杠系統(tǒng)只承受單向壓力，最大受力小于配重總重力，屬省力結(jié)構(gòu)。

4） 配重箱既可自動、電動移動，也手搖移動。

圖1 數(shù)字化抽油機(jī)（移動平衡）結(jié)構(gòu)

2 應(yīng)用分析

1） 失載保護(hù)安全、可靠。2012－03－16，在池60－135井安裝的10型數(shù)字化抽油機(jī)（移動平衡）經(jīng)初步調(diào)試后運(yùn)行。該井設(shè)計井深2 835m，抽汲參數(shù)為：沖程3.0m，沖次3.23min－1，泵徑32mm，泵深2 400m。失載前該井采油系統(tǒng)工作正常，抽油機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示界面如圖2，懸點(diǎn)載荷48.28～84.93kN。

圖2 池60－135井2012－03－18示功圖顯示界面

運(yùn)行至2012－03－19T16：00，因光桿滑脫造成抽油機(jī)懸點(diǎn)失載，停機(jī)。懸點(diǎn)失載后，對抽油機(jī)進(jìn)行了檢查，未發(fā)現(xiàn)抽油機(jī)部件損壞，表明該機(jī)失載保護(hù)安全、可靠。

2012－03－20，對池60－135井光桿進(jìn)行更換并投入生產(chǎn)。調(diào)試控制系統(tǒng)時發(fā)現(xiàn)位移傳感器被損壞，進(jìn)行更換后，恢復(fù)生產(chǎn)。抽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，出液正常后，進(jìn)行測試，數(shù)據(jù)顯示界面如圖3，懸點(diǎn)載荷41.56～83.88kN。

圖3 池60－135井2012－03－20示功圖顯示界面

2） 平衡可調(diào)整范圍廣，適應(yīng)載荷變化能力強(qiáng)。數(shù)字化抽油機(jī)（移動平衡）可調(diào)整范圍是額定載荷的50%～100%。

在新153－64井安裝了 CYJW8－3－26HY（S2K）型數(shù)字化抽油機(jī)，變頻運(yùn)行自動調(diào)整狀態(tài)，懸點(diǎn)最大載荷 78.14kN（負(fù)載率 97.67%）、沖 次 3.74 min－1、電流平衡度1.041、功率平衡度0.881、最大上行電流21.61A、最大下行電流22.5A。運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示界面如圖4。配重箱處在后臂中間位置，還有移動增加配重的能力。

圖4 新153－64井示功圖顯示界面

在胡223井安裝了 CYJW8－3－26HY（S2K）型數(shù)字化抽油機(jī)（移動平衡），變頻運(yùn)行，懸點(diǎn)最大載荷42.94kN（負(fù)載率53.67%）、沖次3.2min－1、電流平衡度1.059、功率平衡度0.851、最大上行電流8.1A、最大下行電流8.58A。運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示界面如圖5。配重箱處在后臂中間靠前位置，還有向近端移動減輕配重的能力。

圖5 胡223井示功圖顯示界面

上述2例說明：數(shù)字化抽油機(jī)（移動平衡）在額定載荷的50%～100%范圍內(nèi)均能通過智能控制柜將抽油機(jī)運(yùn)行工況調(diào)整到動態(tài)平衡狀態(tài)。

同時數(shù)字化抽油機(jī)（移動平衡）具有手搖調(diào)節(jié)平衡功能，在新149－50井投產(chǎn)安裝后，智能控制柜優(yōu)化功能還沒有投入使用的初期，為了使數(shù)字化抽油機(jī)（移動平衡）運(yùn)轉(zhuǎn)在接近動態(tài)平衡的狀態(tài)，采油工手搖調(diào)節(jié)平衡配重箱在后臂上移動位置，操作簡便、輕巧、省力。

3） 抽油機(jī)沖次可在1.5～5.0min－1之間自動調(diào)整。抽油機(jī)控制系統(tǒng)通過對示功圖的測試，實時分析井下供液狀況，依據(jù)泵的充滿程度優(yōu)化調(diào)整沖次，調(diào)整范圍在1.5～5.0min－1之間，對于供液能力差的油井，抽油機(jī)可自動降低沖次，以減少能耗及桿管磨損。例如池60－135井在工頻下所配備的皮帶輪對應(yīng)的沖次為3.5min－1，系統(tǒng)通過對示功圖的分析，將沖次自動調(diào)整到1.64min－1運(yùn)行，有效地節(jié)約了電能，運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示界面如圖6。

圖6 池60－135井示功圖顯示界面

對于供液充足的油井，系統(tǒng)則可根據(jù)配產(chǎn)要求提高沖次，達(dá)到提高產(chǎn)量的目的。例如新152－064井，供液能力良好，系統(tǒng)自動將沖次優(yōu)化到4.23 min－1運(yùn)行，保證了穩(wěn)定的產(chǎn)液量，運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示界面如圖7。

