油井系統效率節點控制及優化策略探究

劉燕 楊青 劉少楠

摘 要：油井系統效率影響因素分為地下和地上部分。本文借鑒系統工程理論，吸收節點管理方法，以深化點對點的過程控制為主線，以追求抽油機井系統效率最大化為目標，對影響抽油機井能耗效率的盤根、皮帶、電動機、四連桿、抽油機、桿、泵等關鍵要素節點，進行針對性分析研究和改進加強;并通過優化工作制度、應用節能技術產品，尤其是完善各節點節能管理標準、節能操作方法、節能工作制度和節能考核手段，實現以基層管理帶動整個系統優化，實現節能效果、效益最大化。

關鍵詞：油井;系統效率;節點管理;分因素控制;優化策略

采油廠以抽油機井系統效率最大化為目標，吸收節點管理方法，對影響抽油機井能耗效率的盤根、皮帶、電動機、四連桿、抽油機、桿、泵等關鍵要素節點進行針對性分析研究和改進加強。精細研究各節點最佳操作法，率先形成節能操作標準;調整優化抽油機井工作制度，因地制宜完善節能管理方法;嚴格規范各節點節能過程管理，有效建立節能動力機制。

1.節點管理法的產生背景

抽油機井節能在能耗成本中占舉足輕重的地位。抽油機井節能還有較大潛力。從采油廠調查井數據顯示，選取系統效率為30%和50%的界限進行分級統計，系統效率在兩者之間的井占39.19%，比例較大;系統效率低于30%的井占49.37%，是開展節能工作的重點。抽油機井節能具有良好的內外部條件。節能管理水平盡管不斷提高，但在系統性和精細化上還有很多需要改善。近年來，節能技術和產品層出不窮，抽油機自動平衡改造、混磁電動機、智能伺服控制等技術逐步成熟，效果好，具備規模推廣的價值，目前還有23%井適合應用這些節能技術進行改造。同時，在用的還有提升空間，還可以結合外部節能管理的實踐，通過進一步細化、創新，加以借鑒應用，會起到非常好的效果。

2.節點管理法的概述

常規游梁式抽油機井影響效率的能耗節點分為地下、地上兩大部分。其中：地面部分耗能節點有電動機、皮帶、四連桿、減速箱、盤根;地下部分耗能節點有抽油泵、抽油桿、井下管柱。各節點能耗損失占整體的比例：電動機損耗約占30%，皮帶損耗約占5%，四連桿機構損耗約占5%，減速箱損耗約占10%，盤根損耗約占5%;抽油泵損耗占15%，抽油桿損耗約占20%，井下管柱損耗占10%。

3.節點管理成果的主要做法

3.1精細研究各節點最佳操作法，率先形成節能操作標準

遵循優化調整、提高效率原則，先后進行了“抽油機井盤根松緊度、皮帶松緊度、平衡率與能耗關系試驗”，避免以往采油工現場操作“依經驗、憑手感”調節等情況?？偨Y出不同盤根松緊度、皮帶松緊度、平衡率與能耗變化規律，找到最合理的調整實施界限，指導現場實際操作，達到節能降耗的目的，使各節點達到最節能運行狀態。

3.1.1盤根松緊度最佳操作法

現場試驗選取泵況正常、盤根完好的抽油機井。以A井為例，利用扭矩扳手調節盤根松緊度，應用CDY-CA型抽油機井電動機多參數數顯測試儀具體量化成扭矩值的方法進行現場試驗。為了找到最佳節能操作合理區，直觀地研究和分析盤根松緊度對能耗影響的變化規律，以抽油機盤根最松狀態（盤根發出輕微刺刺聲響，但是不跑油）為起點，逐漸擰緊盤根。在盤根最松擰到最緊（光桿發燙，用手轉不動盤根）過程中，每轉相同0.5圈數為1個測試點，選取6個點進行測量，記錄這些點的有功功率（每點測試時間不得小于3 min），測得能耗變化曲線（圖1）。

