智能滾筒式皮帶抽油機(jī)在油田生產(chǎn)中的應(yīng)用

賈繼慶（大慶石油管理局技術(shù)監(jiān)督中心）

有關(guān)統(tǒng)計(jì)資料表明，目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)油田都進(jìn)入高含水開發(fā)階段，老油區(qū)因產(chǎn)量自然遞減客觀因素要實(shí)現(xiàn)保產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)難度進(jìn)一步加大，積極應(yīng)用采油新工藝、新技術(shù)，解決油氣生產(chǎn)中的技術(shù)難題，加快稠油區(qū)塊開發(fā)已成為一項(xiàng)重要的研究課題[1]。針對(duì)稠油區(qū)塊稠油井生產(chǎn)存在產(chǎn)量低、能耗高、能源利用效率低、單井生產(chǎn)成本高、信息化程度低等諸多不利因素，仍運(yùn)用游梁式抽油機(jī)進(jìn)行采油的方式已難以適應(yīng)油田發(fā)展要求。智能滾筒式皮帶抽油機(jī)是一種新型高效節(jié)能機(jī)采設(shè)備，它與傳統(tǒng)油氣生產(chǎn)機(jī)采設(shè)備不同，具有油氣開發(fā)生產(chǎn)效率高、系統(tǒng)效率高、長(zhǎng)沖程、泵效高、低能耗、增產(chǎn)效果好、智能化等特點(diǎn)，完全能滿足稠油井生產(chǎn)工藝技術(shù)要求，能有效解決傳統(tǒng)油氣生產(chǎn)中機(jī)采系統(tǒng)難以解決的技術(shù)難題[2-3]。

1 智能滾筒式抽油機(jī)

1.1 工作原理

智能滾筒式皮帶抽油機(jī)由平衡系統(tǒng)、懸掛系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、機(jī)架底座系統(tǒng)、集中監(jiān)控系統(tǒng)、電磁剎車系統(tǒng)等部分組成。圖1 為抽油機(jī)運(yùn)行軸測(cè)視照，圖2為抽油機(jī)結(jié)構(gòu)組成。

圖1 抽油機(jī)運(yùn)行軸測(cè)視照

圖2 抽油機(jī)結(jié)構(gòu)組成

通過交流變頻技術(shù)控制電動(dòng)機(jī)換向驅(qū)動(dòng)減速器帶動(dòng)筒體正反向轉(zhuǎn)動(dòng)，使包覆在筒體上的皮帶做垂直上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。皮帶一端與配重箱連接，另一端與光桿連接，帶動(dòng)光桿上下運(yùn)動(dòng)使抽油泵抽汲井筒內(nèi)的油液。根據(jù)抽油機(jī)做功示功圖或電動(dòng)機(jī)電流大小來自動(dòng)調(diào)整配重箱配重，做到抽油機(jī)上下行程功率精確平衡[4]。

1.2 調(diào)節(jié)策略

智能滾筒式皮帶抽油機(jī)具有長(zhǎng)沖程、低沖速的優(yōu)點(diǎn)，可以減少抽油泵柱塞的沖程損失，提高抽油泵泵效（超過70%），提升抽油泵充滿系數(shù)，增加單井提液量，從而達(dá)到提高單井原油產(chǎn)量，提升油井機(jī)采系統(tǒng)運(yùn)行效率，降低噸油能耗和噸油開采成本的目的。它與傳統(tǒng)游梁式抽油機(jī)相比，沖速低，單位產(chǎn)油量所需抽油泵的往復(fù)循環(huán)次數(shù)少，抽油桿柱的疲勞和磨損程度低，有利于延長(zhǎng)抽油桿柱的使用壽命和油井的免修期；降低油井作業(yè)次數(shù)，減少油井作業(yè)成本，避免或消除抽油機(jī)的氣鎖現(xiàn)象。該抽油機(jī)還具有工況自適應(yīng)、運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化、節(jié)能、自動(dòng)化程度高和記憶功能，特別適合于稠油井、小泵深抽井的使用。

