機(jī)采系統(tǒng)節(jié)能示范區(qū)建設(shè)及效果評價

朱益飛（中國石化勝利油田分公司孤東采油廠）

隨著老油田開發(fā)難度的進(jìn)一步加大，油田開發(fā)成本上升，噸油效益下降，提高油井系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)制效益，進(jìn)一步做好節(jié)能降耗、系統(tǒng)挖潛、降本增效工作，已成為各油田重要的研究課題[1]。油田70%以上的耗能集中在機(jī)采、注水、電力、熱力等主要系統(tǒng)，能耗費(fèi)用約占油田生產(chǎn)可變成本的30%[2]。而機(jī)采系統(tǒng)是油田開展提質(zhì)增效和節(jié)能降耗工作的主陣地，提高機(jī)采系統(tǒng)運(yùn)行效率，實現(xiàn)節(jié)能降耗，具有很大的節(jié)能挖掘潛力。為此，我們在調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，選擇了油井系統(tǒng)效率低、既有常規(guī)抽油機(jī)井，又有稠油摻水井生產(chǎn)的孤東四區(qū)作為機(jī)采系統(tǒng)節(jié)能示范區(qū)，以點(diǎn)帶面，推動油田整體節(jié)能降耗工作，并取得了良好的節(jié)能示范區(qū)建設(shè)效果。

1 示范區(qū)油井存在的問題

該機(jī)采系統(tǒng)節(jié)能示范區(qū)內(nèi)共有58 口油井，2 條6 kV 供電線路。通過現(xiàn)場調(diào)查分析，發(fā)現(xiàn)該區(qū)塊油井主要存在以下幾個問題：

1）現(xiàn)場油井管理不到位。部分油井存在井口偏磨、抽油機(jī)不平衡、抽油機(jī)倒發(fā)電現(xiàn)象嚴(yán)重、抽油機(jī)不正、四點(diǎn)不一線等情況比較嚴(yán)重。

2）油井地下提升效率低，主要是存在管柱設(shè)計不合理。

3）油井電動機(jī)功率匹配不合理。部分電動機(jī)負(fù)載率低、耗電量高，存在“大馬拉小車”現(xiàn)象。

4）抽油機(jī)型不合理。該區(qū)內(nèi)存在有5 口抽油機(jī)機(jī)型過大，需要更換為小型節(jié)能抽油機(jī)；有5 口抽油機(jī)因負(fù)荷大，四塊平衡塊不能平衡，需要更換較大機(jī)型的抽油機(jī)。

5）油井電動機(jī)功率因數(shù)低。經(jīng)現(xiàn)場測試，有20 口油井電動機(jī)的功率因數(shù)低于0.5，需要安裝功率因數(shù)動態(tài)自動補(bǔ)償控制柜，提高油井電動機(jī)功率因數(shù)，以降低無功損耗和線路損耗。

2 節(jié)能降耗措施

為了提高機(jī)采系統(tǒng)節(jié)能示范區(qū)的油井系統(tǒng)效率，降低油井的耗電量和線路損耗，根據(jù)示范區(qū)機(jī)采系統(tǒng)油井存在的問題，有針對性地采取了以下幾項措施：

2.1 加強(qiáng)油井管理標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，提高油井地面管理水平

圍繞地面管理的油井井口皮帶松緊、盤根松緊、機(jī)偏、井口不正、抽油機(jī)平衡度等內(nèi)容，按油井標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行現(xiàn)場管理，對達(dá)不到油井標(biāo)準(zhǔn)要求的油井，及時組織人員進(jìn)行調(diào)整，并得到了良好的調(diào)整效果。具體工作量及效果統(tǒng)計見表1。

從表1 可知，通過加強(qiáng)油井標(biāo)準(zhǔn)化管理，該節(jié)能示范區(qū)日節(jié)電量535 kWh，平均單井日耗電量從237 kWh 下降到232 kWh，平均單井日耗電量下降了5 kWh，系統(tǒng)效率從26.8%提高到28.3%，提高了1.5%。根據(jù)油井節(jié)電量情況統(tǒng)計，開展油井標(biāo)準(zhǔn)化管理，實現(xiàn)年節(jié)電10.6×104kWh。

表1 油井開展標(biāo)準(zhǔn)化管理效果統(tǒng)計

2.2 優(yōu)化管柱結(jié)構(gòu)，提高井下采油效率[3]

