智能提撈式抽油機節(jié)能降耗技術評價探討

史士峰（中國石油天然氣集團公司節(jié)能技術監(jiān)測評價中心）

目前，油田主要的人工舉升方式為游梁式抽油機、電泵和螺桿泵，不同的開采方式對應不同的地層供液能力；當?shù)貙庸┮耗芰Ψ浅５?，不能滿足正常開采需要進行間抽或者提撈開采，間抽與提撈開采管理難度較大，人工作業(yè)成本較高。智能提撈式抽油機根據(jù)地層特點自動設定間抽時間，該設備與傳統(tǒng)間抽、提撈相比，降低了管理難度和維修作業(yè)成本。截至目前，對智能提撈式抽油機的能耗量的測量與評價沒有統(tǒng)一的方法，通過分析能耗、生產(chǎn)維護作業(yè)費用等因素，探索智能提撈式抽油機節(jié)能降耗技術評價方法。

1 智能提撈式抽油機工作原理

智能提撈式抽油機的工作原理是自動控制抽吸膠筒上下運行，膠筒帶著柔性抽油桿向下運動。當膠筒到達井下液面時，地面控制系統(tǒng)根據(jù)壓力傳感器感應到井下壓力情況，當井下壓力達到設定值（一般最佳抽吸沉沒度點）時，下沖程停止；上沖程時，膠筒與抽吸液體一起往上運行，把液體排向井口。

與普通抽油機相比，智能提撈式抽油機具有以下特點：

◇由于工作制度的原因，井底流壓反復變化產(chǎn)生脈沖，能夠降低油層堵塞，提高液體的流動性；

◇合理控制提撈時間，避免無用功，提高抽吸效率；

◇ 操作方便，維護量少。

2 智能提撈式抽油機項目節(jié)能量的計算方法

2.1 節(jié)能量計算

根據(jù)設備運行特點，就其節(jié)能量(Es)與基期能耗(Eb)和報告期能耗(Er)、基期校準能耗(Ea)的關系均可用圖1[1]表示。

圖1 節(jié)能量與基期能耗和報告期能耗、基期校準能耗的關系示意圖

◇基期：用以比較和確定項目各項節(jié)能降耗效果、生產(chǎn)運行維護成本降低等，項目實施前的一個時間段，通常為覆蓋相關典型工況的完整周期；

◇基期參數(shù)：基期內(nèi)項目實施能直接影響到的生產(chǎn)、運行、維護等參數(shù)；

◇參數(shù)校準：項目報告期內(nèi)根據(jù)基期運行工況及項目報告期條件推算得到，項目范圍內(nèi)不采用該項目措施下的能耗、物耗和人力等投入?yún)?shù)數(shù)值。

◇報告期：項目實施后的一個時間段，用以比較和確定項目各項節(jié)能降耗、降低生產(chǎn)運行維護成本等的效果，通常為一個項目措施運行后覆蓋相關典型工況的完整周期。

報告期的節(jié)能量(Es)由式（1）計算：

式中：

Es——節(jié)能量，kWh；Er——報告期能耗，kWh；

Ea——基期校準能耗，kWh。

2.2 基期與報告期能耗數(shù)據(jù)獲取

基期和報告期均需要獲取對比時間、產(chǎn)液量、含水率、耗電量等參數(shù)。

如果不是測試整個對比周期，而是在限定時間范圍內(nèi)測量抽油機的產(chǎn)液量、能耗量，屬于時間段上的點效率參數(shù)，與項目整個對比周期下的累計測量效率參數(shù)值有可能存在一定差異。

通?？梢詥尉畤嵰汉哪軄肀硎驹摼a(chǎn)液量與能耗間的關系，即

式中：

Pc,i——油井i 的測量噸液耗能，kWh/t；

Ec,i——油井i 的測量期能耗，kWh；

Qc,i——油井i 的測量期液量，t。

根據(jù)不同需求，可通過選用下述兩種測量方式的一種，獲取基期與報告期的相關數(shù)據(jù)。

1）通過點測量來遞推全周期參數(shù)值。測量一個具有代表性時間段內(nèi)油井的產(chǎn)液量、能耗量等參數(shù)，進而得出單位液量能耗（噸液耗能），再按照實際計量（或統(tǒng)計、推算）得到的基期（或報告期）產(chǎn)液量進行遞推相應的能耗。

基期能耗可由公式（3）求得：

式中：

Eb,i——油井i 基期能耗，kWh；

Ebc,i——油井i 基期內(nèi)的測量能耗，kWh；

Qbc,i——油井i 基期內(nèi)的測量液量，t；

Qb,i——油井i 基期液量，t；

Pbc,i——油井i 基期內(nèi)的測量噸液耗能，kWh/t。

報告期能耗可由公式（4）求得：

式中：

Er,i——油井i 報告期能耗，kWh；

Erc,i——油井i 報告期內(nèi)的測量能耗，kWh；

Qrc,i——油井i 報告期內(nèi)的測量液量，t；

Qr,i——油井i 報告期液量，t；

Prc,i——油井i 報告期內(nèi)的測量噸液耗能，kWh/t。

2）全周期時間期限的參數(shù)測量計量。通過相關計量表計獲取在整個周期內(nèi)產(chǎn)液量(Qb,i、Qr,i)和能耗量(Eb,i、Er,i) 等參數(shù)，這種方法通常能比較準確地反映項目的實際情況。

