影響抽油機(jī)系統(tǒng)效率因素分析與改進(jìn)措施效果

曲春蕾

【摘 要】通過對(duì)孤島采油廠采油三礦抽油機(jī)井耗能情況進(jìn)行詳細(xì)的分析，找出了影響系統(tǒng)效率的諸因素。在做好參數(shù)優(yōu)化工作的同時(shí)，針對(duì)影響系統(tǒng)效率的主要因素，將油藏與工程、地面與地下有機(jī)結(jié)合起來，積極采用國(guó)內(nèi)外成熟有效的新工藝、新技術(shù)，進(jìn)一步提高了抽油機(jī)井系統(tǒng)效率。

【關(guān)鍵詞】抽油機(jī)井；系統(tǒng)優(yōu)化；系統(tǒng)效率；措施效果

抽油機(jī)井系統(tǒng)效率是指提高抽油機(jī)井機(jī)采系統(tǒng)效率工作具有增產(chǎn)降耗、延長(zhǎng)系統(tǒng)使用壽命、降低操作成本等作用，是采油工程主要技術(shù)指標(biāo)。

一、抽油機(jī)系統(tǒng)效率影響因素分析

1.1 抽油機(jī)工作狀態(tài)和載荷特性對(duì)系統(tǒng)效率的影響

抽油機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)從動(dòng)力端到懸點(diǎn)，一般經(jīng)過減速、換向兩個(gè)階段，如果換向機(jī)構(gòu)的輸入轉(zhuǎn)速與懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)周期的比等于1，如現(xiàn)在廣泛使用的游梁式抽油機(jī)，則減速系統(tǒng)的傳動(dòng)比就較大，要實(shí)現(xiàn)低沖次就較為困難。然而在油藏開發(fā)中后期，二類儲(chǔ)量動(dòng)用程度不斷上升，油稠造成摩擦阻力增大，稠油井需要低沖次運(yùn)行來提高泵效和降低能耗，游梁式抽油機(jī)不經(jīng)過改造和其它配套很難實(shí)現(xiàn)低沖次。

1.2 電動(dòng)機(jī)的工作特性對(duì)系統(tǒng)效率的影響

電動(dòng)機(jī)是油田抽油機(jī)井的主要?jiǎng)恿υO(shè)備，也是油田主要的耗能設(shè)備之一，機(jī)采系統(tǒng)的耗電量最終也體現(xiàn)在電動(dòng)機(jī)耗電上。對(duì)電機(jī)的節(jié)能效果的要求越來越高，電動(dòng)機(jī)及其相關(guān)改造是提高機(jī)采系統(tǒng)效率項(xiàng)目中不可回避的問題。

電機(jī)的負(fù)載率及功率因數(shù)越低，電動(dòng)機(jī)的效率越低。

二、提高抽油機(jī)系統(tǒng)效率的措施

2.1 應(yīng)用新型抽油機(jī)

2.1.1 應(yīng)用小型抽油機(jī)

由于目前油井供液能力比較強(qiáng)，導(dǎo)致油井的負(fù)荷較輕，大部分油井負(fù)荷都在60kN以下，采用6型抽油機(jī)就能維持油井的正常生產(chǎn)。而采油廠大部分抽油機(jī)是8型以上的大抽油機(jī)，而且老化比較嚴(yán)重。為此，孤島采油廠加大了抽油機(jī)更換力度，根據(jù)油井負(fù)荷情況，將負(fù)荷小的普通抽油機(jī)更換為6型抽油機(jī)。6型機(jī)采用雙驢頭結(jié)構(gòu)，上沖程平衡扭矩大，下沖程平衡扭矩小，從而更好的與驢頭負(fù)荷相匹配，降低電機(jī)負(fù)荷扭矩波動(dòng)量，使負(fù)荷扭矩更平穩(wěn)，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

2.1.2 應(yīng)用異相型游梁式抽油機(jī)

異相型抽油機(jī)具有峰值扭矩低、所需電動(dòng)機(jī)功率低等特點(diǎn)，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)平衡效果較好。其中25口測(cè)試井中，平衡度在85%以上的占62%，高于其它類型游梁機(jī)。通過與相同井況使用的常規(guī)機(jī)相比，異相型游梁機(jī)在同樣井況下動(dòng)載小，減速器所需扭矩小，平衡效果好，異相型抽油機(jī)的系統(tǒng)效率比常規(guī)型機(jī)高2.5%～4%。

2.1.3 應(yīng)用無游梁式抽油機(jī)

目前采油廠常用的無游梁式抽油機(jī)主要是皮帶式抽油機(jī)，其中勝利油田設(shè)計(jì)的皮帶機(jī)有9臺(tái)，占抽油機(jī)總數(shù)的0.41%。

勝利皮帶機(jī)采用長(zhǎng)沖程、低沖次，減少了沖程損失，由于其懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的勻速克服了游梁機(jī)高速時(shí)的供液不足現(xiàn)象，提高了泵的充滿系數(shù)，同時(shí)改善了井下管柱的載荷狀況，延長(zhǎng)了油井免修期，提高了油井利用率。

2.2 應(yīng)用新型電機(jī)

2.2.1 應(yīng)用永磁同步電機(jī)

稀土永磁電動(dòng)機(jī)是一種新型節(jié)能電機(jī)，其轉(zhuǎn)子主要由稀土永磁體構(gòu)成，所以不用勵(lì)磁，從而省去了勵(lì)磁功率，當(dāng)永磁同步電動(dòng)機(jī)同步運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子既無銅耗，又無鐵耗，提高了效率，降低了耗損，因無功功率很小，其功率因數(shù)很高。

