提高采油系統(tǒng)效率及節(jié)能降耗配套技術(shù)探究

鄭冬梅 辛平

摘 要：有桿抽油作為石油工業(yè)傳統(tǒng)的采油方式之一，在采油工程中一直占主導(dǎo)地位，而抽油機(jī)是石油開采中重要的機(jī)械采油設(shè)備。隨著油田開發(fā)的不斷深入，采油成本逐年遞增，抽油系統(tǒng)效率成為衡量一個(gè)油田開發(fā)水平的重要指標(biāo)。因此，開展抽油機(jī)井系統(tǒng)效率影響因素研究，找出影響系統(tǒng)效率的敏感因素，對油田提高采油系統(tǒng)效率及節(jié)能降耗具有很重要的意義。有桿抽油系統(tǒng)的能耗是一個(gè)復(fù)雜而繁瑣的課題，理論研究和實(shí)踐結(jié)果表明，有桿抽油的系統(tǒng)能耗與系統(tǒng)效率有密切聯(lián)系，一般來說系統(tǒng)效率越高，噸液所需能量損耗越?。幌到y(tǒng)效率越低，噸液所需能量損耗越大；有桿抽油系統(tǒng)效率的高低基本上反映了有桿抽油技術(shù)能耗的總體水平。在實(shí)際生產(chǎn)中影響抽油機(jī)系統(tǒng)效率的因素較多，主要包括地層因素、設(shè)備條件、管理水平等各種因素的影響。有桿抽油系統(tǒng)將地面的電能經(jīng)過相關(guān)的傳遞設(shè)備轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，從而將液體從油井舉升至地面。在整個(gè)系統(tǒng)中每個(gè)子系統(tǒng)都有能量損失，經(jīng)過幾個(gè)環(huán)節(jié)的能量傳遞，能量消耗逐漸增大，系統(tǒng)效率逐漸降低。

關(guān)鍵詞：抽油系統(tǒng)效率；節(jié)能降耗；變頻技術(shù)；工作制度

抽油系統(tǒng)效率成為衡量一個(gè)油田開發(fā)水平的重要指標(biāo)。因此，開展抽油機(jī)井系統(tǒng)效率影響因素研究，找出影響系統(tǒng)效率的敏感因素，對油田提高采油系統(tǒng)效率及節(jié)能降耗具有很重要的意義。通過改進(jìn)電機(jī)的性能，提高效率；利用變頻技術(shù)，降低耗電量；使用新型抽油機(jī)，提高傳動(dòng)效率等。通過地面技術(shù)水平的提高和制定合理工作制度，充分利用現(xiàn)有資源，提高油井的系統(tǒng)效率。

1系統(tǒng)效率偏低的原因分析

（1）有桿泵井生產(chǎn)系統(tǒng)壓力分布剖面

在進(jìn)行多相管流井筒流動(dòng)壓力分布計(jì)算時(shí)，粟以下為垂直多相管流，5點(diǎn)的壓力可以應(yīng)用多相管流井筒流動(dòng)壓力分布計(jì)算相關(guān)式直接進(jìn)行計(jì)算；但栗以上為環(huán)空多相管流，計(jì)算c點(diǎn)的壓力時(shí)，在多相管流井筒流動(dòng)壓力分布計(jì)算相關(guān)式中，要用水力直徑代替油管直徑，用環(huán)空過流面積代替油管過流面積，方可進(jìn)行計(jì)算。

（2）游梁式抽油機(jī)因其結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、維修方便等優(yōu)點(diǎn)，得到普遍使用。但四連桿機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)造成電機(jī)負(fù)荷的不均勻性，從而降低了三相異步電動(dòng)機(jī)的效率。同時(shí)因其高啟動(dòng)扭矩，又造成大馬拉小車的現(xiàn)象。稠油井多，大量使用電磁調(diào)速電機(jī)。雖然實(shí)現(xiàn)了平穩(wěn)無級(jí)調(diào)速，但低速時(shí)電機(jī)損耗大效率低。這是系統(tǒng)效率偏低的主要原因。

2 新技術(shù)應(yīng)用與效果

2.1 永磁電機(jī)

永磁電機(jī)與普通三相異步電動(dòng)機(jī)相比，不需要無功勵(lì)磁電流?？梢燥@著提高功率因素。通過減少定子電流和定子電阻損耗，電機(jī)效率提高2-8%。永磁電機(jī)在25-120%額定負(fù)荷范圍內(nèi)，均可保持較高的效率和功率因素。高效高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩同步電機(jī)比普通感應(yīng)電機(jī)的起動(dòng)扭矩大50-100%。可以代替大一號(hào)電機(jī)座號(hào)，節(jié)電率在20%左右。在5口井上進(jìn)行試驗(yàn)，功率因素提高0.44，系統(tǒng)效率提高4%。在實(shí)際使用中，電機(jī)的功率降低一個(gè)等級(jí)，功率因素普遍較高。

2.2 變頻調(diào)速技術(shù)

