節(jié)能降耗技術(shù)在機(jī)械采油中的應(yīng)用

何艷艷

（青島恒星科技學(xué)院，山東青島 266100）

隨著我國(guó)石油開(kāi)發(fā)進(jìn)度的不斷推進(jìn)，多數(shù)油田的開(kāi)采作業(yè)已經(jīng)進(jìn)入高含水階段，而這也使得原本耗能較高的開(kāi)采作業(yè)能耗進(jìn)一步增大，因此對(duì)于節(jié)能降耗的需求也越來(lái)越迫切。在應(yīng)用節(jié)能降耗技術(shù)時(shí)，需要根據(jù)石油開(kāi)采的具體情況和實(shí)際要求來(lái)進(jìn)行選擇。當(dāng)前機(jī)械采油系統(tǒng)所用的節(jié)能降耗技術(shù)有多種，而只有選擇最為適配的技術(shù)手段才能夠進(jìn)一步發(fā)揮節(jié)能降耗的作用，從而為石油開(kāi)采降低能源消耗與成本投入，創(chuàng)造更高的綜合效益。

1 機(jī)械采油中存在的能耗問(wèn)題

在石油開(kāi)采階段，機(jī)械采油主要分為軟件與硬件兩個(gè)結(jié)構(gòu)，其中軟件部分包含了信息收集與處理軟件以及工藝管理軟件，硬件包含抽油桿等抽油設(shè)備和防護(hù)設(shè)備，這些軟件與硬件結(jié)構(gòu)組成了機(jī)械采油系統(tǒng)。在開(kāi)展機(jī)械采油作業(yè)時(shí)，因?yàn)槌橛驮O(shè)備屬于往返的運(yùn)作模式，因此常常會(huì)出現(xiàn)扭矩，而扭矩的大小與方向處于周期性變動(dòng)狀態(tài)。結(jié)合當(dāng)前的情形分析，采油作業(yè)需要涉及多種設(shè)備，這些設(shè)備的共同運(yùn)作會(huì)消耗大量的能量，其中機(jī)械采油裝機(jī)的容量甚至高達(dá)總?cè)萘康?0%，在采油作業(yè)時(shí)耗電量非常高，因此能耗問(wèn)題十分明顯。因此，針對(duì)機(jī)械采油過(guò)程中存在的巨大耗電問(wèn)題展開(kāi)分析。多數(shù)耗電問(wèn)題是由于設(shè)備的負(fù)荷率較低、功率因數(shù)較低等問(wèn)題，導(dǎo)致能耗過(guò)高，而且采油系統(tǒng)在運(yùn)作時(shí)配電設(shè)備的容量過(guò)大，高于實(shí)際要求容量，這也成為了電能消耗增加的主要原因之一[1]。

2 節(jié)能降耗技術(shù)在機(jī)械采油中的應(yīng)用

2.1 小井眼采油技術(shù)

小井眼采油技術(shù)便是通過(guò)小井眼來(lái)進(jìn)行抽采作業(yè)，而針對(duì)其中所用到的井具有著明確的要求，共有以下2點(diǎn)：（1）全井直徑不能大于177.8 mm；（2）井徑不能大于區(qū)域常規(guī)井井徑。小井眼采油技術(shù)對(duì)于井眼井徑有著嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，但這類(lèi)技術(shù)卻在實(shí)際應(yīng)用中有著顯著的優(yōu)勢(shì)。小井眼采油技術(shù)的所需場(chǎng)地不大，還可以節(jié)省鉆井液的消耗。正是由于這些特征，使得該技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中操作較為便利，能夠有效節(jié)約勞動(dòng)力、能耗和成本，避免操作失誤等問(wèn)題[2]。

2.2 抽油機(jī)井上節(jié)能技術(shù)

