薩北油田機(jī)采井系統(tǒng)能耗研究

欒?。ù髴c油田有限責(zé)任公司第三采油廠）

2017年對(duì)薩北油田區(qū)域內(nèi)127口老機(jī)械抽油機(jī)井進(jìn)行平衡度、系統(tǒng)效率以及電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)3個(gè)指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)考核，其中平衡度達(dá)標(biāo)46臺(tái)，平衡度達(dá)標(biāo)率為36.2%；平均系統(tǒng)效率為33.3%，系統(tǒng)效率達(dá)標(biāo)96臺(tái)，達(dá)標(biāo)率為75.5%，整體合格率為21.3%；電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)達(dá)標(biāo)53臺(tái)，達(dá)標(biāo)率為41.7%，低于北區(qū)近300口新井的系統(tǒng)效率。通過(guò)對(duì)整體老井進(jìn)行調(diào)查研究找到影響系統(tǒng)能耗的主要因素，并通過(guò)效率對(duì)能耗進(jìn)行分析，采取有針對(duì)性的優(yōu)化措施可以提高抽油機(jī)井整體系統(tǒng)效率[1-2]。

1 能耗影響因素分析

薩北油田是目前采油三廠的主力油層，儲(chǔ)層物性一般，采油年限較長(zhǎng)，高含水明顯，采油難度相對(duì)較大，通過(guò)對(duì)區(qū)域內(nèi)機(jī)采井進(jìn)行分析，認(rèn)為影響薩北油田系統(tǒng)能耗的因素，主要包括抽油機(jī)機(jī)型、電動(dòng)機(jī)功率及其利用率、功率因數(shù)、平衡度和產(chǎn)液量。

1.1 抽油機(jī)、電動(dòng)機(jī)和功率因素的影響

事實(shí)證明，抽油機(jī)機(jī)型較大，會(huì)加重減速箱軸承和齒輪負(fù)荷[3]，摩擦損失增大，無(wú)效功率增加，能耗高[4]，而抽油機(jī)載荷利用率越小，無(wú)效功損失比例越大，抽油機(jī)總體應(yīng)用水平越低[5]。電動(dòng)機(jī)受轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)差率、電流等多種因素影響，如果各個(gè)參數(shù)使用不當(dāng)，會(huì)嚴(yán)重影響機(jī)械效率[6]，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，得到薩北油田電動(dòng)機(jī)功率的利用率和系統(tǒng)效率的關(guān)系（表1）。薩北油田電動(dòng)機(jī)型號(hào)不同，各自負(fù)載率也影響著電動(dòng)機(jī)效率，當(dāng)負(fù)載和電動(dòng)機(jī)不匹配時(shí)會(huì)加大能源損耗，降低經(jīng)濟(jì)效益。油田平均功率因數(shù)為0.412，實(shí)際數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)表明功率因數(shù)與無(wú)功損耗成反比，且因供電設(shè)備和供電線路中的損耗增大，也會(huì)影響電網(wǎng)供電效能，致使整體功率因數(shù)較低。

表1 薩北油田電動(dòng)機(jī)功率利用率與系統(tǒng)效率的關(guān)系

1.2 平衡度的影響

由于長(zhǎng)期開(kāi)采，受各種因素影響，油井產(chǎn)液能力波動(dòng)較大，造成抽油機(jī)負(fù)荷隨之發(fā)生波動(dòng)，使得抽油機(jī)平穩(wěn)性變差，平衡狀況降低。若使用上、下電流平衡法維持平衡，未考慮功率法度量運(yùn)行指標(biāo)，也就是達(dá)到假平衡狀態(tài)，會(huì)造成系統(tǒng)有效功率大幅度降低，影響系統(tǒng)效率。由表2可以看出，當(dāng)平衡度在90%～100%和100%～110%時(shí)，系統(tǒng)效率較高達(dá)到24.36%和23.58%，所以及時(shí)調(diào)整平衡度，可有效提高系統(tǒng)效率，減少能耗。

表2 平衡度與系統(tǒng)效率的關(guān)系

1.3 產(chǎn)液量的影響

在其他條件不變的時(shí)候，日產(chǎn)液量越高，系統(tǒng)效率就會(huì)越高，如表3所示，得到產(chǎn)液量和系統(tǒng)效率的關(guān)系，但是受地質(zhì)因素影響，區(qū)域內(nèi)產(chǎn)液量越高，含水增加也明顯，所以不適合的平衡點(diǎn)也會(huì)導(dǎo)致能耗增加。

表3 日產(chǎn)液量與系統(tǒng)效率的關(guān)系

1.4 其他因素的影響

此外，區(qū)域內(nèi)抽油機(jī)類型存在多種差異，結(jié)構(gòu)都不盡相同，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)有著不同程度的影響。出砂、偏磨、也會(huì)增加抽油機(jī)的機(jī)械運(yùn)行阻力，導(dǎo)致機(jī)械系統(tǒng)效率降低，增加能耗。

