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塔架式抽油機(jī)在喇嘛甸油田的應(yīng)用及評價

2022-12-30 04:45:38洪微微大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠
石油石化節(jié)能 2022年12期
關(guān)鍵詞:抽油機(jī)

洪微微(大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠)

常規(guī)游梁式抽油機(jī)作為使用最早、最普遍的抽油機(jī),憑借其結(jié)構(gòu)簡單、維修方便等優(yōu)點,在機(jī)械采油設(shè)備數(shù)量上占據(jù)絕對優(yōu)勢,同時,在油田開發(fā)中發(fā)揮了重要作用;但由于常規(guī)游梁式抽油機(jī)采用四連桿結(jié)構(gòu),傳動節(jié)點多,傳動效率低,能量損失較大,制約機(jī)采井系統(tǒng)效率的提高,不適應(yīng)當(dāng)前油田節(jié)能降耗的發(fā)展趨勢[1]。而塔架式抽油機(jī)采用塔架式結(jié)構(gòu),取消游梁式抽油機(jī)的四連桿傳動結(jié)構(gòu),并通過永磁電動機(jī)等節(jié)能電動機(jī)和智能變頻裝置控制實現(xiàn)抽油桿的上下往復(fù)運動,在節(jié)能降耗方面具有明顯優(yōu)勢,同時具有長沖程、低沖次的特點,可減少桿、管偏磨,延長桿、管使用壽命[2]。塔架式抽油機(jī)作為一種新型舉升設(shè)備先后在華北油田、遼河油田和冀東油田等深井、大斜度井開展試驗,并取得顯著成效。

1 塔架式抽油機(jī)的技術(shù)特點

1.1 工作原理

塔架式抽油機(jī)整機(jī)采用開關(guān)磁阻電動機(jī)驅(qū)動,通過鏈輪鏈條帶動負(fù)載皮帶做往復(fù)運動,通過控制電動機(jī)正、反向轉(zhuǎn)動實現(xiàn)換向,完成抽汲動作。其中,開關(guān)磁阻電動機(jī)具有起動轉(zhuǎn)矩大、起動電流小、調(diào)速范圍廣等特點[3],同時可滿足塔架式抽油機(jī)頻繁換向、負(fù)載變化復(fù)雜等工況,性能穩(wěn)定,結(jié)構(gòu)簡單,適用于各種惡劣、高溫甚至強振動環(huán)境。該系統(tǒng)中電動機(jī)僅對井下載 荷與配重箱載荷差值做功,并配備智能控制柜,可根據(jù)負(fù)載變化自行調(diào)整電動機(jī)參數(shù),實現(xiàn)自主調(diào)參,進(jìn)一步提高節(jié)能效果[4]。在間抽井、稠油井、大排量井、深井開采上具有更明顯優(yōu)勢。塔架式抽油機(jī)見圖1。

圖1 塔架式抽油機(jī)Fig.1 Tower-frame pumping unit

1.2 結(jié)構(gòu)優(yōu)勢

1)沖程長。目前,采油六廠應(yīng)用CYJY10-4.2-53HB型抽油機(jī)占比達(dá)到83%,該機(jī)型最大沖程僅為4.2 m,沖次平均為4.5次/min,而塔架式抽油機(jī)最大沖程可達(dá)8 m、沖次在1~4次/min區(qū)間可實現(xiàn)無級調(diào)整,既滿足產(chǎn)液量變化范圍大的需要,又滿足“長沖程、低沖次”的節(jié)能優(yōu)勢,低沖速特性可以減少抽油桿柱的動載荷,延長泵的進(jìn)液周期;長沖程特性可減少抽油泵的沖程損失,從而減少抽油桿往復(fù)抽汲次數(shù),減少桿管偏磨,延長抽油桿使用壽命[5]。

2)傳動效率高。架體采用齒輪、動滑輪傳動代替?zhèn)鹘y(tǒng)游梁式抽油機(jī)的四連桿機(jī)構(gòu)傳動,結(jié)構(gòu)簡單,機(jī)械效率高,降低電動機(jī)裝機(jī)功率[6]。

