以“四化”管理體系降低機(jī)采井能耗的應(yīng)用實(shí)踐

張?jiān)戚x（大慶油田有限責(zé)任公司第四采油廠）

隨著油田開發(fā)進(jìn)入中后期，開采成本不斷上升，深入開展節(jié)能挖潛、降本增效是油田可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。因此，大多研究人員著手于抽油機(jī)井節(jié)能特性的研究及電動機(jī)、電控技術(shù)的改造，如節(jié)能電動機(jī)和電控箱等。目前節(jié)能設(shè)備的發(fā)展，雖然也取得了一定的節(jié)能效果，但在油田機(jī)采井節(jié)能治理工作的針對性、及時(shí)性上仍存在著一些不足，沒有形成系統(tǒng)性、規(guī)模性效應(yīng)[1]。為了徹底解決機(jī)采井能耗對油田開發(fā)效益的影響，積極探索構(gòu)建與應(yīng)用機(jī)采井目標(biāo)可視化、分析精細(xì)化、措施專業(yè)化、保障統(tǒng)一化“四化”的能耗管理體系，明晰機(jī)采井節(jié)能工作的方式、方法，找準(zhǔn)著眼點(diǎn)和落腳點(diǎn)，有效解決了機(jī)采井能耗高的問題，保證了節(jié)能降耗的及時(shí)性、系統(tǒng)性和科學(xué)性，實(shí)現(xiàn)了“全閉環(huán)式”的節(jié)能降耗管理新模式。

1 “四化”管理體系的研究與建立

1.1 目標(biāo)可視化

為了解決節(jié)能潛力分析方法單一、界限模糊、治理針對性不強(qiáng)等問題，開展抽油機(jī)井能耗分區(qū)控制圖的研究工作，控制圖對抽油機(jī)井能耗水平進(jìn)行了綜合評價(jià)分析，按能耗潛力進(jìn)行了區(qū)域劃分，直觀體現(xiàn)出抽油機(jī)井的能耗水平，實(shí)現(xiàn)可視化目標(biāo)管理。

1.1.1 機(jī)采井能耗精準(zhǔn)管理區(qū)域

利用抽油機(jī)井能耗分區(qū)控制圖[2]，實(shí)現(xiàn)優(yōu)先定位具有較大能耗潛力的抽油機(jī)井，然后針對性制定節(jié)能措施，使節(jié)能措施和設(shè)備落到實(shí)處，發(fā)揮其最大作用，達(dá)到“高效、準(zhǔn)確、合理”管理目標(biāo)。同時(shí)，通過建立抽油機(jī)井動態(tài)參數(shù)仿真模型、抽油機(jī)井能耗分區(qū)控制圖評價(jià)指標(biāo)的優(yōu)選、抽油機(jī)井能耗分區(qū)控制圖分界曲線數(shù)學(xué)模型、抽油機(jī)井節(jié)能潛力區(qū)域劃分等方式，進(jìn)一步提高機(jī)采井節(jié)能工作效率和節(jié)能措施有效率[3-4]，抽油機(jī)井能耗仿真模型示意圖見圖1。

圖1 抽油機(jī)井能耗仿真模型示意圖Fig.1 Schematic diagram of energy consumption simulation model for pumping wells

1.1.2 機(jī)采井能耗控制管理平臺

目前大型采油廠機(jī)采井井?dāng)?shù)逐年增加、能耗控制難度加大，大量的能耗分析調(diào)整工作也都集中在數(shù)據(jù)的搜集整理和分析上，為提高機(jī)采井節(jié)能工作效率，研發(fā)了機(jī)采井能耗分區(qū)控制軟件管理平臺，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)分析智能化。同時(shí)，建立抽油機(jī)井能耗分區(qū)控制模板、能耗分區(qū)統(tǒng)計(jì)控制圖兩個模塊，確?；A(chǔ)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、真實(shí)性和有效性，抽油機(jī)井能耗控制圖模板見圖2。

圖2 抽油機(jī)井能耗控制圖模板Fig.2 Template of energy consumption control chart for pumping wells

應(yīng)用抽油機(jī)井能耗分區(qū)控制圖治理低系統(tǒng)效率井，累計(jì)應(yīng)用976井次，平均系統(tǒng)效率由10.94%上升到21.05%，上升了10.11個百分點(diǎn)，低系統(tǒng)效率井治理措施效果統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 低系統(tǒng)效率井治理措施效果統(tǒng)計(jì)Tab.1 Statistical table of treatment measures effect for low system efficiency wells

1.2 分析精細(xì)化

機(jī)采井普遍存在系統(tǒng)效率偏低、能耗高的問題，要提高機(jī)采井整體管理水平，提升系統(tǒng)效率，必須準(zhǔn)確、系統(tǒng)分析影響機(jī)采系統(tǒng)能耗因素，提出節(jié)能降耗管理的理論依據(jù)；為此，深入開展從機(jī)采井地面設(shè)備和井下工藝兩方面的管控分析，機(jī)采井系統(tǒng)效率影響因素見表2。

