降低抽油機井系統能耗的措施與效果

王鑫（大慶油田有限責任公司第五采油廠）

降低抽油機井系統能耗的措施與效果

王鑫（大慶油田有限責任公司第五采油廠）

目前，油田機采系統能耗呈逐年上升趨勢，單井產液量下降，能耗水平上升，節能形勢非常嚴峻。在保證原油產量的情況下，針對有節能潛力的抽油機井，特別是針對新投的抽油機井，通過采取合理匹配抽汲參數、優選能耗設備、加大能耗設備改造力度和加強生產管理等綜合配套節能措施降低生產運行能耗。

抽油機 節能 措施 效果

2010年，實測3202口機采井系統效率，平均系統效率24.17%，測試單耗6.6k W h/t，其中測試2 924口抽油機井系統效率，平均系統效率24.18%，測試單耗6.72k W h/t。在實測抽油機井中單耗在8k W h/t以上的高單耗抽油機井有1 617口，占實測抽油機井總數的55.3%，平均單耗13.43 k W h/t，這部分井節能潛力相對較大，是重點分析和采取節能措施進行綜合治理的對象。

1 影響抽油機井系統能耗因素分析

機采節能工作的宗旨就是在保證一定原油產量的情況下，盡可能少耗電。因此，從井下采出單位質量的原油需要消耗的電能，即單耗，就成為評價機采井能耗水平的核心技術指標。為此，以單耗理論計算公式為基礎，結合生產實際，對影響抽油機井單耗的因素進行了深入分析。

1.1 抽油機負載率偏低

1.1.1 抽油機機型偏大

當抽油機機型偏大時，減速箱軸承和齒輪承受的負荷大，摩擦損失大，無效功率損失大，單耗高。抽油機載荷利用率越小，無效功率損失占消耗功率的比例越大，抽油機總體應用水平越低[1]。根據理論分析，為排除參數和泵效對單耗的影響，把泵效在40%以上、沖速在6m i n-1以下的井作為重點統計分析對象，統計這部分井中載荷利用率≤20%、單耗在8k W h/t以上的井共77口。

這77口井平均沉沒度為92m，生產參數沒有上調余地，平均單耗較全區塊平均水平高5.01 k W h/t，分析認為主要是機型偏大所致。具體表現是，平均載荷利用率低于全區塊平均水平42.66個百分點，這部分井10型及10型以上抽油機有57口，可以通過換小機型措施降低單耗。

1.1.2 電動機裝機功率偏大

當電動機額定功率偏大時，電動機熱損失和機械損失大，無效功率損失大，單耗高[2]。參考有關資料，當電動機功率利用率在20%以下時，電動機效率將低于60%，功率因數低于0.5，自身損失增加，偏離高效區，處于低效運行狀態。為了排除其他因素對單耗的影響，把載荷利用率>60.44%、泵效>40%、沖速在6m i n-1的井作為重點統計分析對象。統計這部分井中功率利用率≤20%、單耗在8.0k W h/t以上的井共416口，分析認為主要是由于單井產量偏低、供液能力不足、生產參數沒有上調余地、電動機裝機功率偏大所致。針對這部分井可以采取換小電動機措施，降低無用功消耗，提高功率利用率，使電動機在高效區運行，從而降低運行能耗和生產單耗。

1.2 抽油井抽汲參數不合理

依據理論分析，在泵徑、沖程和沖速中對單耗影響最大的是沖速，單耗與沖速的平方呈正相關關系。因此，在分析抽汲參數對單耗的影響時，以沖速為重心，按照“長沖程、大泵徑、低沖速”的總體原則，同時結合其他相關生產數據，對抽汲參數進行合理匹配，使得能耗和單耗最低。

1.2.1 抽汲參數偏小

抽汲參數偏小主要表現為：在沉沒度和泵效都較高的情況，泵徑或沖程有進一步調大余地。在這種情況下，雖然舉升高度和抽汲參數均較低，對降低能耗是有利因素，但是由于產液量能力沒有得到充分發揮，使得單耗仍然較高。依據理論分析，為排除其他因素對單耗的影響，把載荷利用率>60.44%、功率利用率>26.51%、沉沒度>300m、泵效>45%、沖速＜6m i n-1、泵徑＜70m m或沖程沒有達到最大值的井作為重點統計分析對象，統計其中單耗>8.0k W h/t的井共118口。針對這部分井，可以根據沉沒度和泵效具體情況，通過軟件優化，合理換大泵徑、調大沖程，使產液量和舉升高度的匹配更趨合理，進而實現單耗的降低。另外，針對個別井的單井情況，還可以采取堵水措施，通過降低無效采出液，減少能耗，降低噸油耗電。

