提高有桿泵井機(jī)械采油系統(tǒng)效率的技術(shù)分析

查旋 李影 李鵬 苗玉禮(中國石化河南油田分公司石油工程技術(shù)研究院,河南 南陽 473132)

0 引言

就實(shí)際情況而言，有桿泵機(jī)械采油系統(tǒng)在進(jìn)行原油開采時(shí)必將產(chǎn)生一部分無用功率。但就目前的情況來看，有桿泵機(jī)械采油系統(tǒng)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，而其運(yùn)行效率卻一直無法得到提高。在國家提倡節(jié)能減排的政策號(hào)召下，該系統(tǒng)的效率提高問題已經(jīng)成為了各油田共同關(guān)注的重要問題，直接影響著油田的生產(chǎn)效益和社會(huì)效益。

1 有桿泵井機(jī)械采油系統(tǒng)能耗分析

在油田開采的過程中，有桿泵機(jī)械采油系統(tǒng)在原油提升的過程中會(huì)消耗大量的有效能量和損失能量。其中，有效能量是系統(tǒng)做出的有用功，而損失能量則包含了機(jī)械消耗在內(nèi)的一系列無用功。在損失能耗方面，采油系統(tǒng)不僅會(huì)損失一部分電機(jī)能量，還會(huì)損失抽油機(jī)摩阻能量、滑動(dòng)摩阻能量和粘滯摩阻能量等多種能量。其中，地面電機(jī)損耗能量包含了抽油機(jī)和電機(jī)消耗的能量，其損失功率主要取決于光桿下沖過程中的平均載荷、電機(jī)空載率和光桿功率等因素。而在有桿泵生產(chǎn)過程中，抽油桿會(huì)與液體與油管發(fā)生摩擦，所以也會(huì)產(chǎn)生粘滯損失功率。同時(shí)，抽油桿與油管的摩擦和氣體泵筒與泵柱塞的摩擦的存在，將導(dǎo)致滑動(dòng)損失功率的產(chǎn)生。此外，在提升原油的過程中，因壓力降低會(huì)有溶解氣從原油中析出，從而導(dǎo)致一部分原油內(nèi)能轉(zhuǎn)化成溶解氣膨脹功率。

2 影響有桿泵井機(jī)械采油系統(tǒng)效率的因素分析

就目前來看，有桿泵井機(jī)械采油系統(tǒng)的運(yùn)行效率普遍不高。從理論角度來看，抽油機(jī)系統(tǒng)效率應(yīng)該達(dá)到55%到65%。然而從實(shí)際生產(chǎn)上來看，系統(tǒng)平均效率甚至無法達(dá)到30%。而之所以會(huì)出現(xiàn)這一現(xiàn)象，主要是受到了幾方面因素的影響。首先，系統(tǒng)電機(jī)的最佳運(yùn)行效率應(yīng)該在額定功率的0.7 倍到1.1 倍之間，以便保持良好的運(yùn)行狀態(tài)[1]。但在實(shí)際生產(chǎn)中，為了進(jìn)行抽油機(jī)啟動(dòng)慣性和高負(fù)荷峰值的克服，電機(jī)往往需要配置較大的功率，以至于電機(jī)的運(yùn)行一直處在負(fù)載較低的狀態(tài)。其次，目前有桿泵井機(jī)械采油系統(tǒng)使用的抽油機(jī)多數(shù)為游梁式抽油機(jī)，采用的工作方式為對(duì)稱循環(huán)方式。而這類抽油機(jī)在上下沖程花費(fèi)的運(yùn)行時(shí)間相同，產(chǎn)生的幅度和頻率較大，容易導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)能耗的升高。再者，系統(tǒng)運(yùn)行過程中使用了三角皮帶傳動(dòng)，但是該類皮帶的張緊程度無法得到保證，容易出現(xiàn)震動(dòng)、打滑和錯(cuò)動(dòng)等問題，從而給系統(tǒng)帶來能量損失。此外，系統(tǒng)運(yùn)行過程中常常會(huì)出現(xiàn)不平衡的問題，以至于電動(dòng)機(jī)電流輸出出現(xiàn)差異，繼而導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行效率低下。

