抽油機(jī)井現(xiàn)場節(jié)能管理與實(shí)踐

鐘意 林發(fā)枝 孫向文（大慶油田有限責(zé)任公司第五采油廠）

電能是油田設(shè)備的主要動力，隨著油田開發(fā)的深入，用總耗電量不斷增大。其中，抽油機(jī)作為主要的舉升設(shè)備，其耗電量占總耗電量的40%，且由于多種因素影響導(dǎo)致系統(tǒng)效率偏低，造成生產(chǎn)成本居高不下，電量浪費(fèi)十分嚴(yán)重。因此，針對抽油機(jī)井電量利用效率偏低，浪費(fèi)嚴(yán)重的問題，采取相應(yīng)的節(jié)能措施，提高抽油機(jī)井開發(fā)經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。

1 系統(tǒng)效率影響因素分析

根據(jù)系統(tǒng)效率計(jì)算公式可知，影響系統(tǒng)效率因素主要為日產(chǎn)液量、舉升高度、測試有功功率。以上三項(xiàng)因素在節(jié)能措施實(shí)施過程中，都存在相互影響的關(guān)系，所以節(jié)能措施的實(shí)施需同時考慮三項(xiàng)因素變化情況。據(jù)統(tǒng)計(jì)，影響日產(chǎn)液量和舉升高度的主要因素：沖程、沖速、泵型、泵掛深度、間抽[1-2]；提高設(shè)備效率主要措施：應(yīng)用節(jié)能電動機(jī)、控制箱、抽油機(jī)調(diào)平衡；影響傳動的節(jié)點(diǎn)：盤根、井口回壓、皮帶[3]。

2 節(jié)能措施制定與實(shí)施

統(tǒng)計(jì)抽油機(jī)系統(tǒng)效率測試井3 512口，平均系統(tǒng)效率25.12%。其中系統(tǒng)效率低于22%井1 941口（系統(tǒng)效率低于22%視為效率低），平均日產(chǎn)液16.2 t，平均沉沒度261 m，平均沖程2.8 m，平均沖速4.9次/min，平均單井日耗電161 kWh，節(jié)能電動機(jī)比例98.2%，節(jié)能控制箱比例96.4%。

為提升抽油機(jī)井系統(tǒng)效率，根據(jù)以上三項(xiàng)系統(tǒng)效率影響因素制定相應(yīng)的節(jié)能措施，同時根據(jù)措施類別將措施分為管理措施、技術(shù)措施、節(jié)點(diǎn)節(jié)能操作方法。

2.1 管理措施

眾所周知，在沒有增產(chǎn)措施或地層條件變化的情況下產(chǎn)量不會改變。為提升系統(tǒng)效率只能在盡可能保障產(chǎn)量不變或小幅度降低產(chǎn)量的條件下減少抽油機(jī)能耗損失，目前普遍應(yīng)用的節(jié)能措施有調(diào)整沖程、沖速、泵型、泵深和間抽達(dá)到降低能耗措施，且一般按照先調(diào)參后間抽再換泵的調(diào)整原則。依據(jù)每月示功圖、沉沒度測試，顯示供液不足井，篩選沖速大于或等于4次/min、沖程、泵型具有下調(diào)余地井。根據(jù)產(chǎn)量需求，結(jié)合IPR曲線，如圖1所示：按照長沖程低沖速的調(diào)整原則，實(shí)施沖程、沖速、泵型調(diào)整[4]。比較理想的狀態(tài)是將沉沒度調(diào)整至180～250 m，既能保障抽油泵高泵效抽吸，又能將沖程損失控制在較小范圍內(nèi)。

圖1 組合型IPR曲線

兩項(xiàng)流流壓低于飽和壓力產(chǎn)量表示為：

式中：qo——產(chǎn)量，m3/d；

qb——飽和壓力產(chǎn)量，m3/d；

qc——低于飽和壓力最大產(chǎn)量，m3/d；

pwf——井底流壓，MPa；

pb——飽和壓力，MPa。

同時，在生產(chǎn)參數(shù)沒有下調(diào)余地情況下，針對沉沒度低于200 m，功圖顯示供液不足井，采取間抽措施降低抽油機(jī)能耗。由于間抽節(jié)能效果與間抽制度密切相關(guān)，所以間抽制度的確定顯得尤為重要[5]。間抽制度的確定比較直觀有效的方法是向油層中部深度下入壓力計(jì)，通過壓力測試反映沉沒度變化情況，再根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況 （例如：工作時間、產(chǎn)量需求等）確定合理的開關(guān)井時間。同時結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況和間抽設(shè)備數(shù)量，將間抽制度分為人工間抽制度和多頻次間抽制度，如表1所示，減少影響油量，增加節(jié)電效果。

