地面設備節能技術的研究及應用

孫支林

(長慶油田公司采油三廠,寧夏 銀川 750006)

地面設備節能技術的研究及應用

孫支林

(長慶油田公司采油三廠,寧夏 銀川 750006)

長慶油田采油三廠系統性開展抽油機、注水泵、輸油泵節能降耗技術研究，引進并采用先進節能技術和高效節能設備，提高用電效率，減少電量消耗。

一機兩泵；節能降耗；效率

長慶油田采油三廠隨著近年來地面設備的老化和生產規模的擴大，電耗費用呈逐年攀升的趨勢，約占總成本的35%以上，直接影響到采油廠成本的降低和效益的提高。根據對油田機采、注水、集輸等系統的調研分析，涉及到這三大系統的主要用電設備為一機（抽油機）兩泵（輸油泵、注水泵），所以，研究其相應的節能措施，引進并采用先進技術和高效配套設備，提高用電效率，減少電量消耗，對采油三廠乃至長慶油田“有質量、有效益、可持續”發展具有重要的意義。

一、抽油機節能技術配套

采油三廠擁有抽油機6493臺，開井6350口，年耗電量約占采油三廠總用電量的56%。近年來，從抽油機、配套電機、電氣控制這3個地面上影響系統效率的關鍵環節入手，采取節能技術單點實施，有針對性的實施新技術先導實驗研究及應用，有效提高了系統效率，降低了運行成本。

1.新型節能抽油機的應用

目前，已試驗應用過的新型節能抽油機有6種，分別是皮帶式抽油機、一拖二抽油機、實心皮帶輪抽油機、低沖次抽油機、七型抽油機、數字化抽油機，均取得了不同程度的節電效果。其中效果突出的有皮帶式抽油機、低沖次抽油機、七型抽油機、數字化抽油機，平均節電率達到了20%以上。通過近幾年的研究及實驗，逐步形成了以下選型要求：一是10型以上首選皮帶抽油機，不僅節能還具有價格優勢；二是下泵深度在1600～1800m應用七型節能抽油機，抽油機采用大傳動比減速器（減速比為1：44）＋8極電機，可實現2.5、3.5、5次／min，同時配套3件皮帶輪，出廠時裝最大皮帶輪；三是大面積推廣應用新型數字化無基礎抽油機（游梁平衡的無基礎調徑變矩抽油機），該系列抽油機可實現實時數據采集、數據遠傳和抽油機調沖次、調平衡的自動控制等功能，其中的平衡調節裝置采用配重箱在后臂上移動的方式，具有自動調節、手操電動及人工手搖調節3種平衡調節方式。系列數字化抽油機的研發成功實現了在因特網上管理抽油機及油井，提高了機采系統安全性和系統效率，達到了節能減排、簡化操作的目的。

2.低轉速電機的應用

依據長慶油田采油三廠“三低（低滲、低壓、低產）”油藏特性和普遍采用定向井開發的特點，推廣應用低速電機技術實現低沖次采油，降低設備損耗。其原理是：額定轉速低（500r/min）可有效降低油井沖次，從而降低能耗。現場應用表明，對于沖次已降到最低、泵效仍然偏小的井效果較好（表1）。

表1 低轉速電機應用效果

3.低能井間歇控制裝置的應用

抽油機智能間歇節電自動控制裝置具備自動智能停啟間歇特性，能夠保證抽油設備工作在最佳、最經濟狀態，在不影響油井日產液的情況下，實現節能降耗。分析安裝智能間歇節電自動控制裝置、實施間開的102口井，間開前平均系統效率10.8%，平均單井日耗電69.8kW?h。實施間開后產量平穩，平均泵效由9.24%提高到18.27%，平均單井日耗電由69.8kW?h下降到41.74kW?h（表2）。

表2 抽油機井實施間開效果

4.無功補償技術的應用

無功動態補償技術的原理是實時跟蹤投切無功補償量，降低低壓線路末端損耗，增強電網帶負載能力，提高抽油機電機的功率因數。無功動態補償技術分為井組無功動態補償和單井無功補償。分析47套安裝的無功補償，安裝后平均功率因數提高了0.37，綜合節電率達10.3%（表3）。

表3 抽油機井應用無功補償技術效果

5.叢式井組抽油機集中控制節能裝置應用

CQ-YQY型叢式井組抽油機集中控制節能裝置優化集成了共直流母線、無級變頻調參、軟啟動、動態功率因數補償等多項節能技術，可根據每個井場的具體井數定制柜體，每個井組只用1臺節能控制裝置就可實現多臺抽油機集中控制、綜合節能的目的。具有啟動電流小，對電機和設備沖擊小和根據油井出液情況動態調整抽油機的沖次等特點，可實現抽油機上沖程快，降低泵的漏失，下沖程慢，提高泵的充滿度，從而提高泵效。長慶技術監測中心測試數據顯示抽油機電機功率因數達0.95以上，電機裝機功率可減小30%，綜合節電率達20%以上。該裝置還預留通信接口，可實現油井生產參數的自動采集、遠程控制和數字化管理，可作為1個基本模塊，嵌入到油田數字化管理平臺中，以適應數字化油田建設的需要。