3 提高有桿泵井機(jī)械采油系統(tǒng)效率的技術(shù)分析

3.1 系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化技術(shù)

為了使有桿泵機(jī)械采油系統(tǒng)保持高效運(yùn)行狀態(tài)，需要采用優(yōu)化技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。而電機(jī)裝置是系統(tǒng)的核心裝置，首先就需要得到優(yōu)化設(shè)計(jì)。從優(yōu)化目的上來看，電機(jī)的優(yōu)化是為了保持一定的負(fù)載能力，以便使裝置的能力得到有效利用。同時(shí)，還需要使電機(jī)試機(jī)負(fù)載率與最佳負(fù)載率之間的差距得到縮短，以便使裝置保持最佳運(yùn)行狀態(tài)[2]。為了達(dá)成這一目的，技術(shù)人員需要對(duì)正常運(yùn)行的采油系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際測(cè)量。而通過分析實(shí)際測(cè)量得出的圖形，則可以進(jìn)行光桿工作效率的計(jì)算。具體來講，就是按照公式P光桿=(Pmax-Pmin)S*N*103/59976進(jìn)行光桿工作效率的計(jì)算，然后根據(jù)結(jié)果進(jìn)行電機(jī)的選擇。式中，Pmax為實(shí)際測(cè)量的最大負(fù)荷，Pmin則為實(shí)際測(cè)量得到的最小負(fù)荷。在此基礎(chǔ)上，技術(shù)人員可以將計(jì)算出的數(shù)據(jù)當(dāng)做是電機(jī)優(yōu)化的指標(biāo)，然后重新進(jìn)行電機(jī)裝置的配置。實(shí)踐表明，電機(jī)負(fù)載率只要提高5%到10%，系統(tǒng)效率就可以提高2%到4%。

3.2 系統(tǒng)節(jié)能改造技術(shù)

為了減少系統(tǒng)的能耗，技術(shù)人員理應(yīng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造。除了進(jìn)行電機(jī)裝置的優(yōu)化，技術(shù)人員還應(yīng)該致力于保持系統(tǒng)各項(xiàng)裝置的穩(wěn)定運(yùn)行，以期達(dá)成最佳的系統(tǒng)運(yùn)行效率。具體來講，就是技術(shù)人員可以使用節(jié)能性抽油機(jī)替代過去的游梁式抽油機(jī)，以便達(dá)成一定的系統(tǒng)節(jié)能效果。而使用該種抽油機(jī)可以保持可靠的運(yùn)行狀態(tài)，并且在滿負(fù)載情況下保持較低的損耗。就目前來看，油井使用的節(jié)能性抽油機(jī)主要有兩種，即異向曲柄平衡抽油機(jī)和鏈條抽油機(jī)[3]。另一方面，技術(shù)人員也可以通過安裝節(jié)能減速器進(jìn)行系統(tǒng)的節(jié)能改造，以便使系統(tǒng)的機(jī)采參數(shù)得到優(yōu)化，繼而使系統(tǒng)的運(yùn)行效率得到提高。而實(shí)踐表明，安裝節(jié)能減速器后，平均單井采油系統(tǒng)的效率提高了1%，節(jié)省的日電能約為12.4kW·h。

3.3 系統(tǒng)部件增設(shè)技術(shù)

了解采油系統(tǒng)效率低下的原因后，技術(shù)人員也可以通過增設(shè)系統(tǒng)部件提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率。一方面，為了減少系統(tǒng)因皮帶傳送而損失的能量，技術(shù)人員可以進(jìn)行系統(tǒng)專用的緊帶裝置的安裝。而該裝置可以進(jìn)行皮帶松緊帶的調(diào)整，所以可以解決皮帶打滑等問題，從而使系統(tǒng)效率得到有效提高。另一方面，針對(duì)油管伸長(zhǎng)導(dǎo)致的系統(tǒng)能量損耗，技術(shù)人員也可以進(jìn)行油管錨定裝置的安裝。而在此基礎(chǔ)上，操作人員就可以提前得知油管的位置，從而使有桿泵容積工作效率得到有效提高。除此之外，解決該問題也可以通過增設(shè)氣錨的措施，以便使油氣含量得到提高。再者，針對(duì)抽油桿與油管摩擦導(dǎo)致的系統(tǒng)能量損失，技術(shù)人員可以通過安裝抽油桿扶正器進(jìn)行摩擦的減小甚至消除[4]。此外，針對(duì)有偏磨的井口，也可以通過使用井口扶正器來減少系統(tǒng)裝置與井口的摩擦。

