薩北油田節(jié)能抽油機(jī)應(yīng)用效果評價(jià)

羅銳妮（大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠）

?

薩北油田節(jié)能抽油機(jī)應(yīng)用效果評價(jià)

羅銳妮（大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠）

傳統(tǒng)游梁式抽油機(jī)本身結(jié)構(gòu)特征，決定了它平衡效果差，曲柄凈扭矩脈動(dòng)大，存在負(fù)扭矩、載荷率低、工作效率低和能耗大等缺點(diǎn)。為適應(yīng)油田節(jié)能降耗的需要，新型節(jié)能舉升技術(shù)也不斷涌現(xiàn)，每種舉升設(shè)備和工藝各有其優(yōu)點(diǎn)，節(jié)能原理也不盡相同。通過對比節(jié)能型抽油機(jī)結(jié)構(gòu)原理、技術(shù)特點(diǎn)、節(jié)能效果和適用范圍進(jìn)行了分析及綜合評價(jià)，現(xiàn)場應(yīng)用取得了良好的節(jié)能效果，節(jié)電率達(dá)到10%以上，最高達(dá)到80%。因此，現(xiàn)場應(yīng)用應(yīng)結(jié)合抽油機(jī)井的不同生產(chǎn)狀況、能耗水平和機(jī)采舉升設(shè)備實(shí)際情況，實(shí)施單井個(gè)性化節(jié)能設(shè)計(jì)方案，優(yōu)選合理的抽油機(jī)井節(jié)能舉升設(shè)備，才能達(dá)到降低成本、提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。

抽油機(jī)節(jié)能適用性評價(jià)

常規(guī)游梁式抽油機(jī)是油田生產(chǎn)中的主要舉升設(shè)備，占機(jī)采井總數(shù)的近70%。隨著油田開發(fā)深入，機(jī)采井?dāng)?shù)的增加，舉升設(shè)施老化日益嚴(yán)重，造成設(shè)備效率下降的問題日益突出，致使能耗不斷增加。機(jī)采井?dāng)?shù)的增多帶來的能耗增大趨勢更加明顯，控制系統(tǒng)能耗上升的難度日益加大。統(tǒng)計(jì)表明，機(jī)采系統(tǒng)耗電約占油田生產(chǎn)耗電的40%以上，是油田的主要耗電系統(tǒng)之一。鑒于此，在薩北油田上試驗(yàn)應(yīng)用了幾種節(jié)能型抽油機(jī)，經(jīng)現(xiàn)場應(yīng)用后表明，節(jié)電效果顯著，實(shí)現(xiàn)了降本增效的目標(biāo)。

1　下偏杠鈴抽油機(jī)

1.1結(jié)構(gòu)原理

常規(guī)游梁式抽油機(jī)下偏杠鈴節(jié)能改造，是在游梁式抽油機(jī)的游梁尾部增加一個(gè)下偏杠鈴，杠鈴中心在游梁支撐中心以下，充分利用連桿、橫梁、支架和減速箱間的空間；下偏杠鈴與游梁采用鋼性聯(lián)接，其余部件不變，平衡塊數(shù)量及位置根據(jù)油井工況適當(dāng)調(diào)整。

1.2技術(shù)特點(diǎn)

在游梁式抽油機(jī)運(yùn)行中，下偏杠鈴裝置重心運(yùn)行軌跡是一段圓弧，當(dāng)驢頭由下死點(diǎn)開始上行時(shí)力臂最長，驢頭由上死點(diǎn)開始下行時(shí)力臂最短，從而實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)驢頭懸點(diǎn)載荷最大時(shí)，游梁平衡重的力臂最長，懸點(diǎn)載荷最小時(shí)，游梁平衡重的力臂最短，充分利用平衡重的勢能，達(dá)到調(diào)徑變矩的目的，使游梁式抽油機(jī)具有良好的平衡［1］。

1.3節(jié)能效果

經(jīng)下偏杠鈴改造抽油機(jī)井測試資料對比表明，與改造前常規(guī)抽油機(jī)相比，平均綜合節(jié)電率為11.8%，平均單井提高系統(tǒng)效率為5.96%（表1）。

2　復(fù)式永磁電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)

復(fù)式永磁電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)采用了復(fù)式永磁電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力，在整體結(jié)構(gòu)上取消了普通游梁式抽油機(jī)的所有機(jī)械傳動(dòng)部分，采用電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的方式；并在智能變頻控制器的控制下實(shí)現(xiàn)抽油桿的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，是一種結(jié)構(gòu)簡單、能耗較低的新型油田抽油設(shè)備（圖1）。

圖1　復(fù)式永磁電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)