表2 系統(tǒng)效率影響因素分析Tab.2 Analysis of influencing factors of system efficiency

1.2.1 地面設(shè)備管控

抽油機(jī)是油田最主要能耗設(shè)備，目前采油廠機(jī)采井井?dāng)?shù)眾多，耗電量約占其總耗電量的一半以上。地面設(shè)備有效功率的大小，對節(jié)約電能起著至關(guān)重要的作用，而電動機(jī)效率、抽油桿上下沖程平均載荷等因素是影響地面設(shè)備有效功率主要因素；所以，重點(diǎn)加強(qiáng)對采油方式、電動機(jī)工作特性、抽油機(jī)平衡度、減速箱、抽油機(jī)皮帶、四連桿等多項(xiàng)內(nèi)容開展管控分析，減小損失功率，為節(jié)能降耗管理提供科學(xué)的理論依據(jù)[5-6]。

1.2.2 井下工藝管控

機(jī)采井井下功率損失主要為滑動損失和原油黏滯損失，該部分功率損失是受到泵掛深度、泵徑大小、泵效、原油黏度、原油物性等多種因素的影響；為此，重點(diǎn)開展以加強(qiáng)抽油泵效率、泵掛深度、沉沒度、管桿柱等為內(nèi)容的管控分析，為節(jié)能降耗管理提供有力的數(shù)據(jù)支撐[7]。

1.3 措施專業(yè)化

機(jī)采井系統(tǒng)效率是衡量抽油機(jī)性能的綜合指標(biāo)。為了降低機(jī)采井能耗、提高系統(tǒng)運(yùn)行效率，從地面和地下兩部分分析得出造成機(jī)采系統(tǒng)能耗損失的各種因素，實(shí)施“對癥下藥”，采取相應(yīng)的對策，制定專業(yè)化節(jié)能技術(shù)治理措施，擴(kuò)大成熟型節(jié)能設(shè)備的應(yīng)用規(guī)模，提高節(jié)能設(shè)備所占比例[8-9]。

1.3.1 軟件措施

通過查找問題、系統(tǒng)分析原因、厘清工作思路等環(huán)節(jié)，對影響機(jī)采井能效因素進(jìn)行分系統(tǒng)、分類別科學(xué)梳理，確定造成機(jī)采系統(tǒng)能耗偏高的原因；從優(yōu)化設(shè)計(jì)、下調(diào)參數(shù)、調(diào)整平衡、間抽管理、換小機(jī)型、換小電動機(jī)等方面入手，制定措施、組織實(shí)施、跟蹤檢查、總結(jié)效果，機(jī)采井優(yōu)化流程見圖3。

圖3 機(jī)采井優(yōu)化流程Fig.3 Flow chart of mechanical production optimization

隨機(jī)發(fā)生檢泵井的機(jī)采參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案累計(jì)用于15口井。平均單井產(chǎn)液量由優(yōu)化前24.6 t/d增加到26.1 t/d，平均單井日增產(chǎn)1.5 t，百米噸液耗電量、泵效、系統(tǒng)效率等指標(biāo)預(yù)測與實(shí)測符合率分別達(dá)83.7%、85.1%、83.7%；平均單井輸入功率由優(yōu)化前7.02 kW降至5.38 kW，平均系統(tǒng)效率從20.72%提高至34.27%，平均節(jié)電率達(dá)到39.5%。

1.3.2 硬件措施

為落實(shí)油田能耗戰(zhàn)略工作要求，實(shí)現(xiàn)降本增效、高效舉升，加大硬治理專業(yè)化措施的技術(shù)攻關(guān)，采取更換抽油機(jī)節(jié)能電動機(jī)、永磁半直驅(qū)同步拖動裝置應(yīng)用、抽油機(jī)多功能調(diào)速裝置應(yīng)用、供直流母線群控系統(tǒng)應(yīng)用、新型節(jié)能抽油機(jī)試驗(yàn)等多項(xiàng)硬件管理措施。

更換高啟動力矩電動機(jī)和三功率電動機(jī)之后，平均裝機(jī)功率由應(yīng)用前的35.08 kW下降到29.11 kW，下降了17.02%；平均消耗功率由應(yīng)用前的7.13 kW下降到5.93 kW，下降了16.83%，節(jié)能電動機(jī)應(yīng)用效果見表3。

表3 節(jié)能電動機(jī)應(yīng)用效果Tab.3 Application effect of energy conservation motors

