優化節能措施 降低機采井耗電

張偉利（大慶油田有限責任公司第十采油廠）

優化節能措施 降低機采井耗電

張偉利（大慶油田有限責任公司第十采油廠）

隨著油田開發時間的延長，低效井逐年增多，該區塊電能高消耗現象嚴重。通過對影響機采井耗電和系統效率的地面系統和井下系統進行分析研究，找出影響系統效率的因素；根據產液量穩定的基本原則，制定節能設計方案，采取可行的措施，提高抽油機系統效率，從而達到節能降耗的目的。對新產能井地面拖動裝置進行優化，同時對老井采用新型節能電動機及抽油機減速裝置，對檢泵井井下系統進行優化，取得了一定的節能效果。

機采井 優化 效果

抽油機舉升是人工舉升的主要方式，采取有效的節能措施，提高其系統效率，可使投入產出比增加，在提高能效的同時獲得更高的經濟效益。抽油機系統效率受多方面因素的影響，做節能優化設計首先要對各種影響因素進行研究，找出對系統效率影響最大的因素。根據產液量不降的基本原則，制定節能設計方案，采取可行性的措施，提高抽油機的系統效率，從而達到降低機采井耗電的目的。

1 影響系統效率及耗電因素

1.1 地面系統影響

1.1.1 沖速對系統效率及耗電的影響

抽油機工作時，電動機的負荷變化較大，并且電動機的平均輸出功率不但與電流有關，更重要的是與電動機的負荷變化周期有一定關系。沖次與電動機負荷周期變化是相對應的；能量在減速箱中的傳遞通過齒輪完成，一般情況下，1對齒輪傳動功率損失約為2%，抽油機減速箱3對齒輪傳動損失共為6%。抽油機的沖速每增加一次，能量經過3對齒輪傳遞后，減速箱的機械效率會降低1.5%～2.0%；抽油機的四連桿機構的能量損失主要包括軸承損失，鋼絲繩的變形損失。通常情況下，抽油機的四連桿機構裝置能量損失為7.5%～12.5%，若增加1個沖速，能量在該處的損失會增加3.0%左右；光桿運動速度增大，功率損失也隨之增大，系統效率降低。總之，在確保產量的前提下盡可能地降低沖速，適當增大沖程能有效提高系統效率。

1.1.2 不平衡度及負扭矩對系統效率的影響

由扭矩曲線可直接得到上下沖程中的高峰扭矩值和負扭矩值與曲柄轉角的范圍。抽油機不平衡狀態對系統效率影響分析，通常是以上下沖程高峰扭矩峰值相等為標準來判斷抽油機的工作狀況，在實際生產中，不可能經常保證上下沖程扭矩峰值完全相等，只要Mdmax/Mumax≥0.85，抽油機就能保持良好的平衡狀況，扭矩曲線可以求得減速箱的平均輸出功率，由于根據懸點載荷計算扭矩時，忽略了從懸點到曲柄的傳動效率，所以，根據扭矩曲線求得的功率也就是光桿功率。將該功率除以抽油機效率可得電動機輸出平均功率，通過實際計算可以得出抽油機在不平衡狀態下工作電動機輸出功率會增大，系統效率降低。

1.1.3 電動機機械特性不同直接影響系統效率

電動機的損耗可分為兩大類：一是可變損耗，二是不變損耗。不同類型電動機由于內部結構及原理不同損耗不同，直接影響機采井耗電和系統效率。電動機的效率及功率因數都在額定功率附近時達到最大值，因此選用電動機時應使電動機的容量與負載相匹配。

1.2 井下系統影響

抽油桿柱與液體間的黏滯摩擦功與下泵深度、原油黏度、抽油桿運動速度的平方成正比。隨著下泵深度的增加，摩擦損失功率增大，導致系統效率的下降；原油黏度的變化主要體現在摩擦載荷和沿程壓力損失上，隨著原油黏度的增加，液體摩擦力增加，懸點的最大載荷增加而最小載荷減小，載荷變化幅度和示功圖面積都增大，功率消耗增加，從而導致系統效率降低[1]。

2 優化節能措施，降低耗電

通過以上分析，可得知對抽油機系統效率影響的因素。對于抽油機井節能優化設計來說，必須先對抽油機井的生產狀況及時分析，找出影響系統效率的因素，在不影響產量的前提下，根據現場實際情況，調整參數，優化軟件得出合理的優化方案。

2.1 根據優化結果采用新型過渡輪裝置下調沖速

過渡輪裝置工作原理：在電動機輪和抽油機皮帶輪中間安裝一個減速裝置，減速裝置有兩個同軸同步減速輪，電動機輪直接帶動大輪達到降低轉速的目的，減速器小輪帶動抽油機皮帶輪，相當于下調電動機輸出轉速，達到降低沖速的目的。該裝置分兩種型號，分別是400/200和300/180，可以把原井4 r/min和3 r/min的沖次下調到2 r/min，采用滑軌固定在抽油機底座，4 700 mm和2 300 mm雙皮帶傳動，可定期注潤滑劑進行保養。

過渡輪裝置選擇產液量在0.5 t以下、小層連通性相對較差、系統效率偏低的特低效井進行安裝，取得了較好的節能效果，安裝前后對比，綜合節電率達到9.4%，平均單井日節電12.0 kWh，平均系統效率提高1.40個百分點。

