齊甫原 張強(qiáng) 段文
機(jī)采系統(tǒng)效率主要由地面運(yùn)行設(shè)備的效率和井下桿管泵效率兩部分構(gòu)成,本文從地面設(shè)備、井下桿管、泵和管理及油井的參數(shù)設(shè)計等方面分析了影響抽油機(jī)井系統(tǒng)效率的因素,本文從有桿泵抽油機(jī)井的井下工具、地面設(shè)備、配套設(shè)施等各個環(huán)節(jié),對影響有桿泵機(jī)采系統(tǒng)效率的因素進(jìn)行了細(xì)致地分析,并針對各影響因素提出了有效的對策,對于提高有桿泵抽油機(jī)井的系統(tǒng)效率,降低油井運(yùn)行成本,實現(xiàn)油井節(jié)能降耗,具有一定的指導(dǎo)意義。
一、 抽油機(jī)井系統(tǒng)效率影響因素分析
針對長慶油田目前開發(fā)現(xiàn)狀,大路溝二區(qū)所屬高含水油井居多,抽油機(jī)長時間的低效運(yùn)行,不僅造成大量電能的浪費(fèi),而且影響設(shè)備的使用壽命,提高抽油機(jī)機(jī)采效率是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程,主要取決于設(shè)備狀況、參數(shù)優(yōu)化等方面,通過加強(qiáng)分析,確定科學(xué)的調(diào)整方式,實現(xiàn)供采協(xié)調(diào),充分發(fā)揮油井產(chǎn)能,從而降低能耗,提高經(jīng)濟(jì)效益。
影響有桿泵抽油機(jī)井系統(tǒng)效率的因素較多,它不僅受抽油設(shè)備和抽油參數(shù)的影響,而且還受油井管理水平和井況的影響。由于能量在轉(zhuǎn)換和傳遞過程中,總會發(fā)生能量損失,用Pi表示輸入功率,用Pe表示有效功率,用△P表示損失功率,則有:
Pi=Pe+△P
根據(jù)抽油機(jī)井系統(tǒng)的組成情況,可以把損失功率△P分解為5個部分,即:
(1)電動機(jī)損失部分功率△P1:當(dāng)電動機(jī)輸出功率為額定輸出功率的60-100%時,電動機(jī)的工作效率與額定效率接近或相等,否則將低于額定效率;而在抽油機(jī)工作時,負(fù)荷變化極大,所以其電動機(jī)的工作效率低于其額定效率。據(jù)資料顯示,電動機(jī)的額定效率約為90%,而應(yīng)用于抽油機(jī)上的工作效率只有70%左右,這部分功率損失對系統(tǒng)效率的影響很大。
(2)帶傳動部分的損失△P2:油田應(yīng)用較為普遍的普通V帶、窄V帶和同步帶的效率一般在在95%左右,即這部分的損失功率為5%。
(3)減速器部分的損失△P3:減速器損失分軸承損失和齒輪損失兩部分,一副軸承的功率損失約為1%,共三副合計為3%,一副齒輪功率損失為2%,三副為6%,故減速器的損失功效率9%。
(4)四連桿部分的損失△P4:四連桿結(jié)構(gòu)中有三副軸承和一根鋼絲繩,三副軸承的損失為3%,鋼絲繩的變形損失為2%,所以四連桿部分的損失功效為5%。
(5)盤根盒部分的損失△P5:抽油機(jī)工作時,由于光桿與盤根盒中的填料有相對運(yùn)動產(chǎn)生磨擦,引起功率損失:
△P5=F×v/1000=9.8×f×k×π×d×p×h×v/1000
式中:F-磨擦力;f-磨擦系數(shù);h-有效密封高度;d-光桿直徑;v-光桿運(yùn)動速度;k-系數(shù),由密封材質(zhì)確定。
可見盤根盒部分損失與密封材質(zhì)、光桿直徑、運(yùn)動速度有關(guān)。
二、提高抽油機(jī)井系統(tǒng)效率的措施研究
通過以上對有桿泵抽油系統(tǒng)的效率分析,可以發(fā)現(xiàn),提高電動機(jī)工作效率,減小抽油機(jī)運(yùn)動的速度、加速度,減小抽油系統(tǒng)的磨擦是實現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能的主要手段。
1.改善電動機(jī)自身工作特性實現(xiàn)節(jié)能。通過使用高轉(zhuǎn)差電動機(jī)(轉(zhuǎn)差率為20-30%,常規(guī)電動機(jī)轉(zhuǎn)差率僅為2-5%)改變電動機(jī)的硬特性,提高啟動狀態(tài)的輸出功率,降低所選電動機(jī)的額定功率PN,使電動機(jī)平均工作功率與額定功率的比值盡可能大,盡量接近50 %(常規(guī)機(jī)一般在30%左右,資料表明當(dāng)電動機(jī)負(fù)荷低于50%PN時,電動機(jī)的效率會急劇下降),從而提高電動機(jī)的工作效率,實現(xiàn)大幅節(jié)能。這種方式受抽油機(jī)工況影響較大,一般在抽油機(jī)負(fù)荷較小時應(yīng)用效果較好,若抽油機(jī)的負(fù)荷較大,則不宜應(yīng)用。
