大慶油田抽油機井節(jié)能管理措施分析

閔麗霏（大慶油田有限責(zé)任公司第一采油廠）

目前，大慶油田油井舉升方式主要以抽油機為主，它的主要作用是完成采油任務(wù)，用以將油井產(chǎn)出液從井下舉升到地面。抽油機在大慶油田各種類型機采裝置中，占重要地位，約占油井人工舉升設(shè)備的78.5%，是油田使用最廣泛的一種機械采油裝置。抽油機是油田的耗電大戶，其用電量約占油田總用電量的37%左右，占油田總用電量的比例高，且總體效率僅在23%左右，效率低，造成能源浪費，增加采油成本。

1 抽油機工作原理

抽油機的作用是將電動機的旋轉(zhuǎn)運動變成懸點的往復(fù)運動。根據(jù)基本工作原理，可以認為抽油機主要由以下四個系統(tǒng)組成，即動力傳動減速系統(tǒng)、換向系統(tǒng)、平衡系統(tǒng)和支撐系統(tǒng)。由于各種抽油機的動力傳動減速系統(tǒng)和支撐系統(tǒng)的工作原理和結(jié)構(gòu)基本相同或類似，所以抽油機的結(jié)構(gòu)形式主要由換向系統(tǒng)和平衡系統(tǒng)決定。

電動機通過三角皮帶傳動帶動減速箱，減速后由四連桿機構(gòu)把減速箱輸出軸的旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橛瘟后H頭的往復(fù)運動。驢頭帶動光桿和抽油桿作上下往復(fù)的直線運動。通過抽油桿將這個運動傳給井下抽油泵中的柱塞（或稱活塞）。在抽油泵泵筒的下部裝有固定閥（吸入閥），而在柱塞上裝有游動閥（排出閥）。當(dāng)抽油桿向上運動，柱塞作上沖程時，固定閥打開，泵從井中吸入液體。同時，由于游動閥關(guān)閉，柱塞將它上面油管中的液體上舉到井口，經(jīng)過采油樹排入到地面集輸管線。當(dāng)抽油桿向下運動，柱塞作下沖程時，固定閥關(guān)閉而游動閥打開，柱塞下面的液體通過游動閥排到它的上面[1]。

2 抽油機節(jié)能管理措施

管理節(jié)能是抽油機井節(jié)能的重要手段，管理節(jié)能資金投入較小，主要靠運行管理人員掌握各類設(shè)備和各系統(tǒng)耗能規(guī)律，針對不同系統(tǒng)，合理調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)，科學(xué)維護最大限度的合理調(diào)配運行設(shè)備。

抽油機井節(jié)能管理措施主要有：調(diào)整盤根松緊度、皮帶松緊度、平衡等設(shè)備狀態(tài)；調(diào)整沖程、沖速等生產(chǎn)參數(shù)；抽油機井優(yōu)化設(shè)計；更換調(diào)配抽油機、抽油泵、電動機等設(shè)備。

2.1 盤根松緊度調(diào)整

盤根盒是地面設(shè)備與地下設(shè)備的界限，是防止井液從井口泄漏的密封裝置。適當(dāng)?shù)谋P根松緊度是保證光桿正常工作的重要因素，其松緊度對系統(tǒng)效率以及耗電量有直接的影響。盤根調(diào)整過松會導(dǎo)致密封不好、井口漏油，而過緊會增大光桿與盤根的摩擦力，造成載荷增加，盤根過緊對抽油機系統(tǒng)效率會有1～2個百分點的影響，對輸入功率產(chǎn)生0.5～2.0kW的影響。

盤根松緊調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)：盤根密封必須要有一定的竄動量，該指標(biāo)不能低于0.2～0.4mm，以盤根表面有一層油膜但不漏油為最佳。

2.2 皮帶松緊度調(diào)整

皮帶是將電動機動力傳遞給抽油機的中間過渡性媒介，也是抽油機的一級減速裝置，由于彎曲損失、摩擦損失、風(fēng)阻損失、彈性滑動損失、打滑損失等損失的影響，皮帶傳動有一定的能量損失。皮帶的傳動效率是抽油機系統(tǒng)效率的組成部分，皮帶過松時，皮帶將在皮帶輪上打滑，使小皮帶輪急劇發(fā)熱，傳輸效率降低；皮帶過緊時，輪軸所承受的作用力增加，容易產(chǎn)生磨損，增加消耗功率，對系統(tǒng)效率也會產(chǎn)生影響。因此，必須確立合理的皮帶松緊度標(biāo)準(zhǔn)，保證皮帶輪正常傳動。