抽油機(jī)是抽采石油作業(yè)中必不可少的機(jī)械設(shè)備，主要利用加壓的方式來(lái)開(kāi)采石油，在抽油機(jī)上沖程時(shí)，油管彈性便會(huì)回縮，生成向上的作用力，推動(dòng)機(jī)械解堵采油器活動(dòng)，之后采油器撞碰滑套而生成振動(dòng)效果，這一系列的活動(dòng)都會(huì)對(duì)地層中的油流通道形成反作用力。抽油機(jī)井上節(jié)能技術(shù)也可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械采油的節(jié)能降耗，因?yàn)槠浔旧肀憔哂心芎妮^低的特點(diǎn)，而且還配備了相關(guān)的節(jié)能裝置，包含節(jié)能電機(jī)和節(jié)能配電箱等。目前，游梁式抽油機(jī)的應(yīng)用較為普遍，通過(guò)交流異步電機(jī)來(lái)提供動(dòng)力，曲柄帶利用配重平衡塊來(lái)帶動(dòng)抽油桿，為井下抽油泵提供動(dòng)力，從而使得井下抽油泵循環(huán)往返活動(dòng)，將井下的石油推送到地面。在某個(gè)沖次中，由于抽油桿的上下往返，電機(jī)也處于電動(dòng)的模式，在抽油桿向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)會(huì)在電網(wǎng)中消耗電能來(lái)轉(zhuǎn)化為動(dòng)力，而在抽油桿下降時(shí)電機(jī)的負(fù)載性質(zhì)便會(huì)變?yōu)槲粍?shì)負(fù)載，能夠保證電機(jī)保持發(fā)電的狀態(tài)，將抽油桿的機(jī)械能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。游梁式抽油機(jī)雖然有著廣泛的應(yīng)用和便捷的操作，但是能耗問(wèn)題也非常明顯，而為了解決這一現(xiàn)象，將偏輪抽油機(jī)、低矮抽油機(jī)等設(shè)備進(jìn)行結(jié)合設(shè)計(jì)，便能夠很好地降低能耗。同時(shí)，還可以針對(duì)地面參數(shù)進(jìn)行下調(diào)，但也需要注意動(dòng)液面問(wèn)題，避免對(duì)油井石油開(kāi)采產(chǎn)生影響。針對(duì)部分不能進(jìn)行下調(diào)的參數(shù)，則可以通過(guò)間抽制度的方式進(jìn)行改善，或通過(guò)恢復(fù)液壓曲線的方法明確抽油的停留時(shí)長(zhǎng)，在進(jìn)行抽油作業(yè)時(shí)不會(huì)對(duì)開(kāi)采產(chǎn)量和含水量等因素帶來(lái)不利影響，但卻能有效節(jié)約電能消耗[3]。

2.3 螺桿泵采油技術(shù)

螺桿泵采油技術(shù)有著成本投入少、運(yùn)作效益高、電耗較小等優(yōu)點(diǎn)，而這些優(yōu)勢(shì)也使得該技術(shù)應(yīng)用越來(lái)越普遍。螺桿泵是一種容積泵，其排量與轉(zhuǎn)子速度有著密不可分的聯(lián)系，地層供液效果可以有效開(kāi)發(fā)泵的轉(zhuǎn)速，而這種采油技術(shù)與傳統(tǒng)抽油機(jī)對(duì)比，電能消耗要更低，比抽油機(jī)還要低30%左右，能夠有效實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。而若想提高螺桿泵井的使用壽命，則需要結(jié)合施工特征和設(shè)備特征對(duì)其進(jìn)行合理管理和日常維護(hù)。在運(yùn)作過(guò)程中，若需要替換盤(pán)根，則可以暫時(shí)停運(yùn)設(shè)備進(jìn)行盤(pán)根替換操作，其他狀態(tài)下不可以停運(yùn)設(shè)備，停電或其他不可抗力除外。同時(shí)，還要確保螺桿泵的運(yùn)作速度和液面的穩(wěn)定性，過(guò)載電流需要高于正常狀態(tài)下的20%進(jìn)行運(yùn)作，在設(shè)備投產(chǎn)或設(shè)備停止運(yùn)作后還需要合理調(diào)節(jié)過(guò)載電流與過(guò)載時(shí)間，當(dāng)確定設(shè)備能夠處于正常狀態(tài)運(yùn)作后才能再次啟動(dòng)。螺桿泵系統(tǒng)的協(xié)砂性較為優(yōu)異，因此在實(shí)際操作中能夠避免氣鎖等問(wèn)題，當(dāng)處于含砂量或含氣量較大的開(kāi)采工程中時(shí)，螺桿泵采油技術(shù)的優(yōu)勢(shì)也能夠確保石油原油不會(huì)出現(xiàn)泄漏的問(wèn)題，從而保證抽采的穩(wěn)定進(jìn)行。按照螺旋泵的數(shù)量，一般可以劃分為單、雙、三螺桿泵。單螺桿泵通常流量在150 m3/h左右，排出壓力20 MPa，可以在各種高粘性流體中應(yīng)用。雙螺桿泵排出壓力一般小于 1.4 MPa，流量在 6～600 m3/h，對(duì)雜質(zhì)的敏感度相對(duì)較低，同時(shí)填料箱一般只能承載吸入壓力，泄漏量較低。三螺桿泵的排出壓力最高能夠達(dá)到70 MPa，同時(shí)流量最高為 2 000 m3/h，但在具有固體雜質(zhì)流體中應(yīng)用，而且與雙螺桿泵類(lèi)似，填料箱也是只能承載吸入壓力，泄漏量最低，但運(yùn)轉(zhuǎn)速度更高，容積效率也更高[4]。