表1 現(xiàn)場間抽制度表

3.2 技術(shù)措施

據(jù)統(tǒng)計(jì)，在用電動機(jī)主要包括高轉(zhuǎn)差、高啟動力矩、永磁、Y系列電動機(jī)。由于抽油機(jī)啟動扭矩遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于正常運(yùn)行扭矩的特點(diǎn)，現(xiàn)場在用電動機(jī)荷載過低的問題很突出[6]。由于每年資金投入有限，不能完全依靠采用新設(shè)備提升設(shè)備效率，只能有針對性的淘汰Y系列和老舊電動機(jī)，且目前節(jié)能電動機(jī)應(yīng)用比例已達(dá)98.2%，所以提升電動機(jī)效率存在相當(dāng)大的難度。

目前現(xiàn)場針對電動機(jī)問題主要做法是“調(diào)整為主、更換為輔”，首先進(jìn)行電動機(jī)功率利用率排查，篩選功率利用率低于20%和高于60%井，結(jié)合電動機(jī)效率曲線，如圖2所示：篩選低效運(yùn)轉(zhuǎn)電動機(jī)。同時根據(jù)實(shí)測抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷，計(jì)算出實(shí)際需求功率，在考慮電動機(jī)啟動扭矩的情況下實(shí)施電動機(jī)對調(diào)，將電動機(jī)功率利用率調(diào)整至30%左右，在高功率利用率電動機(jī)效率小幅降低的情況下大幅度提高低功率利用率電動機(jī)效率，從而實(shí)現(xiàn)電動機(jī)效率的提升。

圖2 電動機(jī)效率曲線圖

通過電動機(jī)更換、對調(diào)，現(xiàn)場仍然存在部分井負(fù)荷過大、啟動扭矩大、啟動困難現(xiàn)象。即使更換了新電動機(jī)，只能是載荷過低運(yùn)轉(zhuǎn)，且容易造成皮帶磨損和斷裂，傳動效率無法保證的問題。為此，近年試驗(yàn)應(yīng)用了抽油機(jī)永磁半直驅(qū)拖動裝置，設(shè)備啟動力矩大，取消了皮帶傳動，減少5%左右皮帶損耗，同時降低電動機(jī)容量提升電動機(jī)效率，綜合節(jié)電率22.20%（表2）。

表2 永磁半直驅(qū)現(xiàn)場測試節(jié)電效果統(tǒng)計(jì)表

2.3 節(jié)點(diǎn)控制

通過現(xiàn)場試驗(yàn)與總結(jié)，證明合理的盤根扭矩、井口回壓、皮帶撓度能夠收到較好的節(jié)點(diǎn)效果（圖3～圖6）。以往的節(jié)點(diǎn)調(diào)整均處于經(jīng)驗(yàn)操作，通過研究應(yīng)用相關(guān)測試儀器，測試各節(jié)點(diǎn)與能耗之間的關(guān)系，從而確定各節(jié)點(diǎn)合理運(yùn)行范圍。研究表明水驅(qū)盤根扭矩40～60 N·m，可實(shí)現(xiàn)盤根密封，穩(wěn)定時間長，能耗相對較低；井口回壓每降低0.1 MPa，電量下降1.0 kWh；六型拉皮帶下壓力14～15 kgf，十型機(jī)皮帶下壓力14～15 kgf，皮帶撓度2 cm，能耗相對較低。

圖3 盤根扭矩與能耗關(guān)系曲線

圖4 井口回壓與能耗關(guān)系曲線

圖5 六型機(jī)皮帶撓度與能耗關(guān)系曲線

圖6 十型機(jī)皮帶撓度與能耗關(guān)系曲線

3 實(shí)施效果

通過應(yīng)用節(jié)能新技術(shù)、優(yōu)化地面參數(shù)運(yùn)行、細(xì)化間抽執(zhí)行、推廣節(jié)點(diǎn)操作方法，降低單井能耗。累積實(shí)施措施井5 042井次，平均單井節(jié)電時間63天，實(shí)現(xiàn)措施井平均日節(jié)電10.6 kWh，節(jié)電率5.9%，累積節(jié)電602.82×104kWh，節(jié)約費(fèi)用384.05萬元（表3）。

表3 節(jié)能措施效果統(tǒng)計(jì)表

4 結(jié)論與認(rèn)識

1）針對針對系統(tǒng)效率偏低井實(shí)施調(diào)整地面參數(shù)調(diào)整、泵徑更換、節(jié)點(diǎn)控制、間抽、拖動設(shè)備優(yōu)化措施，能夠收到較好措施效果。

2）盤根和皮帶節(jié)點(diǎn)作為現(xiàn)場管理的基本項(xiàng)目，周期對節(jié)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，保障節(jié)點(diǎn)處于低能耗狀態(tài)運(yùn)行，平均單井日節(jié)電量3.5 kWh。

3）各項(xiàng)優(yōu)化措施效果明顯，但不能保障抽油機(jī)處于系統(tǒng)效率最優(yōu)狀態(tài)下運(yùn)行，為實(shí)現(xiàn)最優(yōu)狀態(tài)運(yùn)行，還需進(jìn)行抽油機(jī)系統(tǒng)優(yōu)化摸索。