2 降低能耗的方法及效果

2.1 完善機(jī)械管理制度

降低對(duì)機(jī)械井系統(tǒng)部件的修復(fù)成本，延長(zhǎng)機(jī)械油井的免修期。配置適合薩北油田特點(diǎn)的合理機(jī)械井和電動(dòng)機(jī)，提高特殊井的機(jī)械效率。因此，結(jié)合薩北地質(zhì)油藏的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)合理的機(jī)械采油系統(tǒng)。首先統(tǒng)計(jì)區(qū)域內(nèi)地層供液能力差或因設(shè)備原因無(wú)法進(jìn)行參數(shù)調(diào)整的抽油機(jī)井，這類井泵效、沉沒(méi)度及抽油泵充滿程度均低，而系統(tǒng)容積、水力和摩擦功率消耗相對(duì)較大，無(wú)效功消耗大。其次對(duì)于運(yùn)行年限長(zhǎng)、磨損嚴(yán)重及淘汰機(jī)型進(jìn)行更新，負(fù)荷偏大與偏小的進(jìn)行互換，累計(jì)調(diào)整抽油機(jī)37臺(tái)。機(jī)型偏大井經(jīng)過(guò)綜合治理，平均額定載荷降低40 kN，平均載荷利用率提高23.19%，平均單耗降低2.08kWh/t，平均消耗功率減少2.3 kW，平均節(jié)電率20.45%，如表4所示。

結(jié)合地質(zhì)油藏特點(diǎn)，結(jié)合薩北油田系統(tǒng)能耗的因素，利用單井資料做好分析，確定電動(dòng)機(jī)功率及其利用率、功率因數(shù)，用功率發(fā)確定平衡度。找出最佳產(chǎn)液量，這樣以油藏和生產(chǎn)相結(jié)合，達(dá)到減少能耗，增加效率的目的。由于電動(dòng)機(jī)額定功率偏大會(huì)造成無(wú)效功率、電動(dòng)機(jī)熱損失和機(jī)械損失增大，單耗增高，因此針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)常見(jiàn)的兩種情況開(kāi)展節(jié)能降耗工作：

1）對(duì)于裝機(jī)功率大、功率利用率低的抽油機(jī)井應(yīng)用永磁電動(dòng)機(jī)63臺(tái)，在保證抽油機(jī)正常運(yùn)行的前提下，降低電動(dòng)機(jī)裝機(jī)功率，提高電動(dòng)機(jī)運(yùn)行效率。平均電動(dòng)機(jī)功率降低12.83 kW，平均單耗降低1.87 kWh/t，平均消耗功率減少2.7 kW，平均節(jié)電率20.45%

2）對(duì)于日產(chǎn)液低、無(wú)法調(diào)參、泵效偏低的抽油機(jī)井應(yīng)用雙速電動(dòng)機(jī)34臺(tái)，在符合油井熱洗排量的前提下，調(diào)小參數(shù)以達(dá)到提高泵效及電動(dòng)機(jī)功率利用率的目的。治理后平均單耗降低1.96 kWh/t，功率消耗減少0.9 kW，節(jié)電率達(dá)到17.88%，如表5所示。

2.2 優(yōu)化地面參數(shù)和抽汲參數(shù)

依據(jù)理論分析，針對(duì)沉沒(méi)度、泵效合理，沖速高、沖程有調(diào)大參空間的高單耗抽油機(jī)，通過(guò)調(diào)大沖程、調(diào)小沖速的參數(shù)匹配，調(diào)參前后，平均沖程增加0.6 m，沖速降低1.6 min-1，平均泵效提高2.0%，單耗降低0.85 kWh/t，消耗功率減少0.48 kW，平均節(jié)電率5.73%，如表6所示。

針對(duì)沉沒(méi)度低、泵效低、參數(shù)已調(diào)至最低單耗依然偏高的抽油機(jī)，采取間抽措施。措施后，平均沉沒(méi)度增加129 m，泵效增加10.2%，單耗降低7.59 kWh/t，消耗功率減少1.04 kW，平均節(jié)電率22.10%，如表7所示。

針對(duì)正常生產(chǎn)時(shí)沉沒(méi)度高、泵效高、沖速高的高單耗抽油機(jī)，利用軟件進(jìn)行抽汲參數(shù)優(yōu)化。優(yōu)化后平均泵徑增加6.8 mm，沖速降低1.8 min-1，單耗降低2.98 kWh/t，消耗功率減少1.71 kW，平均節(jié)電率24.3%，如表8所示。

表4 抽油機(jī)機(jī)型偏大井綜合治理前后節(jié)能效果統(tǒng)計(jì)

表5 節(jié)能配電裝置更換前后節(jié)能效果統(tǒng)計(jì)

表6 調(diào)大沖程、調(diào)小沖速措施前后節(jié)能效果統(tǒng)計(jì)

表7 間抽措施前后節(jié)能效果統(tǒng)計(jì)

表8 抽油機(jī)井檢泵優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)施效果統(tǒng)計(jì)

2.3 應(yīng)用合理技術(shù)減少機(jī)械損失

強(qiáng)化薩北油田地質(zhì)構(gòu)造認(rèn)識(shí)、加大現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)規(guī)模，分區(qū)域建立單井跟蹤制度，提升機(jī)采井的管理水平，同時(shí)加大研發(fā)軟件的應(yīng)用范圍，強(qiáng)化抽油機(jī)診斷技術(shù)，針對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中抽油機(jī)井可能出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行綜合分析與治理，提高薩北油田的機(jī)械采油系統(tǒng)效率。

3 結(jié)論

薩北油田開(kāi)發(fā)了數(shù)十年，已經(jīng)進(jìn)入開(kāi)采中后期，油層含水十分嚴(yán)重，經(jīng)濟(jì)效益矛盾日益突出，節(jié)能降耗是目前油田發(fā)展的必經(jīng)之路，所以結(jié)合地質(zhì)、地面、井下等諸多情況，以效率為基礎(chǔ)，進(jìn)行綜合考慮，提出節(jié)能降耗的方法，保證抽油機(jī)井保持最高的系統(tǒng)效率運(yùn)行，經(jīng)應(yīng)用方法可為現(xiàn)場(chǎng)節(jié)能降耗提供技術(shù)支持。