機(jī)采系統(tǒng)能效對標(biāo)體系評價(jià)與應(yīng)用

蔡郁文 蔡小輝（.中國地質(zhì)大學(xué)；.大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠）

1 目的意義

目前，第三采油廠機(jī)采井年耗電4.3×108kW h，占全廠生產(chǎn)耗電的42.9%，其特點(diǎn)是用電量大、耗能點(diǎn)多、分布零散、可控環(huán)節(jié)多，隨著油田開發(fā)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，機(jī)采系統(tǒng)用電控制難度將逐年增大。

能效對標(biāo)管理是一種科學(xué)、系統(tǒng)、規(guī)范的企業(yè)能源管理方法，雖然目前油田能效對標(biāo)的重要性有一定認(rèn)識，然而油田能效對標(biāo)體系的創(chuàng)建和實(shí)施還處于初始階段，缺乏系統(tǒng)規(guī)范的對標(biāo)程序和管理方法，因此，機(jī)采系統(tǒng)能效對標(biāo)體系評價(jià)方法，為機(jī)采節(jié)能生產(chǎn)管理和決策提供科學(xué)依據(jù)，從而進(jìn)一步達(dá)到降低能耗和提高機(jī)采系統(tǒng)效率的目的。

2 能效對標(biāo)管理技術(shù)思路

運(yùn)用系統(tǒng)能耗分析、統(tǒng)計(jì)對比評價(jià)等科學(xué)管理方法，依據(jù)能耗測試數(shù)據(jù)，掌握油井舉升能耗現(xiàn)狀，通過建立機(jī)采系統(tǒng)能效指標(biāo)體系，找準(zhǔn)影響能效水平的主要因素，與同業(yè)先進(jìn)指標(biāo)對比分析，尋找差距，分析原因，明確潛力，采取措施，持續(xù)改進(jìn)，最終形成一套完整、成型的技術(shù)規(guī)范與管理模式，從而提升機(jī)采系統(tǒng)科學(xué)化、規(guī)范化管理水平，見流程圖1。

3 對標(biāo)指標(biāo)體系的建立

按照股份公司關(guān)于能效對標(biāo)工作的總體部署和要求，及時成立組織機(jī)構(gòu)，制定了實(shí)施方案，根據(jù)“立標(biāo)、對標(biāo)、達(dá)標(biāo)、創(chuàng)標(biāo)”的基本思路，對外、對內(nèi)同步開展對標(biāo)，認(rèn)真尋找差距，對對標(biāo)管理進(jìn)行了大膽探索，取得了階段性成效。

3.1 選擇標(biāo)桿對象

依據(jù)既有先進(jìn)性，又有可比性；既有持續(xù)優(yōu)化，又有現(xiàn)實(shí)操作性的原則，通過收集分析油田資料數(shù)據(jù)，結(jié)合我廠自身特點(diǎn)，與油藏開發(fā)條件、地層性質(zhì)、原油物性等基本情況相近的大慶六廠、大港一、五廠同行業(yè)先進(jìn)水平開展對標(biāo)工作，不斷提高我廠能效管理水平。

3.2 優(yōu)化單耗指標(biāo)

依據(jù)能效對標(biāo)指標(biāo)應(yīng)具有全面性、獨(dú)立性、通用性、代表性和過程性的特點(diǎn)，以過程指標(biāo)和終端指標(biāo)相結(jié)合的原則，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際情況，選擇最具影響力和代表性的機(jī)采井系統(tǒng)效率和產(chǎn)液單耗作為機(jī)采系統(tǒng)節(jié)能指標(biāo)。

3.3 對標(biāo)遵循原則

1）綜合考慮各油田原油物性、油層發(fā)育、開發(fā)方式等諸多因素，采用分類進(jìn)行機(jī)采系統(tǒng)效率和產(chǎn)液單耗對標(biāo)模式，在充分調(diào)動全員節(jié)能意識的前提下，以確保節(jié)能目標(biāo)的完成。

2）結(jié)合本單位現(xiàn)階段生產(chǎn)開發(fā)實(shí)際及能耗現(xiàn)狀，標(biāo)桿值的確定采取就高不就低原則，既要縱向分析本單位歷史能耗指標(biāo)變化趨勢，又要橫向兼顧各油田間指標(biāo)的約束。

3）鑒于油井產(chǎn)量自然遞減，節(jié)能設(shè)備效果逐漸變差，節(jié)能潛力逐漸下降等原因，機(jī)采系統(tǒng)指標(biāo)具有波動性，應(yīng)依據(jù)油田生產(chǎn)實(shí)際制定合理的目標(biāo)值。