該區(qū)塊的油井躺井后，應(yīng)用油井優(yōu)化設(shè)計軟件對油井生產(chǎn)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。該軟件以新的輸入功率計算理論為基礎(chǔ)，以最低能耗及機(jī)采成本為目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，使油井在液量不變的前提下，耗電量最低。先后對該區(qū)塊11 口油井的管柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，通過11 口油井的作業(yè)實施，在單井液量增加4.8 t/d 的情況下，平均日節(jié)電量39 kWh，油井平均系統(tǒng)效率提高了16.5%，累計實現(xiàn)節(jié)電8.988×104kWh，取得了明顯效果。油井管柱結(jié)構(gòu)優(yōu)化后節(jié)約了大量的電量，而且為控制油井躺井也奠定了堅實的基礎(chǔ)。如4-12-N2021 井，措施前該井工況為泵徑56 mm，泵深1005 m，沖程4.2 m，沖速4.5 min-1，日產(chǎn)液5.9 t，日產(chǎn)油1.7 t，含水71.2%，動液面925 m，日耗電量194 kWh，系統(tǒng)效率9.6%。該井躺井后進(jìn)行管柱結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，其工況調(diào)整為泵徑57 mm，泵深1202 m，沖程3.0 m，沖速4.0 min-1，開井后日產(chǎn)液21.0 t，日產(chǎn)油2.8 t，含水86.7%，動液面1002 m，與措施前對比日產(chǎn)液量增加了15.1 t，日產(chǎn)油量增加了1.1 t，日耗電量下降到126 kWh，降低了68 kWh，油井系統(tǒng)效率提高到50.1%，提高了40.5%。管柱結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計調(diào)整后油井效果統(tǒng)計對比見表2。

表2 管柱結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計調(diào)整后油井效果對比

2.3 推廣應(yīng)用永磁同步電動機(jī)

稀土永磁同步電動機(jī)是一種高效節(jié)能電動機(jī)，其效率可達(dá)到95%，高于異步電動機(jī)，且啟動轉(zhuǎn)矩大，因此油井在任何工況下，都能起到很好的節(jié)能效果；同時由于永磁同步電動機(jī)永磁體的作用，保證其有較強(qiáng)的啟動力矩，即使該類電動機(jī)在現(xiàn)場中可降低一級功率，也能保證油井正常使用。通過實施對節(jié)能示范區(qū)抽油機(jī)配套日耗電量小于200 kWh電動機(jī)的油井，將普通三相異步電動機(jī)更換為稀土永磁同步電動機(jī)，可降低電動機(jī)的無功耗電量，降低電動機(jī)電流，減少線路損耗。在機(jī)采系統(tǒng)節(jié)能示范區(qū)共實施更換永磁同步電動機(jī)14 臺，實施后單井日耗電量由196 kWh下降到162 kWh，單井日節(jié)電量34 kWh，油井平均系統(tǒng)效率提高了11.6%，累計節(jié)電量16.879×104kWh。如4-14-15 井，該井更換永磁同步電動機(jī)前，生產(chǎn)參數(shù)為泵徑56 mm，泵深853 m，沖程2.2 m，沖速8.7 min-1，日產(chǎn)液40.9 t，日產(chǎn)油0.4 t，含水99.0%，動液面860 m，使用37 kW 普通電動機(jī)，日耗電199 kWh ，電流35 A/36 A，系統(tǒng)效率29.7%。該井更換22 kW 稀土永磁同步電動機(jī)后，生產(chǎn)參數(shù)為泵徑56 mm，泵深853 m，沖程2.2 m，沖速8.1 min-1，日產(chǎn)液41.0 t，日產(chǎn)油0.4 t，含水99.0%，動液面508 m，使用22 kW永磁同步電動機(jī)，日耗電量108 kWh，下降了91 kWh，系統(tǒng)效率33.9%，系統(tǒng)效率提高了4.2%。14 口油井應(yīng)用永磁同步電動機(jī)前后效果對比數(shù)據(jù)統(tǒng)計表見表3。

表3 應(yīng)用永磁同步電動機(jī)前后效果對比

2.4 合理匹配電動機(jī)功率

對示范區(qū)抽油機(jī)配套電動機(jī)額定功率過大，出現(xiàn)“大馬拉小車”的油井，根據(jù)電動機(jī)負(fù)荷率情況更換為小功率電動機(jī)，以提高油井系統(tǒng)效率。共實施油井合理匹配電動機(jī)10臺，單井日節(jié)電量28 kWh，系統(tǒng)效率由34.3%提高到36.3%，提高了2.0%，累計實現(xiàn)節(jié)電量6.8×104kWh。如4-15-191井由55 kW電動機(jī)更換為37 kW 電動機(jī)后，日耗電量由375 kWh下降到273 kWh，日節(jié)電量102 kWh，油井系統(tǒng)效率由32.8%提高到37.6%，提高了4.8%，累計實現(xiàn)節(jié)電量2.3×104kWh。合理匹配電動機(jī)功率實施效果見表4。

