機采井系統(tǒng)節(jié)電管理模式的構建與實施

于寶昌 艾洪參 王琪鵬 李鎖 綦建華（大慶油田有限責任公司第六采油廠）

油田機采井系統(tǒng)舉升用電既是耗電大項又是節(jié)電挖潛的重點，隨著喇嘛甸油田原油產(chǎn)量的遞減，噸液耗電量越來越高，每年都超出廠要求的噸液耗電指標， 2018 年機采井系統(tǒng)年開升耗電44 549.91×104kWh。因此進一步提高耗電控制水平，深入推進節(jié)能減排工作，勢在必行。大慶油田第六采油廠積極開展降低機采井系統(tǒng)耗電量工作[1]，對機采井耗電展開分析，堅持系統(tǒng)優(yōu)化、挖潛增效，找出耗電的主要點項和節(jié)電挖潛的關鍵環(huán)節(jié)，確認節(jié)電挖潛優(yōu)化管理的主攻方向[2]。

1 機采井系統(tǒng)節(jié)電管理模式

1）節(jié)電管理網(wǎng)絡化。通過構建節(jié)電挖潛管理網(wǎng)絡，對機采系統(tǒng)節(jié)電挖潛工作實行精細化運作、規(guī)范化管理。通過構建電能防竊管理網(wǎng)絡，加大油田機采系統(tǒng)電能防竊管理力度、打擊程度，將深挖節(jié)電潛力和降低電能流失的雙項管理工作確定到人、指定到位，具有網(wǎng)絡化節(jié)電管理特點。

2）節(jié)電挖潛技術化。圍繞機采井節(jié)電進行技術研發(fā)、推廣與應用，以機采井耗電最少狀態(tài)為優(yōu)化主題，推廣與應用個性化無功補償節(jié)電技術，研發(fā)、推廣功率法調(diào)平衡節(jié)電技術[3]，在節(jié)電技術創(chuàng)新上多挖潛，不但取得了顯著的節(jié)電效果，而且還展現(xiàn)了油田機采系統(tǒng)節(jié)電挖潛的技術性。

3）節(jié)電效果最大化。推行增加舉升方式轉(zhuǎn)換井數(shù)、增加節(jié)能技術應用類型的“雙增”管理措施，優(yōu)化機采系統(tǒng)節(jié)電挖潛方式；探索冬季節(jié)電挖潛新途徑，探索功率平衡調(diào)整新參數(shù)的“比新”節(jié)電效應，優(yōu)化機采系統(tǒng)節(jié)電挖潛手段。通過多點位、多措施、多手段優(yōu)化節(jié)電挖潛工作，實現(xiàn)了機采井系統(tǒng)節(jié)電效益最大化。

2 機采井系統(tǒng)節(jié)電方法

大慶油田第六采油廠圍繞降低機采井系統(tǒng)耗電量，積極探索節(jié)電新手段、研發(fā)節(jié)電新技術，推行油田機采系統(tǒng)節(jié)電挖潛優(yōu)化管理模式，力求達到顯著的節(jié)電效果。

2.1 構建雙套運行管理網(wǎng)絡

機采系統(tǒng)管理具有點多面廣的特點，持久開展機采系統(tǒng)節(jié)電挖潛工作，需要構建相應的運行網(wǎng)絡加以管理。構建雙套運作網(wǎng)絡，優(yōu)化節(jié)電挖潛管理主體，在機采井系統(tǒng)節(jié)電挖潛管理上做精細管理工作。

1）構建節(jié)電挖潛管理網(wǎng)絡。持續(xù)高效組織節(jié)電挖潛工作。構建廠、礦、隊三級管理人員在節(jié)電挖潛管理上緊密融合、在節(jié)電技術攻關上緊密結合[4]、在節(jié)電效果分析上緊密配合的節(jié)電挖潛管理網(wǎng)絡，確保了機采系統(tǒng)節(jié)電管理的系統(tǒng)性與連續(xù)性、創(chuàng)新性與高效性。