3）其他參數(shù)收集。石油企業(yè)的油井生產(chǎn)井史資料是記錄油井生產(chǎn)狀況及其歷史數(shù)據(jù)的依據(jù)。相關產(chǎn)液量、含水率、能耗、物耗和其他生產(chǎn)、作業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)應從工程技術和地質(zhì)部門獲取，要注意對基期、報告期、測試時間的對應關系，并標明獲取資料的名稱、路徑、時間等事宜。

2.3 基期校準能耗

報告期與基期相比，由于項目的存在使得包括用能量、運行時間、生產(chǎn)作業(yè)維護等生產(chǎn)參數(shù)發(fā)生變化，其中對耗能量最具影響的為油井產(chǎn)液量和運行時間。在不涉及評價油井供液能量變化的前提下，需要以這些影響因素對基期能耗進行修正，得出基期校準能耗Ea，即

式中：

Ea——基期校準能耗，kWh；

Eb——基期能耗，kWh；

Qb——基期產(chǎn)液量，t；

Qr——報告期產(chǎn)液量，t。

2.4 項目節(jié)能量

當項目范圍內(nèi)各單井測量數(shù)據(jù)齊全，可以直接采用公式（1）計算出節(jié)能量。

3 生產(chǎn)作業(yè)維護及其費用的節(jié)約計算

由于不同油田管理方式的不同，有可能導致相關數(shù)據(jù)收集、計算和比較分析的不一致；因此，本文給出相關數(shù)據(jù)收集、計算和比較分析的一般性原則。

3.1 生產(chǎn)維護作業(yè)主要評價因素

生產(chǎn)維護作業(yè)評價因素主要包括檢泵維修、清防蠟、設備保養(yǎng)維護的周期及其費用。

3.1.1 檢泵維修周期及其費用

1）檢泵維修指抽油井在工作過程中，一般把調(diào)整生產(chǎn)參數(shù)（如改變泵徑、沖程、沖速、加深或上提泵掛等）或消除故障（油井受到砂、蠟、氣、水、偏磨及各種腐蝕介質(zhì)的影響，使抽油泵失效，抽油桿柱斷脫、砂卡、蠟卡，油管柱偏磨、腐蝕穿孔、斷脫落井、螺紋漏失等，造成油井停產(chǎn)）而進行的作業(yè)稱為檢泵維修作業(yè)。

2）兩次檢泵之間的時間間隔稱為檢泵周期。由于每口井的生產(chǎn)運行情況不一樣，所以每口井的檢泵作業(yè)周期也不一樣，但是每口井的井史記錄資料上均有檢泵作業(yè)記錄，一般可以通過采油隊資料室查找檢泵周期。

3）各油田企業(yè)對下屬單位的作業(yè)施工均有價格規(guī)定，可以通過查找相關文件確定施工價格；各油田企業(yè)管理情況不一樣，收費標準也可能有不同的規(guī)定，需要結合相關規(guī)定、井史及有關人員，盡可能獲取最準確的費用。

3.1.2 清蠟

油井結蠟現(xiàn)象是采油工程中常常遇到的問題，嚴重時會降低產(chǎn)量，甚至堵死油管或環(huán)空，造成停產(chǎn)。目前常用的方法是機械清蠟或熱洗清蠟。

由于油井情況比較復雜，每口油井采用不同熱洗方式，具體情況可通過井史確定油井熱洗方式，以及清蠟周期、清蠟時所用的藥品及藥品費用等。

3.1.3 其他

抽油機正常生產(chǎn)時，可根據(jù)抽油機生產(chǎn)運行維護記錄、財務報表、價格定額管理文件等查找其他維護工作量及費用，如更換盤根、皮帶等。

3.2 基期與報告期能耗數(shù)據(jù)獲取

基期和報告期均需要獲取的主要參數(shù)為檢泵維護工作量、周期及費用、熱洗周期及費用和其他運行維護費用等。

運行維護費用W 為各項費用之和，即

式中：

W ——運行維護費用，元；

WJ——檢泵維修作業(yè)費用，元；

WX——清蠟熱洗費用，元；

WY——其他運行維護費用，元。

該部分不需要現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)，但是需要現(xiàn)場查詢井史資料或者現(xiàn)場記錄作業(yè)過程和財務報表。由于每口井的熱洗周期、檢泵周期不一樣，可以確定在基期與報告期T 內(nèi)，單井噸液運行維護費用（油井噸液綜合費用D）來表示該井產(chǎn)液量與運行維護費用間的關系，即