2 智能滾筒式皮帶抽油機(jī)的技術(shù)性能

1）高效的傳動(dòng)效率。由于智能滾筒式皮帶抽油機(jī)采用改四連桿機(jī)構(gòu)為往返架系統(tǒng)，可以有效地減少抽油機(jī)輸入功率，提升抽油機(jī)的傳動(dòng)效率[5-6]，它與普通皮帶抽油機(jī)相比，傳動(dòng)效率可以提升50%。同時(shí)，該抽油機(jī)的減速器采用高效率的硬齒面減速機(jī)，它與傳統(tǒng)的軟齒面減速度機(jī)相比，其傳動(dòng)效率可以提升20%。

2）節(jié)能效果好。具有較大的鏈輪直徑，加速度小，沖速慢，抽油機(jī)上下沖程平衡度效果好，需電動(dòng)機(jī)功率小，可以降低電動(dòng)機(jī)額定功率一個(gè)檔次，其綜合節(jié)能率可達(dá)到15%。

3）泵效高。具有長(zhǎng)沖程，使抽油泵的充滿系數(shù)高、液壓沖擊小，提升了抽油泵的工作效率。同時(shí)，它與游梁式抽油機(jī)相比，沖速低，單位產(chǎn)油量所需抽油泵的往復(fù)循環(huán)次數(shù)少，抽油桿柱的疲勞和磨損程度低，有利于延長(zhǎng)抽油桿柱的使用壽命和油井的免修期，降低油井作業(yè)頻次，減少油井生產(chǎn)作業(yè)費(fèi)用[7-8]。

4）設(shè)備安全可靠性高。該抽油機(jī)負(fù)荷皮帶具有彈性緩沖作用，降低了其換向沖擊，使抽油桿運(yùn)行更加平穩(wěn)安全可靠。它具有結(jié)構(gòu)安全、使用安全和防盜安全功能，對(duì)所有運(yùn)動(dòng)部件采取了安全防護(hù)措施，安裝了防護(hù)罩、防護(hù)網(wǎng)和控制箱防盜裝置等。

5）調(diào)沖速簡(jiǎn)單方便。可實(shí)現(xiàn)不停機(jī)調(diào)節(jié)沖速，極大地降低了工作量，同時(shí)避免了因停機(jī)調(diào)沖速帶來的產(chǎn)量損失?？梢酝ㄟ^智能控制箱面板上的上、下行速度電位器來進(jìn)行調(diào)整。通過變頻器改變輸入交流電的頻率，實(shí)現(xiàn)對(duì)抽油機(jī)的無級(jí)調(diào)速。變頻器使用的控制方式，具有理想的轉(zhuǎn)矩-速度特性，調(diào)整抽油機(jī)沖速只需要調(diào)整電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率即可。

6）該抽油機(jī)日常維護(hù)費(fèi)用低，設(shè)備故障率低，且維護(hù)保養(yǎng)方便快捷[9]。若它一旦發(fā)生故障，可發(fā)出故障報(bào)警和遠(yuǎn)程警報(bào)，用戶可通過故障診斷顯示器，查出故障發(fā)生時(shí)間和故障原因，以及排除故障方法。

7）諧波信號(hào)小，無功功率低，電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)高。具有自帶反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可以有效降低電動(dòng)機(jī)無功功率，同時(shí)防止負(fù)功率反輸電網(wǎng)，有效降低線路損耗。

8）智能化程度高。具有抽油機(jī)運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)、控制功能。其控制監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括變頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)、抽油機(jī)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)等部分?？梢詫?shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)抽油機(jī)運(yùn)行頻率，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)抽油機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。具備基本故障報(bào)警功能，能在發(fā)生抽油機(jī)停機(jī)、斷脫、三相不平衡等異常工況狀態(tài)下報(bào)警[10]。當(dāng)桿載降低后，可逐漸恢復(fù)到?jīng)_速設(shè)定值。在智能控制模式下，跟蹤抽油機(jī)示功圖充滿度的變化，優(yōu)化生產(chǎn)運(yùn)行參數(shù)，使抽油機(jī)運(yùn)行在最佳工況下。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及技術(shù)改造效果