3)平衡方式節(jié)能。采用天平平衡方式,通過精確調(diào)整配重,使配重質(zhì)量和懸點載荷相近,有效降低抽汲過程中電動機(jī)的功率消耗。

4)調(diào)平衡操作簡單。配重箱為雙列空腔的箱體,可根據(jù)不同井況、不同井下載荷進(jìn)行設(shè)備重力平衡調(diào)節(jié)[7]。調(diào)節(jié)配重僅需打開配重箱后蓋板,通過增加或減少配重塊即可快速實現(xiàn)設(shè)備平衡調(diào)節(jié)。常規(guī)抽油機(jī)調(diào)平衡需要吊車及多人配合操作,費時費力,而塔架式抽油機(jī)調(diào)平衡僅單人就可操作完成[8],大大減少了勞動強度,減少停井時間。

2 現(xiàn)場應(yīng)用情況

據(jù)調(diào)研,塔架式抽油機(jī)平均檢泵周期為920 d,在遼河油田應(yīng)用145口井,最長的已經(jīng)使用1 000 d;在大慶油田應(yīng)用350口井,該舉升技術(shù)較為成熟且應(yīng)用范圍廣。其中,采油六廠于2020年先后應(yīng)用92口井。

2.1 泵效優(yōu)勢顯著

對比同區(qū)塊常規(guī)游梁式抽油機(jī)與塔架式抽油機(jī)的生產(chǎn)參數(shù),塔架式抽油機(jī)泵效高出11.22%,實現(xiàn)了“長沖程、低沖次”的采油工藝。從目前在用的50口塔架式抽油機(jī)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的監(jiān)測情況來看,泵效到達(dá)80%以上的比例占比75%,泵充滿程度高的優(yōu)勢顯著。某區(qū)塊塔架式抽油機(jī)與常規(guī)抽油機(jī)生產(chǎn)參數(shù)對比見表1。

表1 某區(qū)塊塔架式抽油機(jī)與常規(guī)抽油機(jī)生產(chǎn)參數(shù)對比Tab.1 Comparison of production parameters between tower-frame pumping unit and conventional pumping unit in a block

2.2 節(jié)能效果明顯

因為塔架式抽油機(jī)“長沖程、低沖次”的優(yōu)勢[9],在選井時多選取低產(chǎn)液井,目前,在用井的日產(chǎn)液范圍為7~64.2 t。按照機(jī)采節(jié)能技術(shù)評價標(biāo)準(zhǔn)要求,分別選取10口日產(chǎn)液量、動液面等生產(chǎn)參數(shù)差異不超過5%的相近井,進(jìn)行能耗數(shù)據(jù)測試,裝機(jī)功率下降45.96%,系統(tǒng)效率提高8.53%,百米噸液耗電下降0.328 kWh/100 m·t。具體能耗數(shù)據(jù)見表2。

表2 能耗數(shù)據(jù)對比Tab.2 Comparison of energy consumption data

2.3 生產(chǎn)維護(hù)工作量小

塔架式抽油機(jī)結(jié)構(gòu)較簡單,維護(hù)點較少,易損件少,只有鋼絲繩、動滑輪等需定期潤滑;保養(yǎng)率低,一年2次;在生產(chǎn)過程中的沖程、沖次、防沖距等調(diào)節(jié)均可用電子遙控來操作完成,快速、方便;平衡調(diào)整只需單人對配重進(jìn)行操作即可完成,能夠減少勞動強度。塔架式抽油機(jī)保養(yǎng)與巡檢項目見表3。

