長慶油田機采系統(tǒng)現(xiàn)狀分析及轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)展前景

摘 要：長慶油田“三低”的地質(zhì)特征決定了油井單井產(chǎn)量普遍偏低，目前主要采用游梁式抽油機舉升方式，油井生產(chǎn)特點和抽油機系統(tǒng)本身存在的缺陷導(dǎo)致機采系統(tǒng)效率低，功率因素低，難于實現(xiàn)油井的最佳的供排協(xié)調(diào)。通過開展抽油機轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速技術(shù)研究表明，該技術(shù)具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢，在長慶油田低滲透油井具有較好的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：長慶油田；機采效率；轉(zhuǎn)子變頻；節(jié)能減排

中圖分類號：TM92 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

一、長慶油田機采系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

1油井生產(chǎn)特點導(dǎo)致了機采系統(tǒng)效率偏低

產(chǎn)液量和動液面是影響長慶油田機采系統(tǒng)效率的兩個關(guān)鍵因素。受儲層條件本身的影響，長慶油田單井液量普遍偏低（4.53m3/d），供液能力較差（動液面1250m），這也引起泵效和機采系統(tǒng)效率總體偏低，分別為40.1%和19.9%，低于股份公司（泵效平均為42.2%，機采系統(tǒng)效率為22.9%）的平均水平。

同時，機采設(shè)備選型偏大或者抽汲方式不適合于低產(chǎn)井，也是導(dǎo)致系統(tǒng)效率偏低的因素。長慶油田在所調(diào)查的24941口油井的結(jié)果表明，抽油機主要以八型、十型、六型機為主，抽油機平均負(fù)載利用率62.1%，電機功率利用率24.0%。分析主要有兩方面原因：一是產(chǎn)建新區(qū)抽油機及電機選型充分考慮油井生命周期，結(jié)合開發(fā)后期生產(chǎn)，一般按最大生產(chǎn)參數(shù)設(shè)計，而實際上油井的產(chǎn)量一般低于預(yù)計值，參數(shù)的放大尚留有一定的余量；二是電機起動力矩和堵轉(zhuǎn)力矩要求至少是正常運行時的2.2-3倍，所配電機功率必須遠(yuǎn)大于實際運行時的負(fù)載功率，一般比實際運行消耗的有功功率大3-5倍，因此，普遍存在著所謂的“大馬拉小車”現(xiàn)象。

2原有技術(shù)很難實現(xiàn)最佳的供排協(xié)調(diào)

合理的工作制度目的就是實現(xiàn)供排協(xié)調(diào)，原有技術(shù)難以實現(xiàn)供排協(xié)調(diào)的主要原因：一是優(yōu)化設(shè)計本身是根據(jù)地質(zhì)部門的預(yù)測產(chǎn)量以及油田長期開發(fā)的需要，合理的選擇最佳的抽汲參數(shù)，而實際上地層供液在一定時間段內(nèi)是動態(tài)變化的過程，很難做到設(shè)計排量恰好等于實際產(chǎn)量；二是抽汲參數(shù)是不連續(xù)的，是一個由泵徑、沖程和沖次組成的有級組合，通常泵徑系列為Φ28mm、Φ32mm、Φ38mm、Φ44mm等；沖程一般為1.2m、1.8m、2.4m、3.0m；沖次為5次/min、3.5次/min、2.5次/min等，這樣的抽汲參數(shù)組合很難與地層供液量達(dá)到最佳匹配關(guān)系。

3抽油機系統(tǒng)本身存在的缺陷

（1）、抽油機的啟動為全壓起動，啟動時電流達(dá)到其額定電流的5-7倍，對電網(wǎng)和電機電流沖擊大，電網(wǎng)電壓波動大。

（2）、“倒發(fā)電”現(xiàn)象普遍且嚴(yán)重

“倒發(fā)電”是指電機在負(fù)載的作用下工作在同步轉(zhuǎn)速以上，電動機變成了發(fā)電機，倒發(fā)電產(chǎn)生的能量損耗為26.8%。

（3）工頻運行特性硬、沖擊損耗大。

電機工頻運行時呈現(xiàn)“硬特性”，在負(fù)載大小變化轉(zhuǎn)換時沖擊損耗大，同時，掩蓋了不平衡狀態(tài)，導(dǎo)致抽油機把能量浪費在“舉重”上。

（4）功率因數(shù)低，線路和電機無功損耗大。抽油機普遍存在“大馬拉小車”現(xiàn)象，負(fù)載變化大造成電機功率因數(shù)低（0.1～0.5，平均0.35），變壓器效率降低，配電線路損耗增大，線路和電機投資也自然增大。

二、“一拖多”轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速技術(shù)優(yōu)勢

1技術(shù)優(yōu)勢

通過抽油機“一拖多”轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速技術(shù)先導(dǎo)性試驗研究表明，該系統(tǒng)節(jié)電效果顯著，應(yīng)用于抽油機是可行的。與其他類型節(jié)電裝置相比該技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢：