二、注水設備節能技術配套

采油三廠目前有注水站104座，配水間667座，注水泵(撬）311臺，日注水能力119000m3，日注水量66539m3，電動機裝機總容量4.8×104kW，平均注水單耗6.8kW?h/m3，注水系統用電量約占油田總用電量的30%。柱塞式注水站能耗較高的主要原因有兩個方面：一是注入水水質差，柱塞式注水泵液力端維修頻次高、泵效低、能耗高；二是泵、注水量不匹配，使高壓水打回流，造成電能浪費。

1.節能型高效注水泵的應用

從2009年開始，針對原配套柱塞式注水泵易損件壽命短、泵效低、能耗高的問題，開展了柱塞式注水泵技術改造試驗研究。截止2014年，先后改造14臺注水泵機組。長慶技術監測中心依據SY/T6275-2007《油田生產系統節能監測規范》對柳三轉等進行改造后能耗監測，2013年1月14臺注水泵的監測結果表明，改造前注水泵平均機組效率69.06%，改造后注水泵平均機組效率79.71%，全部高于72%的節能監測限定值，比改造前平均提高10.65%。注水單耗改造前平均6.66kW?h/m3，改造后平均5.89kW?h/m3，降低了0.77kW?h/m3。在此基礎上，2013～2014年共成功引進了29臺節能型高效注水泵整機投入運行，注水泵平均機組效率85.12%。

2.注水站變頻調速技術應用

對回流量大、電能損耗大的注水站，結合電動機功率以及回流量的大小，配套安裝變頻調速裝置，減少回流量，達到提高注水系統效率和節能降耗的目的。截止目前，104座注水站248臺注水泵全部安裝了變頻器。注水泵變頻器具有易于控制泵的排量，減小站內回流，保持注水系統壓力穩定等作用，具有較好的節能效果（綜合節電率在10%～20%）。同時還可以實現注水泵軟啟動，延長注水設備的維修周期，從而減少注水機泵和閥門的維修費用，減輕人員的勞動強度。

3.局部增壓技術應用

對于個別井注水壓力高的情況，采用局部安裝注水撬或增壓泵，不需要注水系統整體升壓改造，可以降低投資，達到節能降耗的目的。采油三廠自2008年開始在塞392區產建使用第一臺注水撬，經過6年的試點、推廣，目前已在全廠13個作業區推廣使用不同型號的各種注水撬64臺。

三、輸油設備節能技術配套

采油三廠各級場站主要選用多級離心泵和油氣混輸泵進行原油外輸，共計594臺。根據工藝要求，離心泵在投產選型時，采用寧大勿小原則，還要考慮為輸送系統在不良工況下運行預留揚程空間。并且泵在長期運行中，由于各個輸送系統的變化，輸送系統中的管壓都比原來有所下降，泵壓遠大于所需的揚程。泵使用時，通過調整出口閥門或開旁通等辦法來控制泵的出口壓力，以適應系統的運用要求，存在嚴重的大馬拉小車現象。運行狀態很不經濟，且離心泵是高耗能設備，所以必須要進行節能改造。

1.多級離心泵葉輪抽級的應用

多級離心泵中每級葉輪的水力性能一致，根據工況參數通過加減葉輪確定泵的揚程，抽級后的水泵揚程降低、流量增大，可節約電能（表4）。且水泵的抽級和恢復是可逆的，運用離心泵的這個特性進行泵葉輪的抽級改造。2014年對單臺設備能耗高的71臺大功率離心泵進行葉輪抽級優化，年節約電量超過500萬kW?h。

表4 各站點離心泵改造前后對比及節約費用

2.自平衡離心泵的應用

選用不另配套平衡裝置的自平衡離心泵，該泵采用對稱布置葉輪，基本消除了平衡力，不存在平衡裝置的圓盤磨損和回流損失，比同參數的離心泵泵效率提高3%～14%。由于無平衡裝置，徹底解決了因平衡裝置失效而平衡盤和平衡盤座的磨損、轉子咬死等故障，極大地延長了泵的使用壽命。在流量、揚程相同情況下，對泵的節能效果比較（相同的工作參數，選泵型號及軸功率、配套功率的比較）見表5。

3.輸油泵變頻調速技術應用

表5 自平衡多級離心泵節能效果比較

變頻調速節能方法的主要優點是可調節范圍大,節能效果顯著，并通過降低設備轉速能改善設備運行工況,提高設備安全性能,延長設備使用壽命,其經濟調速范圍為額定轉速的50%～100%。另通過額外的控制系統,能根據壓力或液位等達到自動調節的目的。采油三廠推廣應用變頻調速方法不僅實現了場站原油輸送連續運行，降低了凝管帶來的安全風險，還改善了工藝，節約了電能。

四、結語

長慶油田采油三廠緊密結合生產、工藝實際，圍繞地面三大類核心設備：抽油機、注水泵、輸油泵，多措并舉，開展節能降耗技術研究，引進并采用先進節能技術和高效節能設備，提高了用電效率，減少了電量消耗，為采油三廠低碳節能、綠色發展提供了有力的技術支撐。

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