表3 塔架式抽油機(jī)保養(yǎng)與巡檢項目Tab.3 Tower machine maintenance and inspection project

2.4 安全性能高

塔架式抽油機(jī)采用電磁制動技術(shù),當(dāng)按“停止”按鈕或電路突然斷電時,制動系統(tǒng)的控制電路失磁,制動器介入,實現(xiàn)抽油機(jī)平穩(wěn)可靠剎車;變頻系統(tǒng)自控程度高,對過載、失速具有完善保護(hù)功能,當(dāng)抽油桿斷脫時系統(tǒng)能及時可靠停機(jī),大大提高了安全性能[10]。與常規(guī)游梁式抽油機(jī)安全性能及運行維護(hù)情況對比見表4。

表4 常規(guī)游梁式抽油機(jī)與塔架式抽油機(jī)安全性能及運行維護(hù)情況對比Tab.4 Comparison of safety performance and operation and maintenance with conventional beam pumping units and tower-frame pumping units

2.5 現(xiàn)場出現(xiàn)的泵況問題分析

1)塔架式抽油機(jī)出現(xiàn)卡泵問題。分析主要原因是:一是塔架式抽油機(jī)沖程長、沖次慢,管柱內(nèi)液體流動慢,一些雜質(zhì)容易回落回泵筒,造成卡泵;二是210隊投產(chǎn)的塔架式抽油機(jī)都是補孔和壓裂等措施井,井底液內(nèi)含雜質(zhì)多,容易造成卡泵。

2)塔架式抽油機(jī)出現(xiàn)固定凡爾漏失問題。分析主要原因是:塔架式抽油機(jī)沖程長、沖次慢,固定凡爾回位較慢,容易被油蠟和其他雜物墊住,造成凡爾漏失,4—6月份某區(qū)塊出現(xiàn)了6口凡爾漏失井,洗井后恢復(fù)正常。

綜合以上泵況問題,建議在出砂嚴(yán)重井減少使用該舉升設(shè)備,同時,要不斷完善塔架式抽油機(jī)現(xiàn)場操作標(biāo)準(zhǔn),及時做好洗井管理、壓裂后的固砂管理,避免雜質(zhì)等影響泵況。

3 經(jīng)濟(jì)效益評價

塔架式抽油機(jī)一次性投資,比常規(guī)抽油機(jī)高7.185 2萬元;年均維護(hù)費用,比常規(guī)抽油機(jī)低3.3萬元;當(dāng)運行時間達(dá)到2.17 a時,二者相等,之后塔架式抽油機(jī)的總費用低于抽油機(jī)。兩種抽油機(jī)一次性投資及年維護(hù)費用對比見表5。

表5 兩種抽油機(jī)一次性投資及年維護(hù)費用對比Tab.5 One-time investment and annual maintenance cost comparison of the two pumping units

4 結(jié)論

1)塔架式抽油機(jī)通過改變抽油機(jī)的結(jié)構(gòu),采用天平平衡方式和動滑輪等結(jié)構(gòu),使抽油機(jī)本身的工作方式具有節(jié)能特性。

2)塔架式抽油機(jī)可以提高機(jī)采井系統(tǒng)效率,提高泵效,而且參數(shù)調(diào)整、調(diào)平衡更為方便,單人便可完成相關(guān)操作,減少停井時間,通過使用智能化變頻控制裝置提高抽油機(jī)安全性能,減少工作量,降低勞動強度,降低油田的綜合成本。

3)用低沖次、長沖程的塔架式抽油機(jī),來減緩桿、管磨損,延長檢泵周期。據(jù)調(diào)研塔架式抽油機(jī)平均檢泵周期為920 d,采油六廠抽油機(jī)平均檢泵周期為745 d,延長175 d,節(jié)省檢泵作業(yè)費用0.6萬元/a,目前塔架式抽油機(jī)最長運行周期為377d,還未出現(xiàn)桿、管偏磨的問題。

4)塔架式抽油機(jī)能夠滿足越來越嚴(yán)格的節(jié)能要求,符合建設(shè)數(shù)字化油田的大趨勢,能夠較好的解決人員減少的問題,同時其占地面積小,運轉(zhuǎn)平穩(wěn),安全系數(shù)高,能夠帶來較好的社會效益。

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