表1　下偏杠鈴復(fù)合平衡抽油機(jī)與常規(guī)抽油機(jī)節(jié)能效果對比

表2　復(fù)式永磁電動(dòng)機(jī)安裝前后節(jié)能效果對比

2.1結(jié)構(gòu)原理

復(fù)式永磁電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)主要由復(fù)式永磁電動(dòng)機(jī)、機(jī)架和變頻控制裝置三部分組成，結(jié)構(gòu)如圖1所示。該抽油機(jī)取消了傳統(tǒng)游梁式抽油機(jī)的所有機(jī)械傳動(dòng)裝置，設(shè)計(jì)為單管塔式結(jié)構(gòu)，并把復(fù)式永磁電動(dòng)機(jī)安裝在塔頂?shù)钠脚_上，由智能化變頻柜直接拖動(dòng)抽油桿上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

該抽油機(jī)的核心部件是復(fù)式永磁電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)兩端的皮帶輪通過皮帶連接抽油桿和配重箱。當(dāng)電動(dòng)機(jī)受智能化變頻柜控制做往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，抽油桿和配重箱則會(huì)做方向相反的上下往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，即完成了抽油桿的抽油動(dòng)作。

2.2技術(shù)特點(diǎn)

復(fù)式永磁電動(dòng)機(jī)是抽油機(jī)的核心部分，它的整個(gè)結(jié)構(gòu)形式與現(xiàn)有的各種永磁電動(dòng)機(jī)完全不同，它在普通電動(dòng)機(jī)一個(gè)電樞的基礎(chǔ)上，又加上兩個(gè)盤式電樞，構(gòu)成了三維合力的特種永磁同步電動(dòng)機(jī)。該電動(dòng)機(jī)結(jié)合變極變頻、永磁新材料、盤面電動(dòng)機(jī)、外轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)等方面的優(yōu)勢，對電動(dòng)機(jī)的鐵心結(jié)構(gòu)、繞組形式、材料應(yīng)用、加工工藝以及控制系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)和創(chuàng)新，更符合電動(dòng)機(jī)電能量變換的要求，充分利用了電動(dòng)機(jī)的三維空間；與現(xiàn)在的各種低速大力矩盤式永磁電動(dòng)機(jī)相比，在同樣體積下，力矩可顯著提高。

復(fù)式永磁電動(dòng)機(jī)具有自動(dòng)判斷負(fù)載的大小、匹配電動(dòng)機(jī)的額定功率的功能，滿足負(fù)載變化的要求。該電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制柜具有故障保護(hù)功能，在電動(dòng)機(jī)超載或異常失速時(shí)，電抱閘自動(dòng)抱剎，配重鐵和抽油光桿保持在運(yùn)動(dòng)當(dāng)前位置，充分保證了抽油機(jī)的安全運(yùn)行。在復(fù)式永磁電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制柜中配備了智能板卡，可以實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)的自動(dòng)管理和遠(yuǎn)程操作。與傳統(tǒng)抽油機(jī)相比，該電動(dòng)機(jī)具有節(jié)電效果明顯、維護(hù)費(fèi)用低、適配變壓器容量低的優(yōu)勢。

2.3節(jié)能效果

經(jīng)現(xiàn)場試驗(yàn)應(yīng)用后表明，該抽油機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，節(jié)能效果明顯，有功節(jié)電率達(dá)3.38%，綜合節(jié)電率為22.32%，系統(tǒng)效率提高18.57個(gè)百分點(diǎn)（表2）。

3　直線電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)

3.1結(jié)構(gòu)原理

電動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)，滾筒通過摩擦力驅(qū)動(dòng)皮帶往復(fù)運(yùn)動(dòng)，皮帶通過懸繩器帶動(dòng)光桿作上下運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)抽油（圖2）。

圖2　直線電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)

直線電動(dòng)機(jī)是由旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)演變而來，從切片處沿徑向展開，切開展成平面的次級通入三相交流電后在其表面產(chǎn)生形波磁場，初級線圈通過切割磁力線后產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢做直線運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)子和定子相應(yīng)地成為動(dòng)子初級與定子次級。

由于永磁同步電動(dòng)機(jī)的推力較相同功率異步電動(dòng)機(jī)的推力要高15%～20%，因此，選擇了大推力永磁同步直線電動(dòng)機(jī)作為活塞式抽油泵的舉升設(shè)備。

3.2技術(shù)特點(diǎn)

直流狀態(tài)制動(dòng)由專用變頻器輸出直流電來實(shí)現(xiàn)運(yùn)行中的抽油機(jī)在任意位置上的停機(jī)制動(dòng)；發(fā)電狀態(tài)制動(dòng)就是保護(hù)制動(dòng)，當(dāng)在運(yùn)行中一旦出現(xiàn)非正常狀態(tài)時(shí)，直流制動(dòng)與故障保護(hù)系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)使抽油機(jī)停止運(yùn)行，待停機(jī)后直流電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電機(jī)制動(dòng)狀態(tài)。