3.4 標(biāo)桿數(shù)值確定

1）公司同業(yè)對標(biāo)。機(jī)采系統(tǒng)效率、產(chǎn)液單耗作為機(jī)采井單耗定額管理指標(biāo)，原則上以同行業(yè)能耗指標(biāo)最好值為標(biāo)桿，同時，借鑒歷年指標(biāo)變化趨勢確定階段性標(biāo)桿值，見表1。

表1 各油田機(jī)采井對標(biāo)情況統(tǒng)計(jì)

2）油田內(nèi)部對標(biāo)。依據(jù)對標(biāo)目標(biāo)值確定實(shí)施原則，通過分析各區(qū)塊近幾年來機(jī)采井系統(tǒng)效率變化趨勢，對比標(biāo)桿區(qū)塊指標(biāo)，預(yù)測出全廠2013年機(jī)采井系統(tǒng)效率目標(biāo)值，見表2。

表2 2013年各礦機(jī)采井系統(tǒng)效率目標(biāo)值

4 差距分析與整改措施

4.1 差距原因?qū)Ρ确治?/h3>

一是非節(jié)能抽油機(jī)所占比例高，使用年限長，耗能高。

目前，全廠節(jié)能型抽油機(jī)只有216臺，占抽油機(jī)井總數(shù)的7.8%，應(yīng)用比例低，與大港油田采油一廠（48.8%），大港油田采油五廠（73.1%）相比，差距較大。同時，常規(guī)抽油機(jī)中使用年限在20年以上有653臺，運(yùn)行狀況較差，耗能較高。

二是電動機(jī)負(fù)載率較低，“大馬拉小車”現(xiàn)象較嚴(yán)重。

抽油機(jī)井在用普通電動機(jī)1157臺，其中，運(yùn)行時間超過10年的有176臺。電動機(jī)負(fù)載率24.36%，大馬拉小車井有799口（電動機(jī)負(fù)載率<20%），小馬拉大車井有46口（電動機(jī)負(fù)載率>75%），這些抽油機(jī)配備電動機(jī)裝機(jī)功率不合理，功率利用率、系統(tǒng)效率較低。

三是抽汲參數(shù)匹配不合理，油井生產(chǎn)運(yùn)行效率低。

抽油機(jī)井采用“長沖程、慢沖速、大泵徑”有利于提高系統(tǒng)效率和泵效，全廠平均沖程3.88m，與大港油田4.51m相比，少0.63m，平均沖速4.71min-1，與大港油田3.58min-1相比，快1.13min-1，造成泵效低了6.4 個百分點(diǎn)；同時，由于大港油田采用組合抽油桿，進(jìn)一步降低了懸點(diǎn)載荷。

4.2 影響指標(biāo)因素分析

影響抽油機(jī)井系統(tǒng)效率高低原因有很多，根據(jù)系統(tǒng)效率計(jì)算方法綜合分析，主要影響因素歸納為三個方面：油藏特性、技術(shù)設(shè)備和抽汲參數(shù)，其對應(yīng)的數(shù)據(jù)參數(shù)分別是：產(chǎn)液量、電動機(jī)輸入功率和有效揚(yáng)程，結(jié)合生產(chǎn)測試資料及相應(yīng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。

4.2.1 抽油機(jī)井產(chǎn)液量與系統(tǒng)效率關(guān)系

抽油機(jī)系統(tǒng)效率隨產(chǎn)液量的增加而不斷上升，當(dāng)產(chǎn)量小于10t/d時，系統(tǒng)效率低于7%，主要是低產(chǎn)液井供液不足和泵效降低原因所致；當(dāng)產(chǎn)量大于40t/d時，系統(tǒng)效率處于較高水平（大于30%），其后增加幅度逐漸放緩，油井產(chǎn)量每增加10t/d，系統(tǒng)效率提高1.5個百分點(diǎn)見圖1。

系統(tǒng)效率小于20%的井有253口，這部分井產(chǎn)量小于20t/d，是節(jié)能挖潛的重點(diǎn)。

圖1 抽油機(jī)井產(chǎn)液量與系統(tǒng)效率關(guān)系曲線

4.2.2 抽油機(jī)井沉沒度與系統(tǒng)效率關(guān)系

抽油機(jī)系統(tǒng)效率隨舉升高度的增加而增加，即隨沉沒度的減小，系統(tǒng)效率不斷增大，當(dāng)沉沒度達(dá)到一定值時，系統(tǒng)效率趨于平緩，當(dāng)沉沒度過低時，由于主要是氣影響增加，泵效降低、產(chǎn)量下降，導(dǎo)致系統(tǒng)效率下降。因此，油井應(yīng)保持合理沉沒度，對于特高含水階段，抽油機(jī)井合理沉沒度為150~350m見圖2。

