智能滾筒式皮帶抽油機在油田生產中的應用

賈繼慶（大慶石油管理局技術監督中心）

有關統計資料表明，目前國內大多數油田都進入高含水開發階段，老油區因產量自然遞減客觀因素要實現保產穩產難度進一步加大，積極應用采油新工藝、新技術，解決油氣生產中的技術難題，加快稠油區塊開發已成為一項重要的研究課題[1]。針對稠油區塊稠油井生產存在產量低、能耗高、能源利用效率低、單井生產成本高、信息化程度低等諸多不利因素，仍運用游梁式抽油機進行采油的方式已難以適應油田發展要求。智能滾筒式皮帶抽油機是一種新型高效節能機采設備，它與傳統油氣生產機采設備不同，具有油氣開發生產效率高、系統效率高、長沖程、泵效高、低能耗、增產效果好、智能化等特點，完全能滿足稠油井生產工藝技術要求，能有效解決傳統油氣生產中機采系統難以解決的技術難題[2-3]。

1 智能滾筒式抽油機

1.1 工作原理

智能滾筒式皮帶抽油機由平衡系統、懸掛系統、控制系統、機架底座系統、集中監控系統、電磁剎車系統等部分組成。圖1 為抽油機運行軸測視照，圖2為抽油機結構組成。

圖1 抽油機運行軸測視照

圖2 抽油機結構組成

通過交流變頻技術控制電動機換向驅動減速器帶動筒體正反向轉動，使包覆在筒體上的皮帶做垂直上下往復運動。皮帶一端與配重箱連接，另一端與光桿連接，帶動光桿上下運動使抽油泵抽汲井筒內的油液。根據抽油機做功示功圖或電動機電流大小來自動調整配重箱配重，做到抽油機上下行程功率精確平衡[4]。

1.2 調節策略

智能滾筒式皮帶抽油機具有長沖程、低沖速的優點，可以減少抽油泵柱塞的沖程損失，提高抽油泵泵效（超過70%），提升抽油泵充滿系數，增加單井提液量，從而達到提高單井原油產量，提升油井機采系統運行效率，降低噸油能耗和噸油開采成本的目的。它與傳統游梁式抽油機相比，沖速低，單位產油量所需抽油泵的往復循環次數少，抽油桿柱的疲勞和磨損程度低，有利于延長抽油桿柱的使用壽命和油井的免修期；降低油井作業次數，減少油井作業成本，避免或消除抽油機的氣鎖現象。該抽油機還具有工況自適應、運行參數優化、節能、自動化程度高和記憶功能，特別適合于稠油井、小泵深抽井的使用。

2 智能滾筒式皮帶抽油機的技術性能

1）高效的傳動效率。由于智能滾筒式皮帶抽油機采用改四連桿機構為往返架系統，可以有效地減少抽油機輸入功率，提升抽油機的傳動效率[5-6]，它與普通皮帶抽油機相比，傳動效率可以提升50%。同時，該抽油機的減速器采用高效率的硬齒面減速機，它與傳統的軟齒面減速度機相比，其傳動效率可以提升20%。

2）節能效果好。具有較大的鏈輪直徑，加速度小，沖速慢，抽油機上下沖程平衡度效果好，需電動機功率小，可以降低電動機額定功率一個檔次，其綜合節能率可達到15%。

3）泵效高。具有長沖程，使抽油泵的充滿系數高、液壓沖擊小，提升了抽油泵的工作效率。同時，它與游梁式抽油機相比，沖速低，單位產油量所需抽油泵的往復循環次數少，抽油桿柱的疲勞和磨損程度低，有利于延長抽油桿柱的使用壽命和油井的免修期，降低油井作業頻次，減少油井生產作業費用[7-8]。

4）設備安全可靠性高。該抽油機負荷皮帶具有彈性緩沖作用，降低了其換向沖擊，使抽油桿運行更加平穩安全可靠。它具有結構安全、使用安全和防盜安全功能，對所有運動部件采取了安全防護措施，安裝了防護罩、防護網和控制箱防盜裝置等。

