低滲透油田抽油機(jī)平衡與能耗關(guān)系研究

于海山 馬立 楊文敏

（1.大慶油田有限責(zé)任公司第八采油廠；2.北京航天石化技術(shù)裝備工程有限公司；3.大慶油田有限責(zé)任公司第十采油廠）

抽油機(jī)是油田開發(fā)中應(yīng)用數(shù)量最多的舉升設(shè)備，其運(yùn)行能耗一般接近油田總耗電量的一半，是油田生產(chǎn)的耗能大戶。有效降低抽油機(jī)舉升能耗是各油田節(jié)能降本的重點(diǎn)方向。抽油機(jī)平衡與耗電量存在一定的關(guān)系，如果能夠使抽油機(jī)達(dá)到最佳平衡狀態(tài)，系統(tǒng)能耗就能達(dá)到最低，抽油機(jī)的運(yùn)行也會(huì)更加平穩(wěn)、安全；所以，調(diào)整抽油機(jī)平衡是不增加能耗、不影響產(chǎn)量的重要控制手段。然而，由于抽油機(jī)平衡度隨地層供液能力變化復(fù)雜、平衡調(diào)整依靠人工調(diào)整平衡塊位置工作量大、平衡判定方法準(zhǔn)確程度不一等原因，抽油機(jī)運(yùn)行多處于不平衡或假平衡狀態(tài)[1-6]。因此，通過抽油機(jī)平衡便捷調(diào)整裝置的應(yīng)用，對(duì)抽油機(jī)不同平衡方法、不同平衡狀態(tài)下的系統(tǒng)能耗進(jìn)行了試驗(yàn)研究，通過分析得出準(zhǔn)確程度更高的平衡判定方法，探索各平衡判定方法之間的聯(lián)系，并給出平衡對(duì)抽油機(jī)能耗的影響程度，對(duì)油田節(jié)能降耗工作具有一定的指導(dǎo)意義。

1 平衡判定及調(diào)整技術(shù)現(xiàn)狀

油田中常用的抽油機(jī)平衡判定方法有峰值電流法、功法和功率法三種。其中，峰值電流法依據(jù)上下沖程減速箱輸出軸峰值扭矩相等的平衡判定原則，通過實(shí)測(cè)上、下沖程電動(dòng)機(jī)的峰值電流比值判定平衡度，實(shí)現(xiàn)較為容易，應(yīng)用較早，普及也較廣，但是應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)其平衡判定存在讀值誤差、虛假平衡、不適用變頻設(shè)備等問題。功法依據(jù)抽油機(jī)電值判定平衡度，方法復(fù)雜且要求示功圖飽滿，以抽油機(jī)上、下沖程對(duì)外做功相等為平衡判定原則，通過實(shí)測(cè)抽油機(jī)運(yùn)行示功圖上、下沖程包圍的面積來實(shí)現(xiàn)，在低滲透油田供液不足情況測(cè)試得到的示功圖不適用。功率法依據(jù)整個(gè)沖程中減速箱輸出軸均方根扭矩最小原則，通過實(shí)測(cè)上、下沖程電動(dòng)機(jī)的平均功率比值判定平衡度，自動(dòng)給出平衡塊調(diào)整量，測(cè)試較為方便、準(zhǔn)確度較高，但技術(shù)實(shí)現(xiàn)較晚，普及性不高[7]。

抽油機(jī)平衡調(diào)整的常規(guī)方法主要采取人工調(diào)整平衡塊位置來實(shí)現(xiàn)。這種方法需要關(guān)停抽油機(jī)，一般依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)判斷調(diào)整位移量，需要平衡調(diào)整專用工具，移動(dòng)笨重平衡塊的操作較為繁瑣，對(duì)特殊井有時(shí)還需要吊車輔助；所以，這種常規(guī)調(diào)整方法存在調(diào)整精度低、工作效率低等問題，此外，關(guān)井的同時(shí)還存在影響單井產(chǎn)量的問題。因此，部分油田研究應(yīng)用了自動(dòng)或半自動(dòng)平衡調(diào)整裝置，在不停井的狀況下，能夠?qū)崿F(xiàn)抽油機(jī)的平衡運(yùn)行[8-10]。由于這些技術(shù)多在局部區(qū)域試驗(yàn)應(yīng)用，技術(shù)普及性差，沒有成型的完善的技術(shù)設(shè)備大范圍推廣應(yīng)用，無法對(duì)應(yīng)用效果進(jìn)行對(duì)比[11]。