式中：

D——油井噸液綜合費用，元/t；

TJ——油井檢泵周期，d；

TX——油井熱洗周期，d；

TY——油井其他維護周期，d；

Q——產(chǎn)液量，t；

T ——基期與報告期時長，d。

3.3 基期校準維護費用

報告期與基期相比，由于運行時間、生產(chǎn)作業(yè)維護等生產(chǎn)參數(shù)發(fā)生變化，需要以這些影響因素對基期生產(chǎn)維護費用進行修正，得出基期校準費用Wa，即

式中：

Wa——基期校準維護費用，元；

Wb——基期維護費用，元；

Qb——基期產(chǎn)液量，t；

Qr——報告期產(chǎn)液量，t。

3.4 節(jié)約費用的計算

生產(chǎn)維護費用節(jié)約額可按公式（9）計算：

式中：

Ws——維護費用節(jié)約額，元；

Wa——校準維護費用，元；

Wr——報告期維護費用，元；

4 項目節(jié)能降耗總效益

項目的節(jié)能降耗總效益等于各分項效益之和，即項目的節(jié)能價值量與不含節(jié)能價值量的其他生產(chǎn)運行維護費用節(jié)約額，可按公式（10）計算：

式中：

Wes——節(jié)能降耗總效益，元；

We——節(jié)能價值量，元；

Ws——生產(chǎn)運行維護費用節(jié)約額（不含節(jié)能價值量），元。

4.1 效益測算中的價格取用原則

1）節(jié)能降耗測算的相應物料價格原則盡量以實際情況為準。

◇如果有財務結算賬單的，以賬單結算為準，如實際發(fā)生的藥品費用等；

◇如果沒有財務結算的，以相關規(guī)定文件為準，如石油造價管理部門下發(fā)的相關文件，其中對作業(yè)費用的規(guī)定等。

2）在評價期內(nèi)如果價格有波動，宜采用加權平均價格。

3）項目評價中涉及的價格應在報告中給出數(shù)值及出處。

例如，以電能價格為例，可選擇采用下述方法：

◇用戶本年度可得的已發(fā)生電量的加權平均用電價格；

◇用戶上年度消耗電量的全年加權平均用電價格；

◇用戶財務部門規(guī)定的用電價格及其計算取用原則；

◇用戶當?shù)卣飪r部門規(guī)定的用電價格及其計算取用原則。

4.2 項目的節(jié)能價值量計算

1）節(jié)能價值量與節(jié)能量的關系可用公式（11）表示：

式中：

We——節(jié)能價值量，元；

Pw——能源單價，元；

Es——節(jié)能量，kWh。

2）因本類型項目直接節(jié)能效果指采用節(jié)電一項，為簡化項目的節(jié)能價值量可按公式（12）計算：

式中：

We,n——項目的節(jié)能價值量，元；

Pw——電能單價，元/kWh；

Es,n——項目的節(jié)能量，kWh。

4.3 項目的節(jié)能降耗總效益計算

項目的節(jié)能降耗總效益可按公式（13）計算：

式中：

Wes,n——項目的節(jié)能降耗總效益，元；

We,n——項目的節(jié)能價值量，元；

Ws,n——項目的生產(chǎn)運行維護費用節(jié)約額（不含節(jié)能價值量），元。

當n=1 時，即為單井項目的節(jié)能降耗總效益。

4.4 項目靜態(tài)投資回收期計算

普通游梁式抽油機轉(zhuǎn)智能提撈式抽油機時的靜態(tài)投資回收期由公式（14）求得:

式中：

PP ——靜態(tài)回收期，a；

B——智能提撈式抽油機投產(chǎn)成本，元；

H ——游梁式抽油機凈值，即

式中：

F ——游梁式抽油機投產(chǎn)成本，元；

a——殘值折算（由油田財務資產(chǎn)部確定），元；

b——折舊年限（由油田財務資產(chǎn)部確定），元；

y——游梁式抽油機使用年限，a。

5 結論

1）應用智能提撈式抽油機可減少油層堵塞，提高液體的流動性，提高泵的充滿系數(shù)，且操作方便，維護量少。

2）通過對比分析智能提撈式抽油機與游梁式抽油機舉升液體的能耗量，根據(jù)主要生產(chǎn)參數(shù)(產(chǎn)液量、能耗量)，計算其噸液單耗數(shù)據(jù)，在一定時間內(nèi)定量給出其能耗節(jié)能量。

3）通過對工作制度的對比分析，計算其噸液運行成本，在一定時間內(nèi)定量給出其生產(chǎn)運行成本節(jié)約量。

4）根據(jù)上述方法，計算其在一定時間內(nèi)節(jié)能量、運行成本節(jié)約量，并進一步分析經(jīng)濟效益，計算投資回收期。

該技術方法給出智能提撈式抽油機節(jié)能量的審定，還可以定型定量分析智能提撈式抽油機應用的合理性，為油田抽油機型的選擇提供參考依據(jù)，有利于現(xiàn)場實際生產(chǎn)應用。

[1]中國標準化研究院.GB/T 28750-2012 節(jié)能量測量與驗證技術通則[S].北京:中國標準出版社,2012.