喇嘛甸油田降低抽油機井節(jié)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(nèi)油田仍主要以抽油機采油為主，由于常規(guī)游梁抽油機舉升節(jié)點多，普遍存在能耗與效率損失。要提高抽油機井系統(tǒng)效率，控制舉升單耗，必須從地上地下各環(huán)節(jié)節(jié)點入手，通過節(jié)點分析法確定各部分效率與能耗損失，以此采取針對性優(yōu)化和改造措施，才能有效降低能耗損失。

1 抽油機井各節(jié)點能耗效率分析

抽油機井系統(tǒng)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(shù)、桿管偏磨、原油黏度、氣體、結(jié)蠟狀況、地層供液能力[1]。根據(jù)各單元能耗測試數(shù)據(jù)看出，抽油機系統(tǒng)主要能耗環(huán)節(jié)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(jié)點效率損失及分類治理

2.1 優(yōu)化抽汲參數(shù)，提高系統(tǒng)效率

在抽油機井能耗節(jié)點中，生產(chǎn)參數(shù)的變化直接關(guān)系到能耗的高低，其中泵、桿、機綜合參數(shù)的調(diào)整是最有效的措施[3]。結(jié)合能耗節(jié)點分析，以合理流壓為基礎(chǔ)，對抽汲系統(tǒng)的沖程、沖速、機、桿、泵等參數(shù)進行整體優(yōu)化，找出產(chǎn)液量、能耗和設(shè)備運行狀態(tài)的最佳經(jīng)濟結(jié)合點，對抽油機井進行整體參數(shù)優(yōu)化。

依據(jù)“長沖程、低沖速”的參數(shù)優(yōu)化原則，實施地面抽汲參數(shù)優(yōu)化987 井次，其中供液不足井下調(diào)參211 井次，液面上升230 m；動液面較淺井上調(diào)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(yōu)化調(diào)整295 口。實施后平均百米噸液耗電下降0.18 kWh，系統(tǒng)效率提高了7.6 個百分點。累計完成抽油機井整體參數(shù)優(yōu)化943井次，占全廠抽油機井總數(shù)的43.3%，實施后平均單井有功功率降低1.18 kW，系統(tǒng)效率提高了8.96個百分點（表2）。

表1 抽油機井生產(chǎn)狀況下各單元能耗損失及效率統(tǒng)計

表2 抽油機井整體參數(shù)優(yōu)化效果統(tǒng)計

2.2 優(yōu)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(jù)產(chǎn)液和載荷變化，對電動機進行優(yōu)化調(diào)整、達到提高運行效率和功率因數(shù)的目的[4]。電動機功率優(yōu)化實施對象有以下兩類：一是正常生產(chǎn)井，功率利用率偏低；二是堵水措施井，實施堵水后產(chǎn)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(jié)電31.92 kWh，系統(tǒng)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(tǒng)計

2.3 優(yōu)化機械結(jié)構(gòu)，提高平衡效果

平衡的好壞對油井安全節(jié)能運行至關(guān)重要。利用下偏杠鈴和游梁復(fù)合平衡技術(shù)對常規(guī)抽油機進行下偏杠鈴改造。改造后下偏杠鈴的質(zhì)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(jié)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(jié)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(jié)能改造40 口井，測試數(shù)據(jù)表明，平均單井有功功率降低1.48 kW，有功節(jié)電率達9.11%，單井日節(jié)電35.52 kWh，上行電流均降低達到平衡要求，頻繁燒皮帶現(xiàn)象明顯改善。

2.4 實施節(jié)能控制，降低電能消耗

針對控制箱設(shè)備老化、油井能耗高、電動機倒發(fā)電、油井輕載運行以及電動機運行效率低等問題，從節(jié)能控制方面采取措施，現(xiàn)場實施可控硅調(diào)壓、星角轉(zhuǎn)換、無功補償、斷續(xù)供電等4 種控制箱節(jié)能技術(shù)（表4）。

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

2.5 應(yīng)用超越離合技術(shù)，消除電動機倒發(fā)電

針對皮帶減速器-四連桿機構(gòu)的傳動損失，現(xiàn)場應(yīng)用超越離合器。通過更換常規(guī)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(fā)電，提高電動機和皮帶的傳動效率，可達到節(jié)能和增產(chǎn)目的[6]。

現(xiàn)場試驗抽油機超越離合器技術(shù)50 口井。與傳統(tǒng)的高轉(zhuǎn)差率電動機、調(diào)壓控制器、變頻調(diào)速等只能減輕“倒發(fā)電”技術(shù)相比，現(xiàn)場具有明顯超越效果，抑制了電動機倒發(fā)電。測試數(shù)據(jù)表明，平均產(chǎn)液增加了1.5 t/d，有功功率下降1.13 kW，單井日節(jié)電27.12 kWh，平均系統(tǒng)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(yīng)用超越離合器消除倒發(fā)電效果對比測試曲線

2.6 改造閑置設(shè)備，實現(xiàn)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(jié)能改造方式實現(xiàn)資產(chǎn)再利用。

一是“雙極雙速”節(jié)能改造，利用定子單槽內(nèi)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(xiàn)“雙極雙速”。改造后可根據(jù)油井生產(chǎn)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(zhuǎn)速設(shè)計實現(xiàn)便捷的調(diào)參優(yōu)化，改善油井供排關(guān)系。

表4 控制箱節(jié)能技術(shù)原理及適用范圍

二是雙功率節(jié)能改造，該技術(shù)在單槽內(nèi)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(jié)能改造200 臺，并依據(jù)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(jié)電24.48 kWh，投資回收期為14.98 個月。

3 結(jié)論認識

1）運用節(jié)點分析法可以找出影響系統(tǒng)效率的關(guān)鍵性因素，通過綜合考慮抽油機井地面、井下各環(huán)節(jié)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(tǒng)效率，降低能耗損失。

2）為有效延長優(yōu)化井的節(jié)能效果，參數(shù)優(yōu)化工作應(yīng)結(jié)合系統(tǒng)效率測試結(jié)果、結(jié)合檢泵作業(yè)時機、結(jié)合參數(shù)調(diào)整實現(xiàn)油井參數(shù)的動態(tài)優(yōu)化與管理。

3）需對上產(chǎn)調(diào)參或措施井，跟蹤電動機電流變化情況進行電動機調(diào)整；對生產(chǎn)調(diào)整影響以及堵水等降液措施井，根據(jù)生產(chǎn)水平和抽汲參數(shù)重新計算匹配功率，合理降低電動機功率，確保實現(xiàn)電動機匹配及時、最優(yōu)的動態(tài)管理。

4）抽油機井控制系統(tǒng)節(jié)點以及皮帶四連桿機構(gòu)也是降低系統(tǒng)效率損失的重要節(jié)點，應(yīng)用節(jié)能控制技術(shù)和超越離合器技術(shù)具有較好的節(jié)能效果。