2.3 調(diào)平衡

抽油機井平衡率為抽油機正常工作時下沖程峰值電流與上沖程峰值電流的比值。抽油機平衡度標(biāo)準(zhǔn)是80%～110%。通過對比分析，平衡率良好的抽油機比平衡差的抽油機平均耗電可減少5%以上。抽油機平衡率越低，則需要電動機提供的動力越大。因為抽油載荷是每時每刻都在變化的，而平衡配重不可能和抽油載荷作完全一致的變化，才使得游梁式抽油機的節(jié)能技術(shù)變得十分復(fù)雜。抽油機的配重嚴(yán)重不平衡，導(dǎo)致抽油機的起動扭矩很大，慣性也很大，從而造成較大的沖擊電流，沖擊電流不僅浪費掉大量的電能，而且嚴(yán)重威脅到設(shè)備的安全。通過對大慶油田歷年監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，平衡率合格的抽油機系統(tǒng)效率也較高，欠平衡和過平衡幅度越大，系統(tǒng)效率也越低，輕度欠平衡比過平衡系統(tǒng)效率高。

針對平衡率不合格的抽油機，應(yīng)及時調(diào)整平衡配重，對于過度欠平衡的抽油機，可以采用常規(guī)抽油機下偏杠鈴節(jié)能改造，達到有效削減峰值扭矩的作用。

2.4 調(diào)整參數(shù)

隨著油田開發(fā)時間的延長，部分油井地層供液能力變差，導(dǎo)致深井泵的泵況不合理，造成油井沉沒度降低，泵效降低，舉升高度增大，單耗增高。這種情況需及時采取下調(diào)沖速和沖程，使油井從參數(shù)偏大區(qū)進入到參數(shù)合理區(qū)，改良供排關(guān)系，降低機采能耗。

2.5 整體優(yōu)化

將抽油機井作為一個有機整體，在保證油井產(chǎn)量不變的前提下，如何從產(chǎn)液量、含水率、動液面、油層深度、原油密度、油氣比、飽和壓力、溶解系數(shù)、油層溫度、析蠟溫度、地表溫度、井斜參數(shù)等已知參數(shù)來設(shè)計優(yōu)化：抽油機機型、電動機機型、管徑、泵掛、泵徑、桿柱鋼級、桿柱組合、沖程、沖速等求解參數(shù)，并使之達到最優(yōu)組合，減少能量傳遞和轉(zhuǎn)化過程中的損失，從而獲得提高機采效率的措施和手段。

2.6 機泵優(yōu)化

由于油井供液狀況動態(tài)發(fā)生變化，導(dǎo)致載荷和消耗功率也隨之變化。有部分井載荷降低使電動機功率利用率降低，如部分井產(chǎn)液下降，原裝電動機功率偏大，出現(xiàn)“大馬拉小車”的情況，造成浪費；另有部分井載荷增大時，電動機功率利用率增加甚至過載，造成電動機過載耗能或電動機燒毀。

針對該類問題，對地面參數(shù)無可調(diào)整余地，且長期無其他增產(chǎn)措施的抽油機井，在保證油井正常生產(chǎn)的情況下，通過機型與泵徑、產(chǎn)液的合理匹配，提高設(shè)備運行效率，從而降低能耗。主要措施包括：

1）更換小泵：針對產(chǎn)液量低、沉沒度低、地面參數(shù)無調(diào)整余地的井，通過作業(yè)加大檢換小泵的力度，可有效提高泵效，提升系統(tǒng)效率；

2）降機型：通過對油井產(chǎn)液規(guī)律進行分析，以及優(yōu)化桿柱組合，開展抽油機載荷、扭矩計算方法適應(yīng)性研究，用于指導(dǎo)抽油機合理選型，降低機采能耗；對負載率低的抽油機井，機采能耗相對較高，可采取抽油機降型措施。

3）改造電動機：由于抽油機啟動力矩大，需要較高的裝機功率，而實際運行過程中消耗功率較小，因此造成了正常運行時電動機功率利用率低。通過對近些年大慶油田機采井監(jiān)測數(shù)據(jù)分析得知，中區(qū)采油廠抽油機電動機功率利用率平均在30%左右，外圍采油廠抽油機電動機功率了利用率在24%左右。而普通三相異步電動機在功率利用率低于80%時，效率較低，因此需要提高電動機功率利用率。通過更換功率較小的電動機，應(yīng)用新型高效電動機或節(jié)能抽油機等節(jié)能技術(shù)，或?qū)⒖烧{(diào)速電動機調(diào)低轉(zhuǎn)速運行等具體措施，提高電動機負載率。

3 結(jié)論與認識

長期以來，大慶油田通過加大節(jié)能資金投入，推廣應(yīng)用了大量節(jié)能設(shè)備及節(jié)能新技術(shù)，取得了良好的節(jié)能效果。但切實可行有效的抽油機節(jié)能管理措施在節(jié)能降耗方面作用不可忽視，隨著油田開發(fā)規(guī)模的不斷增大，機采系統(tǒng)用能控制難度也逐年增加，以最小的投入、最佳的操作獲得最大的節(jié)能效益是當(dāng)前生產(chǎn)條件下的目標(biāo)，積極推廣應(yīng)用各種節(jié)能管理措施，對降低抽油機能耗，提高機采節(jié)能管理水平，助力油田發(fā)展具有重要意義。

[1]蕭南平.游梁抽油機節(jié)能新途徑和節(jié)能蓄能器[J].石油機械,1996,24(7):36-37.