油井系統(tǒng)效率提升配套工藝技術(shù)與應(yīng)用探討

楊彬　孫榮　蘭華政　王洪　衛(wèi)時剛

摘 要：抽油機井系統(tǒng)的功率損失分布于八個環(huán)節(jié)之中。由于油藏構(gòu)造的復(fù)雜性、地層的非均質(zhì)性和污染程度的不同，往往不能準確地預(yù)測油井產(chǎn)能。機采井的系統(tǒng)效率是機采井能源利用水平的主要指標。對以機采井為主要生產(chǎn)方式的油田而言，實現(xiàn)降本增效的一個重要的途徑就是提高機采井的系統(tǒng)效率。國內(nèi)外研究資料表明：抽油機井系統(tǒng)效率的理論上限為49%，理論下限41%。通過應(yīng)用節(jié)能減速裝置、電泵轉(zhuǎn)抽、參數(shù)優(yōu)化，合理沉沒度等措施提高了機采井的系統(tǒng)效率，對油田節(jié)能降耗具有一定的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：機采井；系統(tǒng)效率；節(jié)能減速；參數(shù)優(yōu)化；合理沉沒度

降低抽油井的能耗，唯一的途徑就是提高油井的系統(tǒng)效率。通過改進電機的性能，提高效率；利用變頻技術(shù)，降低耗電量；使用新型抽油機，提高傳動效率等。通過地面技術(shù)水平的提高和制定合理工作制度，充分利用現(xiàn)有資源，提高油井的系統(tǒng)效率。

1 系統(tǒng)效率影響因素

抽油機井能量傳遞分為地面和地下多個環(huán)節(jié)，以光桿懸繩器為界，可將系統(tǒng)分為地面和井下兩部分。地面部分又可細分為電機、減速箱及皮帶、四連桿四環(huán)節(jié)；井下部分可細分為密封盒、抽油桿、抽油泵、管柱四部分，地面井下共八部分，抽油機井系統(tǒng)的功率損失分布于八個環(huán)節(jié)之中。由于油藏構(gòu)造的復(fù)雜性、地層的非均質(zhì)性和污染程度的不同，往往不能準確地預(yù)測油井產(chǎn)能。有些油井受注采關(guān)系的影響，投產(chǎn)后能量下降很快；有些井注水見效，產(chǎn)能又有所回升。這些動態(tài)變化都造成了一些油井供排關(guān)系的不協(xié)調(diào)，出現(xiàn)高沉沒度或供液不足的現(xiàn)象，很大程度上影響著油井機采系統(tǒng)效率。

2 新技術(shù)應(yīng)用與效果

2.1 永磁電機

永磁電機與普通三相異步電動機相比，不需要無功勵磁電流?？梢燥@著提高功率因素。通過減少定子電流和定子電阻損耗，電機效率提高2-8%。永磁電機在25-120%額定負荷范圍內(nèi)，均可保持較高的效率和功率因素。高效高起動轉(zhuǎn)矩同步電機比普通感應(yīng)電機的起動扭矩大50-100%?？梢源娲笠惶栯姍C座號，節(jié)電率在20%左右。在5口井上進行試驗，功率因素提高0.44，系統(tǒng)效率提高4%。在實際使用中，電機的功率降低一個等級，功率因素普遍較高。

2.2 變頻調(diào)速技術(shù)

變頻調(diào)速技術(shù)是通過改變電流的頻率，實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)速的改變?，F(xiàn)在采用的變頻裝置是由整流器和逆變器組成。整流器先將50赫茲的交流電變成直流電，再由逆變器變換成頻率可調(diào)的三相交流電。由于變頻器可實現(xiàn)低速、輕載啟動，因此降低電機的匹配功率，提高功率因素。變頻柜地使用，可由普通電機代替調(diào)速電機，較好地解決了電磁調(diào)速電機效率低地原因。2016年試驗12口井，節(jié)電率21%。功率因素提高0.3，系統(tǒng)效率提高9.2%。變頻柜代替普通自控箱，如果使用普通電機替代電磁調(diào)速電機，沖數(shù)低的井效果明顯。沖數(shù)高于6次，效果較差。如果用電磁調(diào)速電機替代普通電機，則無效果。因此，變頻技術(shù)主要在低沖數(shù)井上使用普通電機替代電磁調(diào)速電機效果明顯。