表1 六型機(jī)電流、功率測(cè)試情況統(tǒng)計(jì)

探索低滲透油田抽油機(jī)平衡與能耗之間的關(guān)系，需要對(duì)抽油機(jī)平衡度進(jìn)行調(diào)整，而大幅度的平衡調(diào)整會(huì)對(duì)抽油機(jī)運(yùn)行系統(tǒng)造成安全隱患，輕則造成桿斷作業(yè)，重則造成翻機(jī)事故。由于抽油機(jī)平衡調(diào)整后，在一段時(shí)間內(nèi)，平衡隨地下情況變化幅度一般不會(huì)太大，所以在平衡調(diào)整方法上，選用一種安裝在抽油機(jī)游梁后部，可遙控調(diào)整的抽油機(jī)平衡便捷調(diào)整裝置來實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)平衡微調(diào)。并根據(jù)低滲透油田實(shí)際情況，對(duì)峰值電流法和功率法兩種平衡判定方法下的能耗情況進(jìn)行對(duì)比分析。

2 平衡與能耗關(guān)系分析

2.1 六型機(jī)平衡微調(diào)能耗測(cè)試

現(xiàn)場(chǎng)選取3口應(yīng)用抽油機(jī)平衡便捷調(diào)整裝置的六型抽油機(jī)井，按抽油機(jī)平衡便捷調(diào)整裝置的行程平均分配8個(gè)測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，得出六型機(jī)平衡和能耗變化情況（表1）。

由表1的測(cè)試結(jié)果可以看出：

1）峰值電流平衡度判定準(zhǔn)確性差。在最低能耗時(shí)，L2井的峰值電流平衡度為83.7%，沒有達(dá)到峰值電流法85%～100%的平衡判定標(biāo)準(zhǔn)，按峰值電流法判定應(yīng)為不平衡，但此時(shí)的能耗優(yōu)于峰值電流平衡標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)的能耗。

2）平均功率平衡度判定準(zhǔn)確性好。3口井平均功率平衡度反映出抽油機(jī)的能耗狀態(tài)，抽油機(jī)平衡較好的狀況下，抽油機(jī)的能耗最低。

3）平衡狀況下能耗仍有降低空間。按照平均功率平衡判定標(biāo)準(zhǔn)，3口井均在50%～200%的平衡標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，但在抽油機(jī)平衡便捷調(diào)整裝置的微調(diào)范圍內(nèi)，最高能耗與最低能耗平均相差16.1 kWh。

2.2 八型機(jī)平衡微調(diào)能耗測(cè)試

現(xiàn)場(chǎng)選取2口應(yīng)用抽油機(jī)平衡便捷調(diào)整裝置的八型抽油機(jī)井，同樣按抽油機(jī)平衡便捷調(diào)整裝置的行程平均分配8個(gè)測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，得出八型機(jī)平衡和能耗變化情況（表2）。

表2 六型機(jī)電流、功率測(cè)試情況統(tǒng)計(jì)

由表2的測(cè)試結(jié)果可以看出：

1）峰值電流平衡度判定準(zhǔn)確性差。在最低能耗時(shí)，B1井的峰值電流平衡度為99.2%，已經(jīng)達(dá)到很好的平衡狀態(tài)，但功率平衡度為63.7%，并沒有達(dá)到很好的平衡狀態(tài)，能耗仍有進(jìn)一步降低的空間，應(yīng)對(duì)抽油機(jī)的平衡塊進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到抽油機(jī)的最佳平衡狀態(tài)。B2井的峰值電流平衡度為109.1%，已經(jīng)為不平衡狀態(tài)，但峰值電流平衡范圍內(nèi)的能耗高于此時(shí)18.7 kWh。

2）平均功率平衡度判定準(zhǔn)確性好。2口井平均功率平衡度反映出抽油機(jī)的能耗狀態(tài)，抽油機(jī)平衡較好的狀況下，抽油機(jī)的能耗也最低。

3）平衡與不平衡狀況對(duì)能耗影響較大。在抽油機(jī)平衡便捷調(diào)整裝置的微調(diào)范圍內(nèi)，B1井平衡時(shí)的最低能耗與不平衡時(shí)的最高能耗相差37.4 kWh；B2井在同樣平衡的狀態(tài)時(shí)也有19.7 kWh的能耗差，并且與六型機(jī)相比，平衡對(duì)能耗的影響更大。

