長慶油田機采系統現狀分析及轉子變頻調速技術發展前景

摘 要：長慶油田“三低”的地質特征決定了油井單井產量普遍偏低，目前主要采用游梁式抽油機舉升方式，油井生產特點和抽油機系統本身存在的缺陷導致機采系統效率低，功率因素低，難于實現油井的最佳的供排協調。通過開展抽油機轉子變頻調速技術研究表明，該技術具有明顯的技術優勢，在長慶油田低滲透油井具有較好的發展前景。

關鍵詞：長慶油田；機采效率；轉子變頻；節能減排

中圖分類號：TM92 文獻標識碼：A

一、長慶油田機采系統現狀分析

1油井生產特點導致了機采系統效率偏低

產液量和動液面是影響長慶油田機采系統效率的兩個關鍵因素。受儲層條件本身的影響，長慶油田單井液量普遍偏低（4.53m3/d），供液能力較差（動液面1250m），這也引起泵效和機采系統效率總體偏低，分別為40.1%和19.9%，低于股份公司（泵效平均為42.2%，機采系統效率為22.9%）的平均水平。

同時，機采設備選型偏大或者抽汲方式不適合于低產井，也是導致系統效率偏低的因素。長慶油田在所調查的24941口油井的結果表明，抽油機主要以八型、十型、六型機為主，抽油機平均負載利用率62.1%，電機功率利用率24.0%。分析主要有兩方面原因：一是產建新區抽油機及電機選型充分考慮油井生命周期，結合開發后期生產，一般按最大生產參數設計，而實際上油井的產量一般低于預計值，參數的放大尚留有一定的余量；二是電機起動力矩和堵轉力矩要求至少是正常運行時的2.2-3倍，所配電機功率必須遠大于實際運行時的負載功率，一般比實際運行消耗的有功功率大3-5倍，因此，普遍存在著所謂的“大馬拉小車”現象。

2原有技術很難實現最佳的供排協調

合理的工作制度目的就是實現供排協調，原有技術難以實現供排協調的主要原因：一是優化設計本身是根據地質部門的預測產量以及油田長期開發的需要，合理的選擇最佳的抽汲參數，而實際上地層供液在一定時間段內是動態變化的過程，很難做到設計排量恰好等于實際產量；二是抽汲參數是不連續的，是一個由泵徑、沖程和沖次組成的有級組合，通常泵徑系列為Φ28mm、Φ32mm、Φ38mm、Φ44mm等；沖程一般為1.2m、1.8m、2.4m、3.0m；沖次為5次/min、3.5次/min、2.5次/min等，這樣的抽汲參數組合很難與地層供液量達到最佳匹配關系。

3抽油機系統本身存在的缺陷

（1）、抽油機的啟動為全壓起動，啟動時電流達到其額定電流的5-7倍，對電網和電機電流沖擊大，電網電壓波動大。

（2）、“倒發電”現象普遍且嚴重

“倒發電”是指電機在負載的作用下工作在同步轉速以上，電動機變成了發電機，倒發電產生的能量損耗為26.8%。

（3）工頻運行特性硬、沖擊損耗大。

電機工頻運行時呈現“硬特性”，在負載大小變化轉換時沖擊損耗大，同時，掩蓋了不平衡狀態，導致抽油機把能量浪費在“舉重”上。

（4）功率因數低，線路和電機無功損耗大。抽油機普遍存在“大馬拉小車”現象，負載變化大造成電機功率因數低（0.1～0.5，平均0.35），變壓器效率降低，配電線路損耗增大，線路和電機投資也自然增大。

二、“一拖多”轉子變頻調速技術優勢

1技術優勢

通過抽油機“一拖多”轉子變頻調速技術先導性試驗研究表明，該系統節電效果顯著，應用于抽油機是可行的。與其他類型節電裝置相比該技術具有明顯的優勢：

（1）實現了對抽油機的無級調速控制功能，便于調節抽油機沖次，改變傳統通過更換皮帶輪調沖次的管理模式。

（2）該系統對抽油機的調速范圍（最大轉速與最低轉速之比）寬，一般可達5.0，可最大范圍滿足油井生產需要，可實現低產油井生產的供排協調。

（3）該系統節電率可進一步提高，試驗井組目前平均有功節電率18.3%。研究得出抽油機電動機的輸入有功功率隨沖次的降低而基本線性降低，沖次越低，電動機有功輸入功率越小，有功節電率就越高。

（4）該系統具有較高的功率因數，一般在0.9以上。而原鼠籠式電機的功率因數一般在0.1～0.5以內，平均0.4，明顯低于“一拖多”繞線式電機變頻調速裝置。

（5）該系統實現對電機的合理降容，在不改變電機特性的情況下，電機裝機容量下降8%，提高了電機功率利用率，提高了電機運行效率。

（6）該系統實現了轉差能量回饋和再生能量回饋，節電性能高，基本解決了抽油機運行過程中因“倒發電”造成的電能損失的問題。

三、轉子變頻技術前景展望

依據長慶油田發展規劃，長慶油田油氣當量將達到5000萬噸，油井總數也將達到5萬口井左右。如果推廣抽油機“一拖多”轉子變頻技術將為企業創造更多的效益，具體表現在兩個方面：

1具有較好的經濟效益

（1）按照單井日耗電量65.0KW.h（7型機）計算，全油田抽油機年耗電量約為12.0×108KW.h，年電費支出7.44億元。按照20%的節電能力計算，年節約電量2.40×108KW.h，節約電費支出1.49億元。

（2）抽油機一般標配三個皮帶輪，更換皮帶輪費時費力、效率低。只有無級調速才能使抽油機實現和達到最佳供排協調。無級調速和遠程調參減少了現場人員勞動強度和工作量，有效降低了人力成本和費用，提高了勞動效率。

（3）低沖次既滿足了油井供排協調的需要，又減少了管桿的偏磨，在延長設備使用壽命的同時，節約了維修作業成本。

2具有較好的社會效益

（1）實現智能調速將可以大大降低人工勞動強度，從而催生管理模式的轉變，減少用工，同時還可以把技術人員從現場解脫出來，專門從事技術政策的制定分析與技術研究。

（2）按每節約1度（千瓦時）電，就相應節約了0.4千克標準煤，同時減少污染排放0.997千克二氧化碳的標準換算，年節約電量2.40×108KW·h相當于年節約9.6萬噸標煤，年減少CO2排放量23.9萬噸，符合國家節能減排工程總體要求。

總之，該技術在節約成本的同時又符合國家低碳環保的總體要求，有較強的經濟效益和社會效益，具有較好的推廣應用前景。

四、結論與認識

1長慶油田三低的地質特點決定了油井產量普遍較低，采用游梁式抽油機舉升時機采系統效率偏低，存在“大馬拉小車”現象，難以實現油井生產供排協調。

2通過先導性試驗表明，將“一拖多”轉子變頻技術應用于抽油機是可行的，具有明顯的技術優勢。

3先導性試驗表明，抽油機“一拖多”轉子變頻技術具有較高的節電效率，具有較高的經濟效益和社會效益，符合國家節能減排和低碳環保的要求，具有較好的現場應用前景。

參考文獻

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