2.3永磁電機和變頻技術(shù)結(jié)合使用

稠油熱采區(qū)塊原油粘度高，采用電熱桿、空心桿、和雙泵等采油工藝，沖數(shù)都在4次以下。在一個蒸汽吞吐周期的生產(chǎn)過程中，抽油機負荷和沖數(shù)變化較大。使用37KW調(diào)速電機，雖然實現(xiàn)了無級調(diào)速，但由于匹配功率較大，造成系統(tǒng)效率低。電機的功率因素低、效率低，造成整條線路的電壓降大，影響油井正常生產(chǎn)。采用變頻柜實現(xiàn)電機無級調(diào)速，降低電機的匹配功率；采用永磁電機，提高功率因素和啟動扭矩，單井系統(tǒng)效率大幅度提高。目前已使用13臺，平均節(jié)電36.5%，功率因素提高0.435，系統(tǒng)效率提高10.2%。其缺點是負荷較大井，30KW永磁電機無法正常生產(chǎn)，對于抽油機卸載也有一定的困難。

2.4 機械調(diào)速

通過變速箱降低電機輸出轉(zhuǎn)速，電機啟動扭矩降低，電機匹配功率減少，提高電機的負載率。由此提高電機的效率?，F(xiàn)場使用中，可以用17KW的電機代替55KW電機，節(jié)電42%，功率因素提高0.4，系統(tǒng)效率提高8.02%。在該技術(shù)使用前，對于供液差的砂河街井，由于泵掛深，負荷重，都使用12型抽油機，匹配55KW普通三相異步電動機或37KW電磁調(diào)速電機，耗電量大，功率因素低。不僅單井系統(tǒng)效率低，也造成整個電網(wǎng)的線損增加。對于低液量、低粘度的油井，因為使用電磁調(diào)速電機的低效率和大功率三相異步電動機，造成電機效率低，整條線路的功率因素低。使用DCJ系列電機后，節(jié)電效果極為明顯。但由于無法實現(xiàn)無級調(diào)速，在稠油井的使用中受到一定的限制。

2.5無游量式抽油機的使用

游量式抽油機井系統(tǒng)效率低的主要原因，是四連桿旋轉(zhuǎn)運動造成電機負荷的不均勻性。而無游量式抽油機解決了該問題。無游量式抽油機在上下沖程中，抽油機負荷是光桿負荷和平衡配重的差，基本是穩(wěn)定。這樣電機輸出的扭矩是衡定的。因此電機效率較高。目前使用的生產(chǎn)皮帶抽油機和智能滾筒式抽油機，節(jié)電效果較好，平均單井日節(jié)電115度，節(jié)電率60%。無游量式抽油機的缺點是沖數(shù)低、理論排量低。適合于稠油、低液量井。

3 結(jié)論

1）永磁電機取代普通電機，可以提高單井的系統(tǒng)效率。同時功率因素的提高，降低電網(wǎng)的線損。油井的沖數(shù)超過5次后，應(yīng)用永磁電機，投入少，效益高。2）通過變頻技術(shù)實現(xiàn)沖數(shù)的無級調(diào)節(jié)，配備普通電機，低沖數(shù)時效果更好。配備永磁電機，效果好于普通電機。適用于稠油井，特別是低沖數(shù)井，大幅度提高油井的系統(tǒng)效率。3）機械變速，適用于低沖數(shù)、光桿不緩下的油井。投入較小，節(jié)電效果好。4）無游量式抽油機節(jié)電效果明顯，適用于稠油、低液量井。新投產(chǎn)的稠油井優(yōu)先選用無游量式抽油機。低液量、泵掛深的油井亦可采用無游量式抽油機。但不適用于供液較好的油井。

參考文獻：

[1]趙玉波. 抽油機井提高系統(tǒng)效率方法探討[J]. 石油石化節(jié)能. 2016（05）

[2]鄭海金，鄧吉彬. 抽油機井系統(tǒng)效率潛力評價與分布規(guī)律研究[J]. 節(jié)能技術(shù). 2015（02）