提高抽油機井系統效率配套節能技術的效果分析

孫守淵，王艷麗

(1.玉門油田分公司鉆采工程研究院，甘肅 酒泉 735019;2.玉門油田分公司方圓物業管理有限責任公司，甘肅 酒泉 735019)

老君廟油田自1939年開發以來，先后安裝了1 000多臺抽油機，抽油機井系統平均效率不足10%，年耗電約4.4×107kWh，占油田總耗電量的75%。大量的抽油設備長期在低效率區運行，造成極大的能源浪費，也給油田帶來了一定的經濟損失。如何合理控制抽油機的運行，使各項參數能更好的適應地面和井下工況，提高抽油機井系統效率，節約電能，降低開采成本，延長設備使用壽命，分析研究出提高抽油機井系統效率的節能技術成為當務之急[1－5]。

1 抽油機井系統節能的方向

目前，老君廟油田的采油設備中，游梁式抽油機應用最為普遍，且屬于低效率運行。研究游梁式抽油機井的節能效果應從兩個方面進行考慮:一是提高電動機的負載率和效率;二是調整電動機的機械部件，使機、桿、泵系統達到最優配合，提高整體功效。兩者相比，后者更有潛力，應作為游梁式抽油機井節能技術研究的主要方向。分析游梁式抽油機井系統各環節的能耗狀態，得出不同工況下的系統最佳組合和不同配置下的最佳控制參數，建立抽油機井系統合理的工作機制，在不更換抽油機和保證產液量不變的情況下，進行有針對性的節能改造和節能技術應用，降低單耗，提高抽油機井系統效率[6]。

2 提高抽油機井系統效率的配套節能技術

通過研究游梁式抽油機井機械特性與供電接線方式，結合國內現有抽油機井節能技術和節能產品，針對老君廟油田生產實際，從六個方面進行了節能技術研究和探索:(1)調整抽油機平衡度;(2)使用新型節能電機;(3)電容無功補償技術應用;(4)采用可控硅移相角降低電機端電壓控制技術;(5)變頻控制電機轉速技術;(6)抽油機井參數全面優化技術。

3 提高抽油機井系統效率的配套節能技術效果分析

3.1 調整抽油機平衡度效果

抽油機平衡度不合格時，平衡重將帶動電機發電，致使抽油機井系統效率降低，單耗升高。探討調整抽油機井平衡度對各項運行數據的影響見表1。

表1 抽油機調整平衡度監測數據

從表1可以看出，抽油機平衡度調整合格后，系統效率提高了0.89%，單耗降低了0.58 kWh/(102m·t)，綜合節電率達8.81%。

3.2 使用新型節能電機效果

抽油機普通電機高能耗、低效率。新型節能電機具有明顯優勢，由于裝機容量相對較小，能夠有效降低抽油機“儲備”能力，避免“大馬拉小車”現象。表2為節能電機應用前后數據對比。

從對比情況可以看出，應用新型節能電機后，系統效率提高了0.16%，平均單耗降低了0.47 kWh/(102m·t)，綜合節電率可達13.30%。

3.3 電容無功補償技術應用效果

抽油機配套電機裝機功率，是依據抽油機運行時產生的峰值功率和啟抽時的啟動力矩得出的。由于抽油機啟動時慣性載荷大，所需啟動力矩大，為克服啟動時的慣性和正常運行中產生的高負荷峰值，一般電機功率配置過大，也由此導致電機在實際運行中負載率低，功率因數減小，無功功率高[7]。經測試，應用電容無功補償技術后，平均功率因數提高了0.556 0，系統效率提高了0.56%，平均單耗降低了0.12 kWh/(102m·t)，綜合節電率達到12.10%，具體測試數據對比參見表3。

表2 抽油機應用節能電機監測數據表

表3 抽油機應用電容無功補償技術監測數據表

3.4 采用可控硅移相角降低電機端電壓技術效果

抽油機井運行時，電機分重載和輕載過程，抽油機上行時為重載過程，下行時為輕載過程。輕載過程的電機轉速較重載過程大，采用可控硅移相角降低電機端電壓技術，使電壓的降低程度大于轉差率及功率因數的上升程度，從而提高電動機效率，實現節能。對采用了可控硅移相角降低電機端電壓技術的3口油井運行進行測試，分析數據見表4。應用此技術后，功率因數提高了0.068 6，平均效率提高了0.79%，單耗降低了 0.45 kWh/(102m·t)，綜合節電率達11.96%。

表4 抽油機應用可控硅降低電機端電壓控制技術監測數據表

3.5 變頻控制電機轉速技術應用效果

對供液不足或間歇出油的抽油機井，一般采用減少機井工作時間降低采液單耗。應用變頻控制電機轉速技術，可直接調整工作參數，降低沖次，提高系統效率[8－9]。經測試，應用變頻控制電機轉速技術后，抽油機井平均系統效率可提高3.37%，采液單耗降低1.08 kWh/(102m·t)，綜合節電率可達34.22%，具體數據見表5。

表5 抽油機應用變頻控制電機轉速技術監測數據表

3.6 抽油機井參數全面優化技術效果

影響抽油機井系統效率的最大因素是地下供液能力，如何搞好供采協調和管柱設計至關重要。抽油機井參數全面優化技術，就是要確定合理的沉沒度和管柱組合，提淺泵掛深度，加大沖程，降低沖次，提高系統效率，降低單耗[10－11]。由表6可以看出，對抽油機井參數全面優化后，平均系統效率可提高4.33%，單耗降低 5.03 kWh/(102m·t)，綜合節電率達45.12%。

表6 抽油機應用機采參數全面優化技術監測數據表

4 結論

(1)提高抽油機井系統效率，主要應從改善運行工況、節能設備應用、新技術推廣等方面入手，綜合分析，合理選用。

(2)抽油機井系統效率作為一個動態指標，需要根據具體井況的不同，對其影響因素進行綜合分析，才能確定所要采取的配套節能技術。

(3)綜合應用相應配套節能技術，能夠實現提高系統效率1% ～4%，綜合節電率10% ～40%，降低采液單耗，節約開發成本的目的。

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