2）構建電能防竊管理網(wǎng)絡。采油六廠靠近百姓村屯的機采井經(jīng)常出現(xiàn)被住戶盜電現(xiàn)象，電量流失問題難以根治。構建采油隊油井班組與保衛(wèi)隊能源監(jiān)查班組在竊電隱患治理上相配合、在竊電風險防控上相聯(lián)合、在防竊技術研發(fā)上相結合的電能防竊管理網(wǎng)絡，治理盜電問題，研發(fā)防竊電技術，應用防竊電管理方法，有效減低了機采系統(tǒng)竊電井次，降低了機采井系統(tǒng)電能流失。

2.2 實施雙推科技手段

優(yōu)化機采系統(tǒng)節(jié)電挖潛技術是實現(xiàn)節(jié)電突破性的主要途徑。采油六廠實施“雙推”節(jié)電科技手段，優(yōu)化了機采系統(tǒng)節(jié)電挖潛的兩項技術。

2.2.1 推廣與應用無功補償節(jié)電技術

開展個性化無功補償試驗，通過安裝無功補償電容器的方法來提高功率因數(shù)[5]，形成機采設備節(jié)電技術，在262 口油井進行了推廣，該節(jié)電技術的應用方法是根據(jù)單井具體情況確定單井無功補償量，設定安裝電容后單井功率因數(shù)達到0.9 的目標，電容容量計算公式：

在電容安裝過程中發(fā)現(xiàn)，由于抽油機井存在較大的交變載荷，上述公式計算的電容容量不能滿足機采井實際運行的需要，經(jīng)過現(xiàn)場反復試驗發(fā)現(xiàn)，當計算容量值放大1.3（k值）倍時，安裝后的功率因數(shù)可達到要求，因此我們將公式修正為：

安裝：選用5、10、20 kvar 三種規(guī)格的電容器，根據(jù)計算需要的無功補償量進行組合，滿足不同單井的需要，電容無功補償量選擇見表1。

安裝無功補償電容62 口井，平均無功功率從17.67 kvar 下降到3.96 kvar，功率因數(shù)從0.35 升高到0.76， 日 節(jié) 電 量 為 685.8 kWh， 年 節(jié) 電 量 為25.03×104kWh。在40 口井進行無功補償電容的推廣安裝， 平均無功功率從27.99 kvar 下降到14.28 kvar，功率因數(shù)從0.35 升高到0.53，綜合節(jié)電率為6.31 %。

2.2.2 研發(fā)與推廣功率平衡節(jié)電技術

開展功率法調(diào)平衡技術研究[6]，在抽油機調(diào)整平衡的過程中同步錄取抽油機上、下行功率，計算功率平衡率。在達到電流平衡后繼續(xù)根據(jù)功率法調(diào)平衡進行調(diào)整，直至抽油機達到最節(jié)能的狀態(tài)。當電流平衡率達到85%～100%時，消耗功率并未降到最低，而是隨著功率平衡度的不斷上升，消耗功率仍在緩慢下降，這說明電流平衡率在85%～100%并不是最佳的節(jié)能運行狀態(tài)，仍有可根據(jù)功率平衡調(diào)整的余地，1 口井欠平衡狀態(tài)時比過平衡狀態(tài)時，年多耗電0.86×104kWh。根據(jù)數(shù)次試驗初步認為，電流平衡率在95%～115%，最為節(jié)能。具體實驗過程如下：

選用“多參數(shù)測試儀”來對試驗數(shù)據(jù)進行測量和錄取。該儀器可對抽油機一個沖程的上、下行功率進行分別測量并計算功率平衡率；可對一個沖程的電動機所做的正功和負功進行分別測量并計算沖程耗電量和沖程發(fā)電量，同時該儀器在輸入平衡塊數(shù)量、平衡塊重及平均位置后，可根據(jù)目前的平衡情況提出調(diào)整建議，并對調(diào)整后的效果進行預測。

選取L5-381 井電流平衡已在要求范圍內(nèi)，但功率平衡較低的井進行了調(diào)整試驗，從功率不平衡調(diào)整至功率平衡。建議最大上行電流57 A，最大下行電流63.7 A，電流平衡度1.12%。平衡塊調(diào)整建議曲柄平衡塊向外移0.3 m，到1.8 m 處。L5-381 井調(diào)前調(diào)后對比情況見表2。