3.4 系統(tǒng)智能控制技術(shù)

想要使采油系統(tǒng)效率得到提高，還應(yīng)該根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行其工作性能的優(yōu)化，從而在增強(qiáng)系統(tǒng)靈活性的同時(shí)，提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率。為了達(dá)成這一目的，技術(shù)人員需要將監(jiān)測(cè)技術(shù)引入到油井工作中，以便進(jìn)行采油工作液面波動(dòng)數(shù)據(jù)的采集與整理。而在此基礎(chǔ)上，技術(shù)人員則可以將實(shí)時(shí)控制技術(shù)引入到采油工作中，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的智能控制。從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度來看，使用智能控制技術(shù)進(jìn)行有桿泵機(jī)械采油作業(yè)的控制和調(diào)節(jié)，可以完成對(duì)井下采油過程的自動(dòng)干預(yù)，繼而使石油開采的工作效率得到提高。此外，使用該技術(shù)也可以使石油開采的質(zhì)量得到提高，并確保石油開采的安全性，因此有利于促進(jìn)石油開采事業(yè)的發(fā)展。

3.5 系統(tǒng)功率補(bǔ)償技術(shù)

從根本上來講，采油系統(tǒng)的運(yùn)行效率低下主要是因?yàn)槭艿搅斯β室蛩氐偷囊蛩氐挠绊?。而之所以?huì)出現(xiàn)這一問題，是因?yàn)椴捎拖到y(tǒng)的終端缺少功率補(bǔ)償。所以，技術(shù)人員應(yīng)該采取終端補(bǔ)償技術(shù)解決這一問題，以便使系統(tǒng)運(yùn)行的效率得到有效提高。具體來講，就是可以在抽油機(jī)自控制箱內(nèi)進(jìn)行電力電容器的安裝，以便對(duì)相應(yīng)的系統(tǒng)線路進(jìn)行無功補(bǔ)償。而使用這一方法，可以使系統(tǒng)功率因素提升約0.2，因此可以為系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供更多的保障[5]。

4 結(jié)語

總而言之，為了提高有桿泵井機(jī)械采油系統(tǒng)的生產(chǎn)效率，有關(guān)人員應(yīng)該對(duì)影響系統(tǒng)效率的因素進(jìn)行進(jìn)一步的分析，以便從中找出提高系統(tǒng)效率的方法。而通過本文的研究可以發(fā)現(xiàn)，重新配置合適的電機(jī)裝置，并進(jìn)行節(jié)能減速器的安裝和節(jié)能性抽油機(jī)的使用，都可以使采油系統(tǒng)的生產(chǎn)效率得到提高。同時(shí)，也可以進(jìn)行油井工作過程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以便對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行做出調(diào)整。此外，也可以通過緊帶裝置、油管錨定裝置以及電力電容器減少系統(tǒng)的能力損失和為系統(tǒng)提供功率因數(shù)補(bǔ)償，繼而使系統(tǒng)的運(yùn)行效率得到提高。

[1]宋威.提升有桿泵采油系統(tǒng)效率方法研究[J].化工管理,2015,6：182+224.

[2]朱益飛.利用測(cè)試分析提高電泵井系統(tǒng)效率[J].石油石化節(jié)能,2013,08：1-3+59.

[3]肖聰.提高機(jī)械采油系統(tǒng)效率的理論研究及應(yīng)用[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量,2013,17：250.

[4]張明.抽油機(jī)井系統(tǒng)效率工藝參數(shù)優(yōu)化技術(shù)[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量,2011,04：234.

[5]王春彥,李俊,向軍.埕海油田電泵井節(jié)能技術(shù)應(yīng)用與研究[J].資源節(jié)約與環(huán)保,2014,01：39-40.