2.5 安裝功率因數(shù)動態(tài)自動補(bǔ)償控制柜

針對油井啟動功率大，運(yùn)行功率小，以及抽油機(jī)負(fù)載功率變化的特點(diǎn)。在機(jī)采系統(tǒng)應(yīng)用油井無功動態(tài)自動補(bǔ)償節(jié)能裝置，實現(xiàn)油井無功功率動態(tài)補(bǔ)償量的自動智能調(diào)節(jié)，從源頭上解決油井功率因數(shù)低，無功功率損耗大的問題。對示范區(qū)內(nèi)20 口油井電動機(jī)的功率因數(shù)低于0.5 的油井，通過推廣油井無功動態(tài)自動補(bǔ)償節(jié)能裝置，使油井功率因數(shù)達(dá)到0.8 以上。同時，加強(qiáng)油井無功動態(tài)自動補(bǔ)償節(jié)能裝置的應(yīng)用管理，做好日常管理和故障設(shè)備及時更新和維修工作，確保每一臺油井無功動態(tài)自動補(bǔ)償節(jié)能裝置良好運(yùn)行。

2.6 合理配置抽油機(jī)

針對該示范區(qū)內(nèi)存在有5 口抽油機(jī)機(jī)型過大，需要更換為小型節(jié)能抽油機(jī)；有5 口抽油機(jī)因負(fù)荷大，四塊平衡塊不能平衡，需要更換較大的抽油機(jī)等問題。根據(jù)油井負(fù)荷情況進(jìn)行合理調(diào)整：采用5臺雙驢頭節(jié)能抽油機(jī)替代原5 臺10 型抽油機(jī)；采用5 臺10 型抽油機(jī)替代原5 臺8 型抽油機(jī)。調(diào)整后，抽油機(jī)選型更加合理，系統(tǒng)運(yùn)行更高效，并取得了良好的節(jié)能降耗效果。

3 效果評價

機(jī)采系統(tǒng)節(jié)能示范區(qū)目前開采58 口井，日產(chǎn)液量3127 t，日產(chǎn)油量197 t，綜合含水93.7%，安裝電動機(jī)總功率1594 kW，日耗電量10 819 kWh ，平均單井日耗電量204 kWh，油井平均系統(tǒng)效率達(dá)到了30.1%。示范區(qū)建立前后數(shù)據(jù)統(tǒng)計對比表見表5。

表5 示范區(qū)建立前后數(shù)據(jù)對比

從表5 中可以看出，該節(jié)能示范區(qū)在保證油井液量基本保持不變的情況下，總裝機(jī)電動機(jī)容量下降了306 kW，平均單井下降了5.3 kW，日耗電量下降了1991 kWh，平均單井日節(jié)電量38 kWh，年節(jié)電量62.5×104kWh，系統(tǒng)效率從示范區(qū)建立前的20.3%提高到目前30.1%，提高了9.8%，機(jī)采系統(tǒng)節(jié)能示范區(qū)建設(shè)取得良好運(yùn)行效果。

4 結(jié)論

將油井達(dá)標(biāo)示范區(qū)與提高機(jī)采系統(tǒng)效率示范區(qū)結(jié)合起來，按照從地面到井筒整體優(yōu)化改造的原則，依據(jù)不同油藏類型，不同油藏開發(fā)特點(diǎn)，制定不同的優(yōu)化開發(fā)方案，延長井下工具使用壽命，研究應(yīng)用防砂新工藝，提高修井質(zhì)量，延長油井免修周期。通過采取加強(qiáng)油井管理標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)、優(yōu)化管柱結(jié)構(gòu)提高油井井下效率、推廣應(yīng)用永磁同步電動機(jī)、合理匹配電動機(jī)功率、安裝功率因數(shù)動態(tài)自動補(bǔ)償控制柜和合理配置抽油機(jī)等技術(shù)和管理措施，將能收到良好的節(jié)能降耗效果。

[1]朱益飛,石曉明,馬冬梅.提高孤東油田機(jī)采系統(tǒng)效率的途徑[J].電力需求側(cè)管理,2009,11(4):46-48.

[2]朱益飛,王乾澤,徐慧娟.勝利油田機(jī)采系統(tǒng)現(xiàn)狀及能耗控制對策分析[J].石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督,2006,22(5)：21-24.

[3]王鴻勛,張琪.采油工藝原理[M].北京:石油工業(yè)出版社,1992.