2.3 最佳能耗下平衡范圍探討

雖然應(yīng)用抽油機(jī)平衡便捷調(diào)整裝置進(jìn)行平衡微調(diào)的空間有限，但通過對(duì)六型機(jī)和八型機(jī)平衡與能耗關(guān)系分析仍可以看出：平均功率法要比峰值電流法判定抽油機(jī)平衡的準(zhǔn)確性高，能夠使抽油機(jī)達(dá)到最低能耗的運(yùn)行狀態(tài)，最大限度地節(jié)約能源，但也反映出功率平衡標(biāo)準(zhǔn)范圍過大，在同樣平衡的狀態(tài)下，機(jī)型越大可降低能耗的空間就越大。

那么，功率平衡法判定抽油機(jī)平衡的范圍在哪個(gè)區(qū)間內(nèi)，能夠使抽油機(jī)的能耗保持在一個(gè)較低的水平呢？通過以上5口井的分析可以得出：B1井并沒有達(dá)到最合理的平衡狀態(tài)，需要進(jìn)一步調(diào)整平衡塊來實(shí)現(xiàn)最佳平衡狀態(tài)，所以在分析最佳功率平衡區(qū)間時(shí)不與考慮；剩余4口井均能夠?qū)崿F(xiàn)最佳平衡狀態(tài)，通過4口井功率平衡與能耗關(guān)系折線圖可以較為直觀地得出，平均功率平衡度在70%～120%區(qū)間內(nèi)，抽油機(jī)的運(yùn)行能耗處于較低水平。

因此，應(yīng)用平均功率法判定抽油機(jī)平衡的平衡度區(qū)間在70%～120%內(nèi)時(shí)，抽油機(jī)能耗變化不大，運(yùn)行處于最佳平衡狀態(tài)，能夠?qū)崿F(xiàn)最佳能耗運(yùn)行狀態(tài)。

2.4 平衡對(duì)能耗的影響

通過以上研究得出，平均功率法判定平衡的準(zhǔn)確性高，且其合理平衡區(qū)間為70%～120%；所以，應(yīng)用平均功率法對(duì)抽油機(jī)平衡進(jìn)行判定，選取峰值電流法測(cè)試平衡的30口井進(jìn)行平均功率法平衡調(diào)整試驗(yàn)。測(cè)試平衡調(diào)整后能耗變化情況如表3所示。

由表3可知，應(yīng)用平均功率法調(diào)整抽油機(jī)平衡后，30口井能耗由平衡調(diào)整前的5 642.6 kWh，下降到4 385.5 kWh，平均單井日節(jié)電11.2 kWh。因此，抽油機(jī)應(yīng)用功率法調(diào)整到最佳平衡狀態(tài)，一般可以實(shí)現(xiàn)單井日節(jié)電11.2 kWh的效果。

表3 30口井平衡調(diào)整情況統(tǒng)計(jì)

按5000口井計(jì)算，應(yīng)用平均功率法調(diào)整抽油機(jī)平衡，可實(shí)現(xiàn)年節(jié)電2 044.0×104kWh的效果?？梢?，抽油機(jī)平衡對(duì)能耗具有較大影響。由于抽油機(jī)平衡隨地下地質(zhì)狀況的變化而變動(dòng)，要使機(jī)采能耗得到有效控制，必須加強(qiáng)機(jī)采井日常平衡管理工作。而5000口井平衡調(diào)整按每月調(diào)整一次計(jì)算，可達(dá)到60 000井次之多，工作量巨大，目前的平衡調(diào)整方法還過于落后，有必要探索更加先進(jìn)、便捷的抽油機(jī)平衡調(diào)整方法。

3 結(jié)論

1）平均功率法要比峰值電流法判定抽油機(jī)平衡的準(zhǔn)確性高，能夠使抽油機(jī)達(dá)到最低能耗的運(yùn)行狀態(tài)，最大限度地節(jié)約能源。

2）抽油機(jī)不平衡運(yùn)行的能耗損失大且安全性差，即使在同樣平衡的狀態(tài)下，機(jī)型越大可降低能耗的空間也越大。

3）應(yīng)用平均功率法判定抽油機(jī)平衡的平衡度區(qū)間在70%～120%內(nèi)時(shí)，能耗變化不大，抽油機(jī)運(yùn)行處于最佳平衡狀態(tài)，能夠?qū)崿F(xiàn)最佳能耗運(yùn)行狀態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)單井日節(jié)電11.2 kWh的效果。

4）有必要探索更加便捷的平衡調(diào)整方法。