變頻調(diào)速技術(shù)是通過改變電流的頻率，實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的改變?，F(xiàn)在采用的變頻裝置是由整流器和逆變器組成。整流器先將50赫茲的交流電變成直流電，再由逆變器變換成頻率可調(diào)的三相交流電。由于變頻器可實(shí)現(xiàn)低速、輕載啟動(dòng)，因此降低電機(jī)的匹配功率，提高功率因素。變頻柜地使用，可由普通電機(jī)代替調(diào)速電機(jī)，較好地解決了電磁調(diào)速電機(jī)效率低地原因。2013年以來試驗(yàn)20口井，節(jié)電率21%。功率因素提高0.3，系統(tǒng)效率提高9.2%。變頻柜代替普通自控箱，如果使用普通電機(jī)替代電磁調(diào)速電機(jī)，沖數(shù)低的井效果明顯。沖數(shù)高于6次，效果較差。如果用電磁調(diào)速電機(jī)替代普通電機(jī)，則無效果。因此，變頻技術(shù)主要在低沖數(shù)井上使用普通電機(jī)替代電磁調(diào)速電機(jī)效果明顯。

2.3永磁電機(jī)和變頻技術(shù)結(jié)合使用

稠油熱采區(qū)塊原油粘度高，采用電熱桿、空心桿、和雙泵等采油工藝，沖數(shù)都在4次以下。在一個(gè)蒸汽吞吐周期的生產(chǎn)過程中，抽油機(jī)負(fù)荷和沖數(shù)變化較大。使用37KW調(diào)速電機(jī)，雖然實(shí)現(xiàn)了無級(jí)調(diào)速，但由于匹配功率較大，造成系統(tǒng)效率低。電機(jī)的功率因素低、效率低，造成整條線路的電壓降大，影響油井正常生產(chǎn)。采用變頻柜實(shí)現(xiàn)電機(jī)無級(jí)調(diào)速，降低電機(jī)的匹配功率；采用永磁電機(jī)，提高功率因素和啟動(dòng)扭矩，單井系統(tǒng)效率大幅度提高。目前已使用13臺(tái)，平均節(jié)電36.5%，功率因素提高0.435，系統(tǒng)效率提高10.2%。其缺點(diǎn)是負(fù)荷較大井，30KW永磁電機(jī)無法正常生產(chǎn)，對于抽油機(jī)卸載也有一定的困難。

2.4 機(jī)械調(diào)速

通過變速箱降低電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速，電機(jī)啟動(dòng)扭矩降低，電機(jī)匹配功率減少，提高電機(jī)的負(fù)載率。由此提高電機(jī)的效率?，F(xiàn)場使用中，可以用17KW的電機(jī)代替55KW電機(jī)，節(jié)電42%，功率因素提高0.4，系統(tǒng)效率提高8.02%。在該技術(shù)使用前，對于供液差的砂河街井，由于泵掛深，負(fù)荷重，都使用12型抽油機(jī)，匹配55KW普通三相異步電動(dòng)機(jī)或37KW電磁調(diào)速電機(jī)，耗電量大，功率因素低。不僅單井系統(tǒng)效率低，也造成整個(gè)電網(wǎng)的線損增加。對于低液量、低粘度的油井，因?yàn)槭褂秒姶耪{(diào)速電機(jī)的低效率和大功率三相異步電動(dòng)機(jī)，造成電機(jī)效率低，整條線路的功率因素低。使用DCJ系列電機(jī)后，節(jié)電效果極為明顯。但由于無法實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，在稠油井的使用中受到一定的限制。

2.5 無游量式抽油機(jī)的使用

游量式抽油機(jī)井系統(tǒng)效率低的主要原因，是四連桿旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)造成電機(jī)負(fù)荷的不均勻性。而無游量式抽油機(jī)解決了該問題。無游量式抽油機(jī)在上下沖程中，抽油機(jī)負(fù)荷是光桿負(fù)荷和平衡配重的差，基本是穩(wěn)定。這樣電機(jī)輸出的扭矩是衡定的。因此電機(jī)效率較高。目前使用的勝利高原公司生產(chǎn)的皮帶抽油機(jī)和山東創(chuàng)新技術(shù)有限公司生產(chǎn)的智能滾筒式抽油機(jī)，節(jié)電效果較好，平均單井日節(jié)電115度，節(jié)電率60%。無游量式抽油機(jī)的缺點(diǎn)是沖數(shù)低、理論排量低。適合于稠油、低液量井。

3 結(jié) 論

1）永磁電機(jī)取代普通電機(jī)，可以提高單井的系統(tǒng)效率。同時(shí)功率因素的提高，降低電網(wǎng)的線損。油井的沖數(shù)超過5次后，應(yīng)用永磁電機(jī)，投入少，效益高。2）通過變頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)沖數(shù)的無級(jí)調(diào)節(jié)，配備普通電機(jī)，低沖數(shù)時(shí)效果更好。配備永磁電機(jī)，效果好于普通電機(jī)。適用于稠油井，特別是低沖數(shù)井，大幅度提高油井的系統(tǒng)效率。3）機(jī)械變速，適用于低沖數(shù)、光桿不緩下的油井。投入較小，節(jié)電效果好。4）無游量式抽油機(jī)節(jié)電效果明顯，適用于稠油、低液量井。新投產(chǎn)的稠油井優(yōu)先選用無游量式抽油機(jī)。低液量、泵掛深的油井亦可采用無游量式抽油機(jī)。但不適用于供液較好的油井。

參考文獻(xiàn)：

[1]薛世君. 提高抽油井機(jī)采系統(tǒng)效率的做法及效果[J]. 內(nèi)蒙古石油化工. 2012（04）