5）調沖速簡單方便。可實現不停機調節沖速，極大地降低了工作量，同時避免了因停機調沖速帶來的產量損失。可以通過智能控制箱面板上的上、下行速度電位器來進行調整。通過變頻器改變輸入交流電的頻率，實現對抽油機的無級調速。變頻器使用的控制方式，具有理想的轉矩-速度特性，調整抽油機沖速只需要調整電動機運行頻率即可。

6）該抽油機日常維護費用低，設備故障率低，且維護保養方便快捷[9]。若它一旦發生故障，可發出故障報警和遠程警報，用戶可通過故障診斷顯示器，查出故障發生時間和故障原因，以及排除故障方法。

7）諧波信號小，無功功率低，電動機功率因數高。具有自帶反饋調節系統，可以有效降低電動機無功功率，同時防止負功率反輸電網，有效降低線路損耗。

8）智能化程度高。具有抽油機運行狀態在線監測、控制功能。其控制監測系統包括變頻調節系統、抽油機狀態監控系統、智能控制系統等部分。可以實現遠程調節抽油機運行頻率，實時監測抽油機的運行狀態。具備基本故障報警功能，能在發生抽油機停機、斷脫、三相不平衡等異常工況狀態下報警[10]。當桿載降低后，可逐漸恢復到沖速設定值。在智能控制模式下，跟蹤抽油機示功圖充滿度的變化，優化生產運行參數，使抽油機運行在最佳工況下。

3 現場應用及技術改造效果

3.1 現場應用

2016年，中國石化股份有限公司勝利油田分公司孤東采油廠根據智能滾筒式皮帶抽油機的特點，對KD18 區塊部分原油黏度較高、低液量、低油量的稠油井，實施采油工藝節能技術改造，以解決目前該區塊油井因抽油桿緩下、傳統抽油機參數無法上調，而導致的低液量、低油量、低效率等油井生產工藝技術問題，達到區塊整體機采系統效率提升和開發效果，實現系統節能降耗的目的。先后在KD18稠油區塊的20口低效、低液稠油井上，運用了智能滾筒式皮帶抽油機，并取得良好的現場試用效果。

3.2 技術改造效果

智能滾筒式皮帶抽油機節能技術改造項目實施前后20口油井生產數據的對比見表1。

由表1 可知，智能滾筒式皮帶抽油機節能技術改造項目實施后，20 口稠油井電動機總功率下降140 kW，變壓器容量減少250 kVA，電動機功率因數平均提高0.361，平均單井日節電量達108 kWh，平均單井有功功率下降4.42 kW，平均單井無功功率下降11.69 kvar，百米噸液耗電量下降1.67 kWh/t，綜合節電率達到32.5%，油井平均系統效率提升11.70%。實現了油井抽油機負荷與電動機的合理匹配，使油井處于高效、安全的生產狀態，達到了節能降耗、增產增效和提高油井開采效益的目的。

表1 項目實施前后20口油井生產數據的對比

4 綜合效益評價

1）節電效果顯著。20 口稠油井年節電量達788 400 kWh，0.623 元/kWh，則該項目年創節能效益可達491 173元。

2）節能減排效益好。按照節約1 kWh 電能可實現減排0.997 kg 二氧化碳，即減少0.272 kg 碳排放量計算，則運用智能滾筒式皮帶抽油機每年可減少碳排放量214 444.8 kg。

3）變壓器減容效益明顯。按照變壓器容量每千伏安月度容量費用28 元計算，變壓器總容量減少250 kVA，則每年可減少變壓器容量費84 000元。

4）設備故障率低，提升油井生產時率。項目實施后，抽油桿柱的疲勞和磨損程度低，有利于延長抽油桿柱的使用壽命和油井的免修期，降低油井作業頻次，減少油井生產作業費用。

5 結束語

實踐證明，智能滾筒式皮帶抽油機具有傳動效率高、控制與節能效果好、泵效高、運行安全可靠、調沖速簡單方便、維護保養費用低、智能化程度高等優點。運用該抽油機可以有效提高稠油開發工藝技術水平，增加稠油開發區塊單井產量，提升稠油開發區塊整體機采系統運行效率，實現油田降本增效，有利于推進智能油田建設和信息化技術推廣應用，具有良好的經濟效益和社會效益。