此井在調(diào)前都已達到了電流平衡的要求，但從節(jié)能角度出發(fā)，并未達到理想的運行狀態(tài)，仍有調(diào)整的余地。調(diào)整到功率平衡后，井的消耗功率都有所下降，耗電量有所減少。

功率法調(diào)平衡試驗19 口井之后，不但提高了機采設備平衡參數(shù)的精確度，還達到節(jié)能的目的，節(jié)電16.3×104kWh。在210 口油井推廣應用，節(jié)電156×104kWh。

2.3 推行雙增管理措施

優(yōu)化機采系統(tǒng)節(jié)電挖潛方式是實施快、見效快的主要節(jié)電途徑[7]。實施“雙推”節(jié)電科技手段，優(yōu)化了機采系統(tǒng)節(jié)電挖潛的具體方式。

1） 增加舉升方式轉(zhuǎn)換井數(shù)。油井措施施工，部分抽油機井轉(zhuǎn)為螺桿泵井，平均沉沒度上升到154.23 m，平均泵效上升50.08 %，平均單井日耗電量降低143.75 kWh，目前全廠共實施間抽152 口井，在影響產(chǎn)量極少的情況下達到了非常好的節(jié)電效果。通過摸索制定個性化的間抽方案，并根據(jù)實際情況及時進行間抽時間調(diào)整。執(zhí)行間抽的單井月耗電由間抽前的5 555.45 kWh 下降到2 342.02 kWh，平均單井月節(jié)電3 213.43 kWh。

表1 電容無功補償量選擇 單位：kvar

2）增加節(jié)能技術應用類型。配置高轉(zhuǎn)差電動機，該節(jié)能裝置有兩種額定功率，分別為37 kW 和45 kW，通過手動調(diào)整電動機轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)抽油機井沖速。選取調(diào)參困難的抽油機井進行安裝，安裝該電動機后單井年節(jié)電0.6×104kWh。增裝節(jié)能技術產(chǎn)品，安裝三功率電動機，安裝后全部運行在最小功率檔，平均單井裝機功率下降了12 kW，平均單井消耗功率由7.3 kW 下降到6.5 kW，平均單井年節(jié)電0.71×104kWh。系統(tǒng)效率為27.26%，比上年上升了4.5%。

2.4 探索雙新節(jié)電途徑

2.4.1 探索冬季節(jié)電挖潛新途徑

開展?jié)櫥橘|(zhì)降黏試驗，探索抽油機冬季節(jié)能新途徑[8]。全廠耗電量在冬季11 月到次年3 月要高于其它月份，而且隨著氣溫降低，升高幅度增大，舉升系統(tǒng)冬季耗電量要高于夏季。選取L6-18 抽油機井，在生產(chǎn)情況穩(wěn)定的條件下，進行了冬季和夏季的消耗功率對比測試（表3）。

從表中可以看出，井冬季比夏季消耗功率有較大幅度升高。而抽油機運行時，受溫度影響較大的主要為潤滑部位，為此檢查潤滑油冬季與夏季的差別。當打開減速箱蓋時，發(fā)現(xiàn)齒輪潤滑油在低溫時呈糖漿狀，停機時間較長的井潤滑油呈半固體狀，黏度很大。因此，我們判斷齒輪油黏度的增加會對導致抽油機能耗的上升。

據(jù)此，在L8-PS1213 井上進行了更換抗低溫性能較好潤滑油的試驗，該種潤滑油在較低溫度時黏度上升較小，每次測試3 min 后取平均值進行對比，L8-PS1213 井更換減速箱齒輪油前后數(shù)據(jù)對比見表4。

表4 L8-PS1213 井更換減速箱齒輪油前后數(shù)據(jù)對比

更換后，消耗功率最高下降了0.31 kW，降幅5.8 %，日節(jié)電7.44 kWh，節(jié)能效果較好。但是，將抽油機井齒輪潤滑油更換為冬季抗低溫型潤滑油成本巨大，從投入產(chǎn)出比來說并不合算，因此，采用通過降低在用潤滑油黏度的方法達到節(jié)能的目的。經(jīng)篩選，確定了一種無毒、無味，不易揮發(fā)，不易燃、無爆炸性的潤滑油降黏劑進行試驗，該降黏劑的降黏原理為稀釋和增加潤滑油分子活性作用。在室內(nèi)進行了按不同比例添加降黏劑的齒輪潤滑油黏度化驗，降黏劑的潤滑油黏度曲線見圖1。