通過反復試驗得出：從節能角度出發，盤根調整到不漏油最松狀態下最節能;但從環保和管理角度出發，最松狀態下抽油機運轉過程中由于盤根損耗，短時間內會出現漏油情況，不利于環保，而且不易管理，過多增加現場工人勞動。為此，確定盤根松緊度的節能操作標準為：盤根盒應不刺不漏，光桿不發熱;盤根調整至不漏油最松狀態下緊1-1.5圈（30-50 N？m）左右，此時抽油機理論上達到最佳節電和管理效果。僅做好此項工作，抽油機井單井日節電4.2 kWh。

3.1.2皮帶松緊度最佳操作法

現場試驗選取泵況正常、皮帶完好的抽油機井。以B井為例，利用皮帶漲緊裝置調節皮帶松緊度，應用CDY-CA型抽油機井電動機多參數數顯測試儀具體量化成力量大小的方法進行現場試驗。以抽油機井電動機皮帶最松狀態（不打滑、皮帶抽打狀態）為起點，逐漸上緊皮帶，每隔4mm確定1個測試點，根據數據變化分析皮帶松緊度對抽油機井能耗影響，測得能耗變化曲線（圖2）。

通過反復試驗得出：由于傳動過程中滑動摩擦損失的存在，皮帶從最松到最緊，有功功率先下降到最低后逐步上升。本著耗電量最低的原則，確定皮帶松緊度的節能操作標準為：電動機皮帶輪與減速箱皮帶輪四點成一線;在安裝抽油機緊帶裝置的前提下，以抽油機井皮帶不打滑為最松點，調整電動機移動距離，使皮帶適當繃緊，根據井的實際情況，最佳能耗緊皮帶力為15～20 N。僅做好此項工作，抽油機井單井日節電3.3kWh。

3.1.3四連桿平衡率最佳操作法

現場試驗選取泵況正常的抽油機井。以B井為例，應用CDY-CA型抽油機井電動機多參數數顯測試儀，現場測試抽油機井在不同平衡率工作狀態下的能耗值，由工作能耗值確定抽油機井最佳能耗平衡率。試驗平衡率為70%～120%，試驗點波動為5%～10%，調整后運行30min錄取數據（圖3）。

通過反復試驗得出：抽油機井平衡率在90%～100%之間能耗最低，80%以下、110%以上能耗高。因此，平衡率的節能操作標準確定為平衡率控制在90%～100%之間，以100%為最佳。

通過推行這一標準，全廠抽油機平衡率提高1.9個百分點，單井日節電4.4kWh。此外，還深入研究了與這七個節點相關聯的一些技術，如套壓、沉沒度等標準，并最終形成一套抽油機井系統效率能耗節點控制標準，匯編成《某采油廠生產運行系統能耗節點工作手冊》，這在油田具有先導性意義。

3.2調整優化抽油機井工作制度，因地制宜完善節能管理方法

采油廠的特點是油層好、產量高、初期裝機功率大，隨著產液及工況的不斷變化，產量遞減加速，使原設計裝配的電動機功率與實際所需功率偏差較大，功率過剩造成的能耗損失越來越大，只要改變原有的工作思路，在能力匹配上追求更加細化，就會挖掘很大潛力。以合理裝機功率、節能降耗的指導原則，依據現場能耗測試數據，針對功率利用率低于20%的抽油機井，采取“一換三”，即用“永磁電動機→普通45 kW→普通55 kW→普通75 kW”電動機進行逐級替換，實現回收期縮短為原來的三分之一。同時兼顧長期有效保持電動機匹配效果，針對電動機合理匹配井實行“能耗長期跟蹤監測，結合生產定期二次調整”。

參考文獻：

[1]孫長春.采油隊節能標準化管理實踐[J].石油石化節能.2016，4（5）：41-43.