2.4 間歇采油技術(shù)

針對(duì)一些石油儲(chǔ)備量較低，滲透率較差的區(qū)段中，若是通過(guò)傳統(tǒng)的抽采模式進(jìn)行開(kāi)采，不可避免地會(huì)造成能源浪費(fèi)問(wèn)題。而針對(duì)這一現(xiàn)象，間歇采油技術(shù)則能夠很好地解決各種問(wèn)題。一般間歇采油技術(shù)會(huì)用到2種將機(jī)動(dòng)裝置作為主要?jiǎng)恿Φ拈g歇采油工藝模式。

2.4.1 活動(dòng)式螺桿泵間歇采油技術(shù)

活動(dòng)式螺桿泵間歇采油系統(tǒng)在油井中通過(guò)傳統(tǒng)螺桿泵實(shí)現(xiàn)石油抽采，而上部結(jié)構(gòu)則可以運(yùn)用拖拉機(jī)作為動(dòng)力，變速利用萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)和螺桿泵井口驅(qū)動(dòng)頭銜接的方式完成，能夠把拖拉機(jī)所產(chǎn)生的動(dòng)力輸送到油井下的結(jié)構(gòu)中，利用下層結(jié)構(gòu)的螺桿泵來(lái)抽采石油。之后所抽采出的石油可以輸送到存儲(chǔ)裝置中，運(yùn)送到中轉(zhuǎn)站。通過(guò)這種方式能夠有效節(jié)約成本并降低能源消耗，同時(shí)也使得機(jī)械采油作業(yè)的整體流程變得更加便利。若想進(jìn)一步改善螺桿泵間歇抽油整體能耗的應(yīng)用效果，需要在抽采起步階段控制好啟動(dòng)扭矩，間歇抽油的間歇段根據(jù)扭矩以及抽采區(qū)域的恢復(fù)特征來(lái)調(diào)整，因此也需要全面分析，控制好所有油井的間抽周期，才能夠提高活動(dòng)式螺桿泵間歇采油的高效節(jié)能效果，表1為不同液面恢復(fù)速度下的間抽周期[5]。

2.4.2 提撈采油工藝技術(shù)

抽油機(jī)運(yùn)作的主要成本便是電能消耗、除垢劑及洗凈液等藥劑以及施工作業(yè)，而電能消耗是其中最高的項(xiàng)目，提撈采油工藝技術(shù)則能夠有效節(jié)約甚至是免除電能消耗與藥劑成本，同時(shí)人力成本也較低。對(duì)于一些待開(kāi)采區(qū)段，因?yàn)樘釗撇捎筒恍枰凸芫€和其他設(shè)備，一次性投入與回報(bào)期能夠進(jìn)一步縮短，在傳統(tǒng)采油模式與開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)對(duì)比較低的情況下，可以利用提撈采油工藝技術(shù)，進(jìn)一步拓展石油開(kāi)采的作業(yè)范圍。當(dāng)石油開(kāi)采作業(yè)進(jìn)行到中期之后，還會(huì)出現(xiàn)許多不出油井的問(wèn)題，不僅會(huì)導(dǎo)致能源的大量浪費(fèi)，同時(shí)也會(huì)增加人工成本，為現(xiàn)場(chǎng)管理工作帶來(lái)一定麻煩。針對(duì)這類(lèi)現(xiàn)象，利用提撈采油工藝技術(shù)則能夠發(fā)揮明顯的優(yōu)勢(shì)，不僅能夠減少能源浪費(fèi)的現(xiàn)象，同時(shí)也為現(xiàn)場(chǎng)管理工作提供便利[6]。

3 結(jié)語(yǔ)

可持續(xù)發(fā)展和節(jié)能降耗開(kāi)采是當(dāng)前我國(guó)石油開(kāi)采業(yè)的主要目標(biāo)，也是其發(fā)展的主要方向和提高整體效益推動(dòng)其長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的主要途徑。節(jié)能降耗技術(shù)在機(jī)械采油中的應(yīng)用不僅能降低石油開(kāi)采作業(yè)中的能源消耗，還能提高作業(yè)效率，是實(shí)現(xiàn)綠色開(kāi)采的重要手段。目前隨著科技的快速發(fā)展，還會(huì)有越來(lái)越多的節(jié)能降耗技術(shù)被研發(fā)并應(yīng)用，并將成為推動(dòng)石油開(kāi)采業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效動(dòng)力。

表1 不同液面恢復(fù)速度下的間抽周期表