圖1 降黏劑的潤滑油黏度曲線

由圖1 可知，當以不同比例添加降黏劑時，潤滑油黏度都會有大幅下降，同時，隨著溫度的下降，添加降黏劑的潤滑油黏度有小幅升高，但大大低于未添加降黏劑時的潤滑油黏度；當溫度上升時，添加降黏劑的潤滑油黏度降低，并逐漸趨近于添加前潤滑油黏度。這說明該降黏劑在低溫時可起到降低潤滑油黏度的作用，而高溫時又不改變潤滑油的潤滑特性。

未添加降黏劑時，無論是在用潤滑油還是新潤滑油，黏度隨溫度變化較大；添加降黏劑時，潤滑油的黏度隨溫度變化不大，且添加比例越高降黏效果越好。從成本和效果綜合考慮，選擇1∶15 的添加比例就能達到較好的降黏效果?，F(xiàn)場試驗3 口井，平均節(jié)電率為8.04%，減速箱潤滑油按1∶15比例添加降黏劑效果對比見表5。

表5 減速箱潤滑油按1∶15 比例添加降黏劑效果對比

2.4.2 探索功率平衡調(diào)整新參數(shù)

為了確保抽油機調(diào)平衡后更節(jié)能[9-12]，圍繞抽油機調(diào)平衡方法的缺陷問題，探索功率平衡調(diào)整新參數(shù)，提高調(diào)平衡節(jié)電效果。

1）突破原有抽油機調(diào)平衡方法。以往的研究證明電流平衡存在2 個缺陷：一是電流平衡是抽油機上、下沖程峰值電流的比值，而不是平均電流的比值，未達到真正平衡；二是電流平衡沒有考慮抽油機上、下沖程過程中電動機做負功的情況。電動機做負功所發(fā)出的電能進入電網(wǎng)，當與電網(wǎng)的電壓、頻率、相序、相位不一致時，將會對電網(wǎng)產(chǎn)生影響。引入功率法調(diào)平衡，不是單純地追求平衡，而是追求在平衡方面節(jié)能最大化。功率平衡法采用上、下沖程的平均功率進行對比，其中包含了電動機所做負功，因此克服了以上兩點的缺陷。既能反映出電流的運行情況，又能反映出電動機做正負功的情況。通過減少電動機做負功，達到節(jié)能效果。

為進一步驗證功率平衡法的節(jié)能效果，對L3-1410 井進行了精細調(diào)整試驗，L3-1410 井消耗功率與功率平衡率關系曲線見圖2，從曲線上可以看出，當功率平衡率不斷提高時，消耗功率在逐漸下降，當功率平衡率達到78.68 %時，消耗功率最低。為指導今后的功率平衡調(diào)整工作，量化功率平衡調(diào)整的節(jié)能區(qū)間，通過對單井精細調(diào)整，確定了功率法調(diào)平衡范圍50%～100%，同時滿足負功含量小于或等于5%（圖3）。

圖2 L3-1410 井消耗功率與功率平衡率關系曲線

圖3 L3-1410 井負功含量與消耗功率曲線

2）開展功率法調(diào)平衡推廣試驗。對43 口抽油機井進行了功率平衡法的調(diào)整，并對調(diào)前、調(diào)后的數(shù)據(jù)進行對比和分析（表6）。通過現(xiàn)場應用證明，功率法調(diào)整平衡可進一步提高節(jié)電效果。

3 結論

2019 通過以上的措施，耗電量減少，2019 年機采井系統(tǒng)舉升耗電38 526.76×104kWh 比2018 年少耗電 6 023.15×104kWh， 年平均節(jié)約電費6 444.77 萬元。

1）機采井系統(tǒng)節(jié)電管理水平穩(wěn)步提升。機采井系統(tǒng)耗電下降明顯，取得明顯節(jié)電效果。

2）創(chuàng)造了良好的社會效益。全面規(guī)范了機采井系統(tǒng)耗電管理工作，形成了具有精細管理特色的機采井節(jié)電管理方式，這種新的管理模式在油田具有推廣應用價值。

表6 功率法調(diào)平衡調(diào)后對比