2.增設(shè)節(jié)能控制柜進(jìn)行無功補(bǔ)償。通過增設(shè)節(jié)能控制柜對電動機(jī)進(jìn)行電容低壓就地補(bǔ)償,即在電動機(jī)定子繞組上并接容性負(fù)載,使電動機(jī)這個感性負(fù)載的電流滯后,使無功功率下降,這樣可以減少電源變壓器的實踐功率,提高電網(wǎng)的供電質(zhì)量,盡管從單井沒有節(jié)能,但從整體上看則實現(xiàn)了節(jié)能降耗。(下轉(zhuǎn)第80頁)(上接第67頁)3.改變抽油機(jī)運(yùn)動學(xué)特性節(jié)能。眾所周知,長沖程、低沖次是實現(xiàn)節(jié)能的有效手段,但是由于沖程的增加,有桿抽油設(shè)備體積就必須隨之增大,不僅增加了投資成本,也為日常生產(chǎn)帶來較大的麻煩。因此,長沖程、低沖次抽油機(jī)不能在油田得到廣泛應(yīng)用。通過改變抽油機(jī)四連桿結(jié)構(gòu)、參數(shù)等手段改變抽油機(jī)的運(yùn)動特性,降低懸點加速度,使運(yùn)動更加平穩(wěn),減小動載荷,使扭矩變化均勻,實現(xiàn)節(jié)能,與長沖程、低沖次抽油機(jī)殊途同歸。目前油田應(yīng)用較為廣泛的有雙驢頭抽油機(jī)等節(jié)能型抽油機(jī)。
4.進(jìn)行油井優(yōu)化工藝設(shè)計,提高井下效率。(1)提淺泵掛:由以上分析,在保證合理沉沒度的前提下,抽油機(jī)井提淺泵掛可減少抽油桿、節(jié)箍與油管、液柱發(fā)生磨擦造成的功率損失;可減少油管柱部分的漏失損失和水力損失;可減少上沖程時的抽油機(jī)的負(fù)荷,減少泵的漏失,提高泵效,從而提高系統(tǒng)效率。(2)提高泵徑:在目前設(shè)備狀況和油井要求產(chǎn)液量一定的情況下,選用目前設(shè)備的最大沖程,選用大泵徑抽油泵,而采用較低的沖次,可減少抽油系統(tǒng)中各個磨擦部分的功率損失,從而提高機(jī)采系統(tǒng)效率。
5.精確平衡實現(xiàn)節(jié)能。實驗表明,當(dāng)上沖程電流與下沖程電流的比值在80%一100%之間時能耗最低,而普通抽油機(jī)往往不能達(dá)到上述平衡效果。通過在常規(guī)抽油機(jī)上增設(shè)機(jī)構(gòu)實現(xiàn)對抽油機(jī)的精確平衡,從而使抽油機(jī)的復(fù)合平衡曲線與負(fù)荷曲線更相似,分散了峰值扭矩,減小扭矩,使凈扭矩曲線更加平滑,達(dá)到節(jié)能目的。
6.逐步淘汰高能耗電機(jī)。對目前低沖次、低液量稠油井,實施采用節(jié)能型電機(jī)并配合使用變頻控制柜、減速器。(1)采用節(jié)能型電機(jī)+變頻控制柜。此種方式的優(yōu)點是油井調(diào)參方便,可置換性強(qiáng);缺點是變頻柜的一次性投資高。 (2)采用節(jié)能型電機(jī)+減速器裝置。此方式的優(yōu)點是減速器價格相對便宜,缺點是增加了摩擦,系統(tǒng)效率會受到一定影響,且油井調(diào)參困難,可置換性差。
7.加強(qiáng)油井現(xiàn)場管理工作。完善的生產(chǎn)現(xiàn)場管理措施,對于提高機(jī)采系統(tǒng)效率也有很大的影響,它的特點是少投入,多產(chǎn)出。通過對抽油機(jī)井采取調(diào)參、調(diào)平衡、調(diào)盤根盒松緊程度、調(diào)皮帶松緊及對抽油設(shè)備、井口設(shè)施實施“五率”(基礎(chǔ)水平率;驢頭、懸繩器、盤根盒對中率;運(yùn)行平衡率;緊固合格率、潤滑合格率)檢驗措施,保證抽油機(jī)井運(yùn)行在最佳經(jīng)濟(jì)狀態(tài)。
提高系統(tǒng)效率是一項長期、基礎(chǔ)、綜合的工作,提高系統(tǒng)效率對節(jié)約能耗和提高經(jīng)濟(jì)效益有很大好處。提高抽油機(jī)井系統(tǒng)效率要對影響抽油機(jī)系統(tǒng)效率的諸因素進(jìn)行系統(tǒng)研究,并采取行之有效的節(jié)能降耗措施,才可能把抽油機(jī)系統(tǒng)效率提高到一個較高的水平。
(作者單位:長慶油田分公司第四采油廠)