抽油機(jī)井51.2%處于合理運(yùn)行狀態(tài)，針對沉沒度偏高和偏低井可采取相應(yīng)的節(jié)能措施。

4.2.3 抽油機(jī)井消耗功率與系統(tǒng)效率關(guān)系

抽油機(jī)平均消耗功率11.21 kW h，消耗功率過?。ㄐ∮?kW h），這部分主要是三低井（即：沉沒度低、泵效低、產(chǎn)量低），因此，系統(tǒng)效率也較低，隨著消耗功率的增加，系統(tǒng)效率略有上升，主要是消耗功率高的井產(chǎn)量也較高，裝機(jī)功率相應(yīng)增大，相比之下，系統(tǒng)效率變化不大見圖3。

圖2 抽油機(jī)井沉沒度與系統(tǒng)效率關(guān)系曲線

圖3 抽油機(jī)井消耗功率與系統(tǒng)效率關(guān)系曲線

4.3 相關(guān)措施對策

結(jié)合抽油機(jī)各節(jié)點(diǎn)運(yùn)行狀況診斷分析，對高舉升單耗、低系統(tǒng)效率井制定了優(yōu)化調(diào)整措施和技術(shù)界限（表3），提出了“三優(yōu)化”方法，即優(yōu)化舉升方式、優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)、優(yōu)化節(jié)能措施，實(shí)現(xiàn)機(jī)采節(jié)能對標(biāo)管理效益最大化。

表3 抽油機(jī)井對標(biāo)管理影響因素及節(jié)能措施對策

5 對標(biāo)管理實(shí)踐情況

兩年來，機(jī)采系統(tǒng)緊緊圍繞能效對標(biāo)管理這一主線，以精細(xì)管理和技術(shù)應(yīng)用為支撐，以組合措施和優(yōu)化參數(shù)為手段，以節(jié)能設(shè)備節(jié)態(tài)運(yùn)行為保障，保證機(jī)采設(shè)備高效運(yùn)行。

1）機(jī)采對標(biāo)指標(biāo)方面：通過加強(qiáng)機(jī)采節(jié)能精細(xì)管理，加大節(jié)能技術(shù)措施應(yīng)用力度，取得了提高經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，降低舉升成本。機(jī)采井的系統(tǒng)效率已從2010年的29.71%上升到2012年的31.19%，提高了1.48個百分點(diǎn)。

2）管理節(jié)能措施方面：在油井生產(chǎn)動態(tài)數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，對低系統(tǒng)效率、高能耗井采取針對性的管理措施，加強(qiáng)抽油機(jī)平衡率、間抽、盤根松緊適度、合理套壓、調(diào)參等日常工作精細(xì)管理，及時監(jiān)測節(jié)能運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時調(diào)整節(jié)能運(yùn)行參數(shù)，確保抽油機(jī)井合理、節(jié)能運(yùn)行。實(shí)施各項(xiàng)管理措施21 764井次，累計(jì)節(jié)電983.6×104kW h。

3）技術(shù)節(jié)能措施方面：通過強(qiáng)化機(jī)采節(jié)能工程項(xiàng)目管理，優(yōu)化節(jié)能措施方案，擴(kuò)大機(jī)采井變頻調(diào)速、無功補(bǔ)償、高轉(zhuǎn)差電動機(jī)、能耗監(jiān)控分析儀等節(jié)能設(shè)備應(yīng)用規(guī)模，加強(qiáng)老井舉升節(jié)能設(shè)備自動平衡裝置改造力度，采用電磁防蠟器解決油井結(jié)蠟問題。共實(shí)施節(jié)能技術(shù)措施1439井次，年節(jié)電2487.5×104kW h。

6 幾點(diǎn)認(rèn)識

1）機(jī)采系統(tǒng)能效對標(biāo)不僅能夠判定能耗現(xiàn)有水平，更重要的是可以發(fā)現(xiàn)自身存在的問題和與先進(jìn)水平的差距，挖掘節(jié)能潛力，提出針對性改進(jìn)實(shí)施方案，進(jìn)一步降低能源消耗。

2）提高抽油機(jī)系統(tǒng)效率是一個系統(tǒng)工程，在抓住影響指標(biāo)主要因素的同時，從整體上進(jìn)行分析和調(diào)控，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化配置，才能最大限度地提高系統(tǒng)效率。

3）機(jī)采系統(tǒng)能效對標(biāo)管理的研究仍處于起步階段，理論分析和實(shí)踐運(yùn)用還有待于進(jìn)一步優(yōu)化和強(qiáng)化，同時，完善對標(biāo)組織體系和考核體系，是取得對標(biāo)管理實(shí)效的重要保證。