1.4 保障統(tǒng)一化

機(jī)采井能耗保障管理綜合影響因素多、涉及部門多、配套技術(shù)廣，實(shí)現(xiàn)機(jī)采井節(jié)能降耗、降本增效是一項(xiàng)復(fù)雜而艱巨的工程。為此，創(chuàng)新節(jié)能管理模式，創(chuàng)建機(jī)采井生命周期全閉環(huán)管理體系，轉(zhuǎn)變以往“部門各自為陣，節(jié)點(diǎn)單獨(dú)運(yùn)行”的模式，整合組織機(jī)構(gòu)，集中優(yōu)勢資源效應(yīng)，充分發(fā)揮技術(shù)、人才、管理潛力，秉承“立體融合，優(yōu)勢互補(bǔ)，目標(biāo)統(tǒng)一，步調(diào)一致”的理念，實(shí)現(xiàn)技術(shù)、管理、保障相互融為一體。

1.4.1 統(tǒng)一歸口管理

機(jī)采井能耗管理具有領(lǐng)域廣泛、高復(fù)雜度和管理多樣化等多種特征，同時(shí)存在多家單位深度交叉依賴的現(xiàn)象，比如前線與后線、經(jīng)營與管理等多家單位。為了有效解決上述問題，在長時(shí)間的運(yùn)行實(shí)踐中，逐漸形成了將不同職能模塊作為重要依托的垂直管理模式，實(shí)現(xiàn)跨部門、跨領(lǐng)域的信息有效傳達(dá)、反饋，建立完善統(tǒng)一歸口管理機(jī)制[10]。

1.4.2 一體化管理

為提升基層管控意識，將節(jié)能措施管理機(jī)構(gòu)劃分為工藝研究所—作業(yè)區(qū)—注采班組三個節(jié)點(diǎn)，分解下放措施管理內(nèi)容，不斷完善各節(jié)點(diǎn)的制度標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，整合三個節(jié)點(diǎn)的公共要素，在統(tǒng)一框架下運(yùn)行，最終形成目標(biāo)任務(wù)分解、監(jiān)督檢查、總結(jié)評比一體化管理機(jī)制，各項(xiàng)工作更加順暢，保障效果指標(biāo)大幅提升，一體化管理流程圖見圖4。

圖4 一體化管理流程圖Fig.4 Integrated management flow chart

2 “四化”管理體系的現(xiàn)場應(yīng)用與效果

“四化”能耗管理體系的應(yīng)用實(shí)踐，切實(shí)加強(qiáng)了機(jī)采井節(jié)能全過程“閉環(huán)式”管理，真正做到了各節(jié)點(diǎn)質(zhì)量全面管控，將全面性、精準(zhǔn)性貫穿于每項(xiàng)工作的各個環(huán)節(jié)，有效降低了機(jī)采井的能耗指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)管理向科學(xué)化管理轉(zhuǎn)變。

1）軟件措施累計(jì)應(yīng)用2 669井次。措施工作量主要集中在優(yōu)化設(shè)計(jì)、沖速調(diào)整、平衡率調(diào)整、間抽生產(chǎn)等方面，實(shí)施后年節(jié)電1 838.08×104kWh。若電價(jià)按0.637元/kWh計(jì)算，則年節(jié)約電費(fèi)1 170.85萬元，機(jī)采井軟件措施節(jié)能效果評價(jià)見表4。

表4 機(jī)采井軟件措施節(jié)能效果評價(jià)Tab.4 Evaluation of energy conservation effect of software measures for mechanical production wells

2）硬件措施累計(jì)應(yīng)用729臺套。措施工作量主要集中在電動機(jī)和電控箱更換上，實(shí)施后年節(jié)電541.81×104kWh，年節(jié)電費(fèi)約345.11萬元，機(jī)采井硬件措施節(jié)能效果評價(jià)見表5。

表5 機(jī)采井硬件措施節(jié)能效果評價(jià)Tab.5 Evaluation of energy conservation effect of hardware measures for mechanical production wells

3）“四化”能耗管理體系的應(yīng)用實(shí)踐，將全面性、精準(zhǔn)性貫穿于每項(xiàng)工作的各個環(huán)節(jié)，有效降低了機(jī)采井的能耗指標(biāo)，機(jī)采井能耗情況統(tǒng)計(jì)見表6。

表6 機(jī)采井能耗情況統(tǒng)計(jì)Tab.6 Energy consumption statistics of mechanical production wells

3 結(jié)論

1）通過“四化”能耗管理體系的應(yīng)用實(shí)踐，研究了高效的能耗定位分析，建立了系統(tǒng)化的節(jié)能措施保障管理體系，實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、專業(yè)化、規(guī)范化管理，保證了油田節(jié)能工作的持續(xù)有效發(fā)展。

2）通過“四化”能耗管理體系的應(yīng)用實(shí)踐，讓監(jiān)管更加科學(xué)有效、保障更加具體到位，體現(xiàn)了節(jié)能管理的規(guī)范化。該“四化”管理體系是可復(fù)制、可推廣的機(jī)采井能耗管理方法。