直線電動(dòng)機(jī)的初級為動(dòng)子裝在平衡重小車內(nèi)是平衡重的一部分，沿定子作上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在平衡重小車兩側(cè)裝有8個(gè)導(dǎo)向滾輪，沿機(jī)架兩側(cè)的導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)。

3.3節(jié)能效果

由表3可知，機(jī)采井平均節(jié)電率為16.17%，系統(tǒng)效率提高7.51%。

表3　直線電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)應(yīng)用前后數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

表4　四種節(jié)能抽油機(jī)評價(jià)

4　提撈式抽油機(jī)

對于低產(chǎn)液井而言，游梁式抽油機(jī)存在能耗大、故障點(diǎn)多、安全隱患大，且發(fā)生泵故障后檢泵費(fèi)用高等問題。同時(shí)，在桿管偏磨、清防蠟等方面也存在不易解決的問題。因此，現(xiàn)場應(yīng)用了提撈式抽油機(jī)（圖3），以此來解決低產(chǎn)井能耗及管理問題。

圖3　提撈式抽油機(jī)

4.1結(jié)構(gòu)原理

提撈式抽油機(jī)井采油是一項(xiàng)新的舉升工藝技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)將油管作為泵筒，采用軟性連續(xù)抽油桿進(jìn)行間歇式提撈采油，在管柱內(nèi)鋼絲的下部安裝抽子并配重，通過電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)提撈采油。

4.2技術(shù)特點(diǎn)

該技術(shù)不僅節(jié)能，而且適合小排量井，無需采取防砂、防蠟、防偏磨等措施。提撈式抽油機(jī)舉升工藝無需檢泵，若提撈抽子出現(xiàn)問題，礦里可以自行更換；采用間歇式采油，無需人工開啟運(yùn)行，自動(dòng)停啟機(jī)，管理方便；免人工量油、監(jiān)測液面、電量單井計(jì)量；由于沒有抽油泵，采用柔性連續(xù)抽油桿，因而無需采用防蠟、防偏磨等配套措施，大大降低了生產(chǎn)維護(hù)成本和作業(yè)工作量；抽子提液的過程同時(shí)也是一次清蠟過程，延長熱洗周期。

中堂畫的邊上還有大相框，和對聯(lián)緊挨著，相框里有不同時(shí)期的全家福，也有老年人的單人照，新人的結(jié)婚照，嬰兒的百日照。黑白泛黃的，彩色的，都在里面，相似的五官，相似的神情，只有服裝的樣式是不一樣的，發(fā)型也不一樣。

4.3節(jié)能效果

用于10口井，運(yùn)行狀況良好，均能達(dá)到原抽油機(jī)抽汲的產(chǎn)液量水平，平均百米噸液耗電為0.95 kWh，平均單井日耗電35.6 kWh；與原機(jī)采井相比平均單井日節(jié)電194 kWh，日節(jié)電率達(dá)84.54%，節(jié)能效果顯著。

5　評價(jià)分析

根據(jù)油井實(shí)際情況和舉升設(shè)備技術(shù)特點(diǎn)，對薩北開發(fā)區(qū)近幾年使用的節(jié)能抽油機(jī)進(jìn)行分析評價(jià)（表4）。

6　結(jié)論及認(rèn)識

1）結(jié)合抽油機(jī)井的不同生產(chǎn)狀況、能耗水平和機(jī)采舉升設(shè)備實(shí)際情況，實(shí)施單井個(gè)性化節(jié)能設(shè)計(jì)方案，優(yōu)選合理的抽油機(jī)井節(jié)能舉升設(shè)備。

2）對于使用年限在15年以內(nèi)、機(jī)況較好，減速器扭矩利用率較高，嚴(yán)重不平衡抽油機(jī)井，采用常規(guī)抽油機(jī)下偏杠鈴改造措施。

3）使用復(fù)式永磁電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)可以最大限度地降低機(jī)采井能耗，提高泵效，減緩桿管偏磨而延長檢泵周期，它是一種大沖程、低沖速、高效率、低能耗的新型油田抽油設(shè)備。

［1］倪國軍，高長樂，王志堅(jiān).常規(guī)游梁式抽油機(jī)節(jié)能改造［J］.新疆石油天然氣，2005，9（5）：21-28.

