長沖程抽油機節能技術探討

王正偉（大慶油田有限責任公司第八采油廠）

某外圍油田舉升方式以游梁抽油機為主，占比95%，單井能耗高，平均日耗電150kWh以上，為該油田節能主要挖潛點。同時供采關系不平衡，低產井舉升矛盾突出，近年來，某外圍油田加大了舉升新工藝的試驗力度，積極應用節能效果好、性能可靠、操作維護方便的高效舉升工藝的新技術，2016年在該油田試驗長沖程抽油機，節能效果顯著。

1 長沖程抽油機工作與節能原理

1.1 工作原理

長沖程抽油機系統是由地面部分和井下部分構成。地面部分，由電動機、配電箱、天輪、引導架、柔性繩、卷揚機等幾部分組成，柔性光桿以下采用組合式抽油桿。井下1000m往上，每隔40m安裝一個φ58mm刮蠟器。采用長沖程抽油泵：多級管式泵，全長50m，柱塞1.2m，等級1級，下泵深度1400m。

長沖程抽油機是由電動機正轉和反轉，驅動滾筒正轉和反轉，帶動柔性光桿完成上下往復運動，柔性光桿帶動井下抽油桿、抽油泵完成往復運動，完成整個抽汲工作過程[1]。長沖程抽油機既可以實現連續采油，又可以實現間歇采油。

1.2 節能原理

長沖程抽油機使用三相異步電動機，且應用變頻控制系統，額定功率為30kWh，與常規游梁式抽油機所用電動機型號和功率基本相同。其節能原理主要是抽油機電動機在上沖程的時候做正功[2]，耗電約占比98%，而下沖程和等待時間電動機做負功或者不做功，耗電量約占2%，與間歇式采油方式節電類似，長沖程長沖程采油試驗井耗電數據對比見表1。

表1 長沖程采油試驗井耗電數據對比

2 現場應用情況

為降低外圍低滲透油田低產井能耗，緩解供排不平衡矛盾，2016年開始，長沖程抽油機舉升技術在外圍油田逐步開展攻關試驗，長沖程抽油機由滾筒帶動柔性繩完成往復運動[3]，沖程可達50m、沖次最低1次/h，實現了超長沖程、低沖次的舉升目標。6口長沖程抽油機井連續運行十個月后，節電效果明顯，平均單井日耗電由原來的152kWh，下降到68.5kWh，日節電83.5kWh，平均單井泵效由23.6%提高到62.3%，平均系統效率由9.5%提高到18.9%，試驗井前后平均數據對比見表2。

表2 試驗井前后平均數據對比

在日產液和沉沒度基本不變的情況下，長沖程抽油機泵效遠高于游梁式抽油機，這意味這長沖程抽油機理論排量更接近油井的日實際產液量[4]。6口試驗井試驗前為全出水井，試驗后變成平均日產油0.18t，含水由100%下降到91%，從而證明當人工舉升采油速度與油層供液能力實現供采平衡后[5]，油層開采狀況明顯好轉。

在前期應用6口試驗井取得較好的節能效果的基礎上，繼續在外圍油田開展長沖程高效舉升擴大改造試驗，目前已應用241口井，平均沖程48m、沖次3.8次/h，平均日產液4.1t、日產油0.9t。平均泵效64.5%、系統效率19.4%，平均單井節電84.8kWh，節電率56.9%，長沖程抽油機井運行情況統計見表3。

表3 長沖程抽油機井運行情況統計

3 配套技術完善與應用

經過5年來不斷摸索和實踐，開展了長沖程高效舉升技術研究，形成了6項長沖程抽油機采油配套技術，取得了較好的效果。

1）設計了專用井口盤根盒，實現了1年內不更換盤根；研制了長沖程抽油機專用井口密封盤根盒，改進抽油機井調對中方式，井口密封性能顯著提高，與柔性光桿摩擦力變小，有效減小更換盤根頻率[6]。

2）應用了專用機械刮蠟器，延長加藥熱洗周期3倍以上；泵上1000m每間隔40m抽油桿安裝1個扶正式刮蠟器，隨抽油桿往復運動對生產管柱進行清蠟。

3）在泵筒內加泵筒扶正裝置；采用φ28mm專用連桿，起到防偏磨及加重作用；優化采用φ19+φ16+φ19mm三級桿組合，并合理優化使用扶正器，延長桿管壽命，保證下行通暢。

4）合理優化了桿柱泵匹配，延長了管桿泵使用壽命；在泵筒內加泵筒扶正裝置，采用φ28mm專用連桿，起到防偏磨及加重作用；新井采用（φ22+φ19+φ28）抽油桿+φ57二級泵組合，老井采用（φ19+φ16+φ19+φ28）抽油桿+φ44一級泵組合，扶正采用每40m優化刮蠟器和扶正器數量，并合理優化使用扶正器，延長桿管壽命，保證下行通暢。

5）配套了基礎安裝標準，實現了與抽油機基礎通用；老井技改設計了基礎墊接工具，保證長沖程抽油機底座能與原基礎配套；新井設計了長沖程抽油機專用基礎，使用安全性得到保障[7]。

6）研究了遠傳數據系統，逐步向數字化、智能化邁進[8]；利用WIA-PA/FA網絡傳輸技術，實現拉力、位置、上行速度、下行速度、電壓、電流、功率、示功圖等數據遠傳，結合功圖量油和泵況診斷算法，實現數據分析自動化。

4 結論

1）通過參數優化和合理工作制度的建立，能夠最大程度挖掘長沖程抽油機運行潛力，即油井產能最優同時電網輸出最省電[9]。

2）長沖程智能抽油機的沖程、沖次可在不停機的情況下實現無級調整，使油井達到最佳的產能狀態，該型抽油機能夠較好地適應外圍“三低”油田人工舉升采油的需要。

3）采用長沖程抽油機，沖程最大50m，沖次與常規機相比沖次由200～300次/h，下降到10次/h以內，沖次大幅度降低，能夠有效改善油井桿管偏磨情況，有效延長了檢泵周期。

4）長沖程抽油機連續采油，其能耗接近游梁式抽油機。故使用長沖程抽油機抽油泵間歇采油，方能發揮其節能功效[10]。