圖7 新152－064井示功圖顯示界面

4） 實現(xiàn)了平衡工況在線監(jiān)測并自動調(diào)整。新開抽的油井，抽油機(jī)的平衡狀況變化大，需要注意平衡變化，防止抽油機(jī)嚴(yán)重失衡。WellView控制柜通過自動平衡調(diào)整，能使抽油機(jī)基本運(yùn)行在平衡狀態(tài)，功率平衡度達(dá)0.8以上。也有1～2臺抽油機(jī)由于井下工況不穩(wěn)定，抽油機(jī)動態(tài)平衡變化較大，超出了自動平衡調(diào)整的范圍，暫時平衡未達(dá)標(biāo)，待井下工況穩(wěn)定后，再進(jìn)行1次人工調(diào)整就能使抽油機(jī)達(dá)到動態(tài)平衡。

對于一些因供液不足造成液擊嚴(yán)重的井，以及供液能力變化較大的井，平衡變化也隨之增大，實時動態(tài)地進(jìn)行平衡調(diào)整就非常必要。新151－049井在沒有進(jìn)行平衡自動調(diào)整設(shè)置之前，2012－04－01的平衡度曲線變化起伏較大，平衡度最高達(dá)到0.65，最低只有0.29，如圖8。主要原因是由于供液狀況變化較大造成的，這樣的波動使該井處于不平衡狀態(tài)。

圖8 新151－049井2012－04－01日平衡度變化曲線

2012－04－21對該井調(diào)試后進(jìn)行了自動平衡設(shè)定，通過WellView控制柜的智能調(diào)整，該井的平衡度保持在0.9左右，如圖9。

圖9 新151－049井2012－04－21日平衡度變化曲線

5） 實現(xiàn)了井下工況智能診斷分析。Well－View控制系統(tǒng)可實時分析井下工況，及時進(jìn)行診斷，以便有效解決問題。例如新149－50井投產(chǎn)后，示功圖在上死點(diǎn)位置突然下切，WellView控制系統(tǒng)分析結(jié)論是由于活塞上行脫出工作筒后造成的，技術(shù)人員確認(rèn)診斷后，2012－05－15通知磚井作業(yè)區(qū)下調(diào)防沖距30～50cm，2012－05－17T10∶00對新149－50井實施下調(diào)防沖距50cm方案，證實上述結(jié)論是正確的，該井措施前后示功圖曲線顯示界面如圖10～11。

由圖11可以看出：下調(diào)防沖距50cm后，示功圖在下行程的突然下切現(xiàn)象消失，圖形顯示正常。

圖10 新149－50井未調(diào)整防沖距示功圖顯示界面

圖11 新149－50井下調(diào)整防沖距50cm示功圖顯示界面

3 監(jiān)測分析

為了驗證數(shù)字化抽油機(jī)（移動平衡）功能和節(jié)能指標(biāo)，2012－10－31—11－09，長慶油田技術(shù)監(jiān)測中心對磚井、試采作業(yè)區(qū)在用的3臺8、10型數(shù)字化抽油機(jī)（移動平衡）進(jìn)行監(jiān)測。部分測試數(shù)據(jù)如表1。

安裝數(shù)字化抽油機(jī)（移動平衡）生產(chǎn)井自動優(yōu)化與工頻狀態(tài)相比，平均噸液百米耗電量由0.956 3kW·h／（102m·t）下降到0.762 6kW·h／（102m·t），降低0.193 7kW·h／（102m·t）；平均系統(tǒng)效率由30.97%提高到39.04%，提高8.07%；平均節(jié)電率20.3%。

表1 同一生產(chǎn)井自動優(yōu)化與工頻運(yùn)行能耗效率監(jiān)測數(shù)據(jù)對比

4 結(jié)論

截至2012－11－02，長慶油田第六采油廠共安裝投運(yùn)數(shù)字化抽油機(jī)（移動平衡）25臺，涉及7、8、9、10型4種規(guī)格型號。通過近1a的使用，數(shù)字化抽油機(jī)（移動平衡）及控制柜運(yùn)行工況穩(wěn)定，各項指標(biāo)表現(xiàn)良好，整機(jī)運(yùn)行安全、平穩(wěn)、可靠。及時可靠的數(shù)據(jù)為掌握新投油井的運(yùn)行狀況和實時調(diào)整提供了保障，數(shù)字化抽油機(jī)（移動平衡）適應(yīng)長慶油田油井工況。

［1］羅仁全，張學(xué)魯，于勝存，等.游梁式抽油機(jī)節(jié)能機(jī)理及其典型結(jié)構(gòu)件分析［M］.東營：中國石油大學(xué)出版社，2007.

［2］長慶油田分公司設(shè)備管理處.數(shù)字化抽油機(jī)（移動平衡）控制功能及能耗效率試驗方案［Z］.2012.