3.1 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2016年，中國(guó)石化股份有限公司勝利油田分公司孤東采油廠根據(jù)智能滾筒式皮帶抽油機(jī)的特點(diǎn)，對(duì)KD18 區(qū)塊部分原油黏度較高、低液量、低油量的稠油井，實(shí)施采油工藝節(jié)能技術(shù)改造，以解決目前該區(qū)塊油井因抽油桿緩下、傳統(tǒng)抽油機(jī)參數(shù)無法上調(diào)，而導(dǎo)致的低液量、低油量、低效率等油井生產(chǎn)工藝技術(shù)問題，達(dá)到區(qū)塊整體機(jī)采系統(tǒng)效率提升和開發(fā)效果，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能降耗的目的。先后在KD18稠油區(qū)塊的20口低效、低液稠油井上，運(yùn)用了智能滾筒式皮帶抽油機(jī)，并取得良好的現(xiàn)場(chǎng)試用效果。

3.2 技術(shù)改造效果

智能滾筒式皮帶抽油機(jī)節(jié)能技術(shù)改造項(xiàng)目實(shí)施前后20口油井生產(chǎn)數(shù)據(jù)的對(duì)比見表1。

由表1 可知，智能滾筒式皮帶抽油機(jī)節(jié)能技術(shù)改造項(xiàng)目實(shí)施后，20 口稠油井電動(dòng)機(jī)總功率下降140 kW，變壓器容量減少250 kVA，電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)平均提高0.361，平均單井日節(jié)電量達(dá)108 kWh，平均單井有功功率下降4.42 kW，平均單井無功功率下降11.69 kvar，百米噸液耗電量下降1.67 kWh/t，綜合節(jié)電率達(dá)到32.5%，油井平均系統(tǒng)效率提升11.70%。實(shí)現(xiàn)了油井抽油機(jī)負(fù)荷與電動(dòng)機(jī)的合理匹配，使油井處于高效、安全的生產(chǎn)狀態(tài)，達(dá)到了節(jié)能降耗、增產(chǎn)增效和提高油井開采效益的目的。

表1 項(xiàng)目實(shí)施前后20口油井生產(chǎn)數(shù)據(jù)的對(duì)比

4 綜合效益評(píng)價(jià)

1）節(jié)電效果顯著。20 口稠油井年節(jié)電量達(dá)788 400 kWh，0.623 元/kWh，則該項(xiàng)目年創(chuàng)節(jié)能效益可達(dá)491 173元。

2）節(jié)能減排效益好。按照節(jié)約1 kWh 電能可實(shí)現(xiàn)減排0.997 kg 二氧化碳，即減少0.272 kg 碳排放量計(jì)算，則運(yùn)用智能滾筒式皮帶抽油機(jī)每年可減少碳排放量214 444.8 kg。

3）變壓器減容效益明顯。按照變壓器容量每千伏安月度容量費(fèi)用28 元計(jì)算，變壓器總?cè)萘繙p少250 kVA，則每年可減少變壓器容量費(fèi)84 000元。

4）設(shè)備故障率低，提升油井生產(chǎn)時(shí)率。項(xiàng)目實(shí)施后，抽油桿柱的疲勞和磨損程度低，有利于延長(zhǎng)抽油桿柱的使用壽命和油井的免修期，降低油井作業(yè)頻次，減少油井生產(chǎn)作業(yè)費(fèi)用。

5 結(jié)束語

實(shí)踐證明，智能滾筒式皮帶抽油機(jī)具有傳動(dòng)效率高、控制與節(jié)能效果好、泵效高、運(yùn)行安全可靠、調(diào)沖速簡(jiǎn)單方便、維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用低、智能化程度高等優(yōu)點(diǎn)。運(yùn)用該抽油機(jī)可以有效提高稠油開發(fā)工藝技術(shù)水平，增加稠油開發(fā)區(qū)塊單井產(chǎn)量，提升稠油開發(fā)區(qū)塊整體機(jī)采系統(tǒng)運(yùn)行效率，實(shí)現(xiàn)油田降本增效，有利于推進(jìn)智能油田建設(shè)和信息化技術(shù)推廣應(yīng)用，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。