喇嘛甸油田降低抽油機井節點效率損失及分類治理

王延秋（大慶油田有限責任公司第六采油廠）

目前，國內油田仍主要以抽油機采油為主，由于常規游梁抽油機舉升節點多，普遍存在能耗與效率損失。要提高抽油機井系統效率，控制舉升單耗，必須從地上地下各環節節點入手，通過節點分析法確定各部分效率與能耗損失，以此采取針對性優化和改造措施，才能有效降低能耗損失。

1 抽油機井各節點能耗效率分析

抽油機井系統效率總體分為地面效率和井下效率兩部分，即： η系=η地·η井。以光桿懸繩器為界，地面部分影響因素包括抽油機類型、電動機類型和特性、沖程、沖速、平衡度、皮帶、減速箱、井口油壓、套壓、盤根盒；井下因素包括管、桿柱組合、泵深、沉沒度、運行摩阻、泵徑、充滿系數、桿管偏磨、原油黏度、氣體、結蠟狀況、地層供液能力[1]。根據各單元能耗測試數據看出，抽油機系統主要能耗環節是：控制箱-電動機部分、傳動單元以及桿、油管單元[2]。其中電動機、桿管以及四連桿傳動效率損失較大（表1）。

2 降低抽油機井節點效率損失及分類治理

2.1 優化抽汲參數，提高系統效率

在抽油機井能耗節點中，生產參數的變化直接關系到能耗的高低，其中泵、桿、機綜合參數的調整是最有效的措施[3]。結合能耗節點分析，以合理流壓為基礎，對抽汲系統的沖程、沖速、機、桿、泵等參數進行整體優化，找出產液量、能耗和設備運行狀態的最佳經濟結合點，對抽油機井進行整體參數優化。

依據“長沖程、低沖速”的參數優化原則，實施地面抽汲參數優化987 井次，其中供液不足井下調參211 井次，液面上升230 m；動液面較淺井上調參481 井次，平均單井增液13 t/d，增油1.1 t/d，沉沒度下降132 m；合理優化調整295 口。實施后平均百米噸液耗電下降0.18 kWh，系統效率提高了7.6 個百分點。累計完成抽油機井整體參數優化943井次，占全廠抽油機井總數的43.3%，實施后平均單井有功功率降低1.18 kW，系統效率提高了8.96個百分點（表2）。

表1 抽油機井生產狀況下各單元能耗損失及效率統計

表2 抽油機井整體參數優化效果統計

2.2 優化功率匹配，提高電動機效率

在考慮啟動及過載能力的前提下，根據產液和載荷變化，對電動機進行優化調整、達到提高運行效率和功率因數的目的[4]。電動機功率優化實施對象有以下兩類：一是正常生產井，功率利用率偏低；二是堵水措施井，實施堵水后產液下降，原裝機功率偏大。匹配實施方案采取“一換三”或“一換二”的方式進行逐級匹配。

實施電動機合理匹配355 井次，實施后平均裝機功率降低19.39 kW，功率利用率提高7.95 個百分點，有功功率降低1.33 kW，日節電31.92 kWh，系統效率提高了5.1 個百分點（表3）。

表3 抽油機井電動機逐級匹配實施效果統計

2.3 優化機械結構，提高平衡效果

平衡的好壞對油井安全節能運行至關重要。利用下偏杠鈴和游梁復合平衡技術對常規抽油機進行下偏杠鈴改造。改造后下偏杠鈴的質心運動軌跡為繞中軸支座中心的一段圓弧，其半徑不變但力臂值變化，即上沖程開始和下沖程結束時游梁的平衡作用削減載荷的峰值扭矩，使作用到曲柄輸出軸扭矩不至于過大；上沖程結束和下沖程開始，由于懸點載荷小，下偏杠鈴力臂較小，作用在曲柄軸扭矩不至于過小，從而加強平衡效果[5]。

下偏杠鈴節能改造40 口井，測試數據表明，平均單井有功功率降低1.48 kW，有功節電率達9.11%，單井日節電35.52 kWh，上行電流均降低達到平衡要求，頻繁燒皮帶現象明顯改善。

2.4 實施節能控制，降低電能消耗

針對控制箱設備老化、油井能耗高、電動機倒發電、油井輕載運行以及電動機運行效率低等問題，從節能控制方面采取措施，現場實施可控硅調壓、星角轉換、無功補償、斷續供電等4 種控制箱節能技術（表4）。

累計實施各類節能控制技術422 口井，實施后平均有功降低0.74 kW，單井日節電17.76 kWh，累計年節電269.81×104kWh。

2.5 應用超越離合技術，消除電動機倒發電

針對皮帶減速器-四連桿機構的傳動損失，現場應用超越離合器。通過更換常規電動機皮帶輪，在不改變油井原有工作制度的情況下，變雙向動力傳動為單向傳動，通過抑制電動機發電，提高電動機和皮帶的傳動效率，可達到節能和增產目的[6]。

現場試驗抽油機超越離合器技術50 口井。與傳統的高轉差率電動機、調壓控制器、變頻調速等只能減輕“倒發電”技術相比，現場具有明顯超越效果，抑制了電動機倒發電。測試數據表明，平均產液增加了1.5 t/d，有功功率下降1.13 kW，單井日節電27.12 kWh，平均系統效率由25.53%提高到31.37%，提高了5.83 個百分點，投資回收期為29.23 個月（圖1）。

圖1 應用超越離合器消除倒發電效果對比測試曲線

2.6 改造閑置設備，實現降本增效

通過電動機合理匹配，閑置了部分較大裝機功率的異步電動機。針對這部分電動機，可以通過節能改造方式實現資產再利用。

一是“雙極雙速”節能改造，利用定子單槽內下入單線，引出多組頭，通過在多組頭之間改變接線方式實現“雙極雙速”。改造后可根據油井生產水平選擇電動機功率級別提高負載水平，降低油井能耗，同時可利用雙轉速設計實現便捷的調參優化，改善油井供排關系。

表4 控制箱節能技術原理及適用范圍

二是雙功率節能改造，該技術在單槽內下入雙線，形成雙繞組，因此電動機具有啟動大功率和運行小功率兩種功率，滿足油井重載啟動、輕載運行的條件。在不降低電動機較大啟動力矩的前提下，可有效降低油井運行時的額定功率和實耗功率，具有降低能耗和提高負載率的雙重效果。

閑置電動機節能改造200 臺，并依據改造后功率水平進行合理匹配。實施后平均裝機功率下降17.35 kW，有功功率下降1.02 kW，日節電24.48 kWh，投資回收期為14.98 個月。

3 結論認識

1）運用節點分析法可以找出影響系統效率的關鍵性因素，通過綜合考慮抽油機井地面、井下各環節效率損失，開展針對性分類治理能大幅提高抽油機井舉升系統效率，降低能耗損失。

2）為有效延長優化井的節能效果，參數優化工作應結合系統效率測試結果、結合檢泵作業時機、結合參數調整實現油井參數的動態優化與管理。

3）需對上產調參或措施井，跟蹤電動機電流變化情況進行電動機調整；對生產調整影響以及堵水等降液措施井，根據生產水平和抽汲參數重新計算匹配功率，合理降低電動機功率，確保實現電動機匹配及時、最優的動態管理。

4）抽油機井控制系統節點以及皮帶四連桿機構也是降低系統效率損失的重要節點，應用節能控制技術和超越離合器技術具有較好的節能效果。