“互聯(lián)網(wǎng)+”引領(lǐng)節(jié)能環(huán)保變革

第18屆中國北京國際科博會(huì)2015中國新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇13日舉行。本次論壇主題為“新興產(chǎn)業(yè)和新興業(yè)態(tài)的新機(jī)遇”，并專門設(shè)置環(huán)節(jié)關(guān)注“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展新契機(jī)。

當(dāng)前我國節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)已初具規(guī)模，具備了快速發(fā)展的基礎(chǔ)。與會(huì)專家普遍認(rèn)為，以互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算為代表的“互聯(lián)網(wǎng)+”將顛覆傳統(tǒng)行業(yè)的未來，成為我國未來經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要引擎，也將為我國節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來重大變革。業(yè)內(nèi)預(yù)計(jì)，至2018年，我國節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值將超過11萬億元，占國內(nèi)生產(chǎn)總值比重超過10%，成為世界最大的節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)市場之一。

首先，制定“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)計(jì)劃將為節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供政策引導(dǎo)，注入發(fā)展動(dòng)力。今年的政府工作報(bào)告提出要制定“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)計(jì)劃，表明我國從戰(zhàn)略層面重視“互聯(lián)網(wǎng)+”對傳統(tǒng)行業(yè)和經(jīng)濟(jì)的推動(dòng)作用，意味著與互聯(lián)網(wǎng)“牽手”將成為行業(yè)發(fā)展的大勢。

中國國際經(jīng)濟(jì)交流中心常務(wù)副理事長張曉強(qiáng)表示，制定“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)計(jì)劃要有廣闊和前瞻性的思路，一定要抓住能夠有效實(shí)施的關(guān)鍵之處。應(yīng)該以新一代的信息技術(shù)與現(xiàn)代制造業(yè)的深度融合為重點(diǎn)，但絕不應(yīng)僅限于此。應(yīng)考慮新一代信息技術(shù)與多行業(yè)、多領(lǐng)域的結(jié)合，包括對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造升級，與農(nóng)業(yè)發(fā)展、節(jié)能環(huán)保、醫(yī)療、新型城鎮(zhèn)化等的有機(jī)結(jié)合。將環(huán)保產(chǎn)業(yè)打造成新興支柱產(chǎn)業(yè)，正亟需如此明確的發(fā)展方向和產(chǎn)業(yè)發(fā)展新動(dòng)力。

其次，“互聯(lián)網(wǎng)+”為節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)帶來新業(yè)態(tài)和新模式。在與會(huì)專家的演講中，除“互聯(lián)網(wǎng)+”一詞高頻出現(xiàn)，智能電網(wǎng)、智能建筑、信息化治污等說法也屢見不鮮。這些環(huán)保領(lǐng)域的新鮮說法，正源于互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)與傳統(tǒng)能源和環(huán)保技術(shù)的有效結(jié)合。落基山研究所常務(wù)董事程邁越在談及電網(wǎng)融合時(shí)表示，“互聯(lián)網(wǎng)+”實(shí)際上就是用最先進(jìn)的IT技術(shù)幫助我們提升整個(gè)電網(wǎng)的靈活性和需求快速響應(yīng)能力。

此外，“互聯(lián)網(wǎng)+”還為推動(dòng)環(huán)境信息化和環(huán)保數(shù)據(jù)公開提供了良機(jī)。據(jù)介紹，大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)在我國環(huán)保領(lǐng)域已經(jīng)有了初步應(yīng)用，環(huán)保大數(shù)據(jù)的決策支撐作用正逐漸提升。如環(huán)境保護(hù)部已完成“三層四級”的環(huán)保業(yè)務(wù)專網(wǎng)建設(shè)，北京環(huán)境數(shù)據(jù)中心于2013年投入使用，云南也在重點(diǎn)污染源數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上開展數(shù)據(jù)中心建設(shè)等。但當(dāng)前各地環(huán)境信息化建設(shè)水平不均，環(huán)境數(shù)據(jù)無法完全共享等問題還普遍存在，仍難為環(huán)境治理形成有效的數(shù)據(jù)支撐。

互聯(lián)網(wǎng)及大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用將使來自環(huán)境質(zhì)量、污染源排放及個(gè)人生活領(lǐng)域的大量環(huán)境數(shù)據(jù)的獲取和分析成為可能。國務(wù)院印發(fā)的《2015年政府信息公開工作要點(diǎn)》明確提出，進(jìn)一步推進(jìn)空氣質(zhì)量、水環(huán)境質(zhì)量、污染物排放、污染源、建設(shè)項(xiàng)目環(huán)評等信息公開，推動(dòng)企業(yè)、第三方機(jī)構(gòu)、個(gè)人對公共數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析和應(yīng)用。未來，環(huán)境數(shù)據(jù)的互通共享將推動(dòng)我國環(huán)境治理能力更進(jìn)一步。

來源：新華網(wǎng)付亞榮供稿

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.10.014

2015-07-03）

羅銳妮，工程師，1990年畢業(yè)于重慶石油學(xué)校，從事機(jī)采動(dòng)態(tài)分析及工藝設(shè)計(jì)工作，E-mail：rnlou@petrochina.com.cn，地址：黑龍江省大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠工程技術(shù)大隊(duì)管理室，163113。