（1）實現(xiàn)了對抽油機的無級調(diào)速控制功能，便于調(diào)節(jié)抽油機沖次，改變傳統(tǒng)通過更換皮帶輪調(diào)沖次的管理模式。

（2）該系統(tǒng)對抽油機的調(diào)速范圍（最大轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比）寬，一般可達(dá)5.0，可最大范圍滿足油井生產(chǎn)需要，可實現(xiàn)低產(chǎn)油井生產(chǎn)的供排協(xié)調(diào)。

（3）該系統(tǒng)節(jié)電率可進(jìn)一步提高，試驗井組目前平均有功節(jié)電率18.3%。研究得出抽油機電動機的輸入有功功率隨沖次的降低而基本線性降低，沖次越低，電動機有功輸入功率越小，有功節(jié)電率就越高。

（4）該系統(tǒng)具有較高的功率因數(shù)，一般在0.9以上。而原鼠籠式電機的功率因數(shù)一般在0.1～0.5以內(nèi)，平均0.4，明顯低于“一拖多”繞線式電機變頻調(diào)速裝置。

（5）該系統(tǒng)實現(xiàn)對電機的合理降容，在不改變電機特性的情況下，電機裝機容量下降8%，提高了電機功率利用率，提高了電機運行效率。

（6）該系統(tǒng)實現(xiàn)了轉(zhuǎn)差能量回饋和再生能量回饋，節(jié)電性能高，基本解決了抽油機運行過程中因“倒發(fā)電”造成的電能損失的問題。

三、轉(zhuǎn)子變頻技術(shù)前景展望

依據(jù)長慶油田發(fā)展規(guī)劃，長慶油田油氣當(dāng)量將達(dá)到5000萬噸，油井總數(shù)也將達(dá)到5萬口井左右。如果推廣抽油機“一拖多”轉(zhuǎn)子變頻技術(shù)將為企業(yè)創(chuàng)造更多的效益，具體表現(xiàn)在兩個方面：

1具有較好的經(jīng)濟效益

（1）按照單井日耗電量65.0KW.h（7型機）計算，全油田抽油機年耗電量約為12.0×108KW.h，年電費支出7.44億元。按照20%的節(jié)電能力計算，年節(jié)約電量2.40×108KW.h，節(jié)約電費支出1.49億元。

（2）抽油機一般標(biāo)配三個皮帶輪，更換皮帶輪費時費力、效率低。只有無級調(diào)速才能使抽油機實現(xiàn)和達(dá)到最佳供排協(xié)調(diào)。無級調(diào)速和遠(yuǎn)程調(diào)參減少了現(xiàn)場人員勞動強度和工作量，有效降低了人力成本和費用，提高了勞動效率。

（3）低沖次既滿足了油井供排協(xié)調(diào)的需要，又減少了管桿的偏磨，在延長設(shè)備使用壽命的同時，節(jié)約了維修作業(yè)成本。

2具有較好的社會效益

（1）實現(xiàn)智能調(diào)速將可以大大降低人工勞動強度，從而催生管理模式的轉(zhuǎn)變，減少用工，同時還可以把技術(shù)人員從現(xiàn)場解脫出來，專門從事技術(shù)政策的制定分析與技術(shù)研究。

（2）按每節(jié)約1度（千瓦時）電，就相應(yīng)節(jié)約了0.4千克標(biāo)準(zhǔn)煤，同時減少污染排放0.997千克二氧化碳的標(biāo)準(zhǔn)換算，年節(jié)約電量2.40×108KW·h相當(dāng)于年節(jié)約9.6萬噸標(biāo)煤，年減少CO2排放量23.9萬噸，符合國家節(jié)能減排工程總體要求。

總之，該技術(shù)在節(jié)約成本的同時又符合國家低碳環(huán)保的總體要求，有較強的經(jīng)濟效益和社會效益，具有較好的推廣應(yīng)用前景。

四、結(jié)論與認(rèn)識

1長慶油田三低的地質(zhì)特點決定了油井產(chǎn)量普遍較低，采用游梁式抽油機舉升時機采系統(tǒng)效率偏低，存在“大馬拉小車”現(xiàn)象，難以實現(xiàn)油井生產(chǎn)供排協(xié)調(diào)。

2通過先導(dǎo)性試驗表明，將“一拖多”轉(zhuǎn)子變頻技術(shù)應(yīng)用于抽油機是可行的，具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢。

3先導(dǎo)性試驗表明，抽油機“一拖多”轉(zhuǎn)子變頻技術(shù)具有較高的節(jié)電效率，具有較高的經(jīng)濟效益和社會效益，符合國家節(jié)能減排和低碳環(huán)保的要求，具有較好的現(xiàn)場應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

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