根據(jù)電機(jī)學(xué)原理，異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速不可能等于氣隙內(nèi)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速，原因在于必須在轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流，從而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。為使轉(zhuǎn)子繞組上有電流流過，除感生方式外，也可以采用傳導(dǎo)方式，即同步電機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生電流的方法。為建立機(jī)電能量轉(zhuǎn)換所需的磁場(chǎng)，電動(dòng)機(jī)的磁路需要一定的磁勢(shì)源進(jìn)行勵(lì)磁，有電勵(lì)磁和永磁兩種方式，前者需外接電源供給能量進(jìn)行勵(lì)磁，如交流勵(lì)磁電動(dòng)機(jī)和一部分同步電動(dòng)機(jī)；后者是采用永磁材料的固有特性，經(jīng)預(yù)先磁化后不需外加能量就能建立起永久磁場(chǎng)，這就是同步永磁電機(jī)（圖1、圖2）。

抽油機(jī)用永磁同步電機(jī)具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、起動(dòng)力矩大、過載能力強(qiáng)、效率高、功率因數(shù)高、運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。同普通電機(jī)相比具有以下特點(diǎn)：

效率高：采用永磁材料代替電勵(lì)磁，減少了勵(lì)磁損耗；采用同步工作方式，轉(zhuǎn)子與定子旋轉(zhuǎn)完全同步，無轉(zhuǎn)差率損耗（普通電機(jī)轉(zhuǎn)差率2%～5%，高轉(zhuǎn)差率電機(jī)8～12%）；普通電機(jī)額定效率為90%，永磁同步電機(jī)額定效率可達(dá)94%，經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)使高效區(qū)得到延寬，可大幅度提高整個(gè)沖程內(nèi)的平均運(yùn)行效率，平均效率一般可提高12%以上。

功率因數(shù)高：永磁電機(jī)的功率因數(shù)通過轉(zhuǎn)子永磁體磁場(chǎng)決定，因此可獲得較高的功率因數(shù)，可以達(dá)到0.90，輕載時(shí)還高于此值，一般運(yùn)行在0.9以上，無功節(jié)電效果相當(dāng)顯著。到2018年11月底，共在采油管理三區(qū)抽油井上安裝18臺(tái)，單井日節(jié)電36.2kWh/d，系統(tǒng)效率提高2.9%。

2.4 應(yīng)用變頻節(jié)能裝置

當(dāng)油井供液不足或是熱采井轉(zhuǎn)周中后期，泵效就開始明顯衰減，系統(tǒng)效率減低。游梁式抽油機(jī)的啟動(dòng)電流為其正常工作時(shí)最大電流的5～6倍，而變頻調(diào)速后抽油機(jī)啟動(dòng)電流接近抽油機(jī)正常工作時(shí)的最大電流，功率因數(shù)由使用游梁式抽油機(jī)時(shí)的0.3～0.5上升到0.95以上。

軟啟動(dòng)功能。應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)對(duì)抽油機(jī)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，啟動(dòng)平穩(wěn)，啟動(dòng)電流大幅度降低。啟動(dòng)抽油機(jī)時(shí)，速度可以從零慢慢升至給定速度，時(shí)間長(zhǎng)至120秒，啟動(dòng)電流不超過電機(jī)的額定電流，這樣可提高電機(jī)負(fù)載率。降低無功功率。目前在采油管理三區(qū)10口供液不足的油井安裝了變頻裝置，電機(jī)功率因數(shù)在0.95以上，平均單井節(jié)電60Kwh，提高系統(tǒng)效率15%以上，效果非常顯著。

三、措施效果分析

調(diào)查表明，采油管理三區(qū)抽油機(jī)井系統(tǒng)效率由2016年的26.0%提高到2018年的30.2%。通過系統(tǒng)效率優(yōu)化，累計(jì)年節(jié)電220萬KWh；由于生產(chǎn)系統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)作，單井平均檢泵周期延長(zhǎng)30天減少作業(yè)22次，節(jié)約作業(yè)成本220萬元；由于采油時(shí)率延長(zhǎng)，油井的有效生產(chǎn)時(shí)間可以延長(zhǎng)110天，累計(jì)多產(chǎn)油396t。通過對(duì)油井進(jìn)行系統(tǒng)化優(yōu)化，提高油井系統(tǒng)效率，實(shí)施地面管理工作將油井平衡度提高15%，對(duì)比去年同期節(jié)省電量3.46萬kwh。

同時(shí)，提高機(jī)械采油的技術(shù)管理水平，使抽油機(jī)井機(jī)采系統(tǒng)效率顯著提高，設(shè)備配套能力增強(qiáng)，同時(shí)減少作業(yè)井次，節(jié)約成本，同時(shí)保持較高時(shí)率，減少作業(yè)占產(chǎn)，有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。同時(shí)探索出一條系統(tǒng)的、成熟的提高機(jī)采系統(tǒng)效率配套技術(shù)為其他區(qū)塊的類似改造提供成熟、有效的配套技術(shù)和管理運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]趙華，畢新忠等，抽油機(jī)井系統(tǒng)效率測(cè)試及應(yīng)用研究 石油和化工節(jié)能 2010.1

[2]梁爽等，抽油機(jī)系統(tǒng)能量損失因素分析與降耗措施《中國(guó)科技博覽》2014年 第6期

[3]國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì).SY/75264-2006.油田生產(chǎn)系統(tǒng)能耗測(cè)試和計(jì)算方法.北京：石油工業(yè)出版社，2006.