2.2 優選新型節能電動機，提高系統效率

2.2.1 老井采用YCHD高轉差率雙速節能電動機

隨著油田開發時間的延長，低效井逐年增加，老井產液量下降；作業過程中泵掛上提，電動機負荷降低。電動機的效率及功率因數都在額定功率附近時達到最大值，因此，選用適當電動機使電動機的容量與負載相匹配是非常重要的。YCHD225—12/8型高轉差率雙速節能電動機采用兩種輸出轉速,分別為462/698（r/min），對應額定功率分別為7.5/15（kW），更換配套電動機輪可按要求調整沖速。因此，可以根據單井實際變化情況隨時調整適當的額定功率和沖速，在控制箱內直接轉換轉速開關檔位，改變轉速時，必須停機后才能改變轉換開關“S”檔位，避免電流突變造成電動機損傷。另外，電動機具有7%的轉差率和2.75倍的堵轉力矩，有利于抽油機在啟動和井下遇阻時減少減速箱和抽油桿所受的沖擊載荷，有利于降低抽油機故障率。

在老井選取電動機消耗功率小于7.5 kW的低效井進行安裝，到目前共更換安裝YCHD高轉差率雙速節能電動機20臺套。更換前后對比，平均單井實耗功率由5.40 kW下降到4.80 kW，綜合節電率達到11.1%，平均單井日節電14.4 kWh，平均系統效率9.2%，提高2.3個百分點。

2.2.2 優化產能井地面拖動裝置

針對新產能井低效高耗這一問題采用新型節能拖動裝置，起到了突出的節能效果。南區塊投產新井27口，采用TNM系列稀土永磁電動機一體化裝置。該裝置采用電流無功補償技術，無功電流在電動機處交換，能有效提高電動機功率利用率，與普通Y系列異步電動機比較有較高的節電率。統計27口新井，單井平均實耗功率4.40 kW，和老井平均實耗功率5.50 kW對比，平均單井日節電26.4 kWh，節電率20.0%，平均系統效率10.1%，提高3.1個百分點。

北區塊投產新井115口，采用LP/CJT一體化節能拖動裝置，該裝置是由JFD系列控制箱與CJT系列電動機組成，具有兩種功率輸出形式，通過高低速轉換開關來實現輸出功率形式交換，高檔轉速700 r/min，對應沖速是4次，輸出功率為17 kW；低檔轉速450 r/min，對應沖速是3次，輸出功率為12 kW；該裝置裝有補償電容，可有效降低電動機本身銅損、鐵損，達到節能和提高系統效率的目的。統計115口新井，單井平均實耗功率5.0 kW，和老井平均實耗功率5.5 kW對比，平均單井日節電12.0 kWh，節電率9.1%，平均系統效率8.6%，提高1.6個百分點。

2.3 優化井下系統，降低油井負荷

2.3.1 上提泵掛深度

影響油井負荷的井下因素主要包括泵掛深度和井筒阻力。下泵深度越深，桿柱及液柱重量增大，功率消耗增加，抽油桿柱與液體間的黏滯摩擦功與下泵深度、原油黏度成正比，原油黏度的變化主要體現在摩擦載荷和沿程壓力損失上，應用摩擦載荷計算和壓力分布計算分析研究，隨著原油黏度的增加，液體摩擦力增加，懸點的最大載荷增加而最小載荷減小。某地區井底流壓均低于飽和壓力，當壓力降低到一定界限，井底附近油層原油脫氣嚴重，黏度升高。通過對油井最低允許流動壓力公式得出上提泵掛靠近合理流壓，降低原油黏度，從而降低桿柱及液柱重量，減少摩擦阻力，降低油井負荷。老井根據實際情況泵掛上提頂界20～50 m，目前老井已完成泵掛上提工作，平均理論載荷下降1.4 kN，平均最大載荷下降2.2 kN，收到明顯效果。

2.3.2 高黏度井采用強磁防蠟技術

工作原理：原油是抗磁物質，當以一定的流速通過特殊磁路設計的強磁場時，分子產生透導磁矩，此磁矩與外磁場相反，因而使原油進入磁場時克服磁場力。由于原油中各種組成的分子質量和磁矩不同，進動角速度也不同，磁場強度越高，進動角速度越高，使不同分子間距離拉大，作用力減小，有利于降黏。同種蠟分子的進動角速度相近，在磁場力的作用下，沿磁場方向排成分子串，相鄰分子串由于排列方向相同，極性相同，互相排斥，當各分子串分別結晶后，由于分子中的束縛電荷被“中和”，靜電引力大大削弱，分子串間就不易再結合成大網絡狀晶體大蠟晶，不再吸附到油管壁上形成蠟層，從而達到防蠟的效果。強磁防蠟降黏器有效期10年，單價1.9×104元，資金投入遠遠低于日常加藥維護費用。

3 優化節能措施效果

1）過渡輪平均單井年節電3 066 kWh。

2）高轉差率雙速節能電動機平均單井年節電3 679.2 kWh。

3）稀土永磁電動機一體化裝置平均單井年節電6 745.2 kWh。

4）利普一體化節能拖動裝置平均單井年節電3 066 kWh。

4 結論與認識

1）通過優化地面系統和井下系統可有效提高油井系統效率，達到降低耗電的目的。

2）高黏度、大負荷運轉的井點可采取特殊防蠟降黏的井下工具，達到降低負荷的目的。

[1]徐國民,孫慧峰.抽油機井節能設備優化配置研究[J].節能技術,2001，19（106）：4-9.

10.3969/j.issn.2095-1493.2011.09.020

張偉利，畢業于大慶石油學院，助理工程師，從事安全管理工作，E-amil：dull_1@petrochina.com.cn，地址：大慶油田第十采油廠第五油礦，166405。

2011-10-08)