1.2.2 抽汲參數相對偏大

對于地層供液能力不強的抽油機井，如果采用相對較大的抽汲參數生產，會導致低沉沒度、低泵效，抽油泵充滿程度低，此時，系統容積、水利和摩擦功率消耗相對較大，無效功消耗大，造成單耗高。對于這部分井，可以通過調小參、間抽、檢換小泵、安裝減速裝置、轉提撈和壓裂等措施降低單耗。

1.2.3 抽汲參數匹配不合理

依據優化理論，分析認為這部分井主要是沖程、泵徑偏小，沖速偏高，使抽油桿彈性變形損失、慣性載荷增加，電量增加幅度大于液量增加幅度，導致單耗升高。統計這類井共43口。對沖程有上調余地的井，可采取調大沖程、降低沖次措施進行調節；對沖程沒有調節余地的井，可以利用檢泵時機換大泵徑、降低沖速措施進行調整，降低無效功率消耗，實現降低單耗的目的。

1.3 抽油機無效功消耗大

1.3.1 泵容積損失大

造成容積損失大有兩方面原因：當抽油泵嚴重漏失時，柱塞和襯套間徑向間隙大，使泵的容積損失增大，造成無效功率損失相對增加，單耗高；當篩管堵塞嚴重時，造成泵的供液不足，柱塞兩端壓差大，導致柱塞與襯套摩擦損失和漏失量增加，無效功率損失增大，單耗高。根據生產數據統計這類井共有64口，對這部分井，必須采取檢泵措施，在恢復泵況的同時，優化匹配參數，實現降低單耗和能耗的目的。

1.3.2 地面無效摩擦損失功率大

如“五率”、盤根和皮帶等調整不及時，會造成摩擦損失的增加，使無效功率損失增大，單耗高。這類井有62口，生產運行參數均在正常范圍之內，但是單耗卻達到13.03k W h/t，綜合分析認為主要是由于地面設備摩擦損失消耗功率偏大造成的。針對這部分井，應通過加強調整“五率”和盤根松緊度等措施，減少地面傳動、相對運動摩擦等無效功消耗，實現降低單耗的目的。

2 降低能耗主要優化措施及效果

2011年，重點針對單耗在8.0k W h/t以上的抽油機井，共采取各類降低單耗措施13項、308 2井次，措施井單耗明顯降低，取得較好節能效果。

2.1 針對設備利用率低的抽油機井，優化設計配套措施

2.1.1 機型偏大

針對因機型偏大造成高能耗的抽油機井，采取換小機型措施8口井，應用新型節能抽油機1口井，抽油機節能改造9口井。對機型偏大井治理后，平均單井日節電24 k W h，18口井預計當年節電7.77×104k W h。

2.1.2 應用節能電動機

針對因電動機裝機功率偏大造成高單耗的抽油機井，采取更換裝機功率小的節能型電動機或對常規電動機進行節能改造，共計240臺。措施前后，平均裝機功率降低8.5 k W，功率利用率提高1.5個百分點，平均單耗降低2.0k W h/t，平均消耗功率減少1.6 k W，平均單井日節電38.4 k W h，節電率23.5%，240口井預計當年節電465.9×104k W h。

2.1.3 應用節能控制箱

應用節能控制箱131臺，安裝前后通過節能控制與常規控制箱對比，節電率15.5%，平均單井日節電23.8k W h，231口井預計當年節電98.96×104k W h。

2.2 針對抽汲參數不合理的抽油機井，優化匹配參數

2.2.1 優化匹配泵徑、地面參數

針對正常生產時沉沒度高、泵效高、沖速高的高單耗抽油機井，利用檢泵時機采取換大泵、調小沖速措施22口井。換大泵、調小沖速后，平均泵徑增大15 m m，沖速降低2.7m i n-1，平均理論排量增大3.1 m3/d，沉沒度降低8 1.2m，泵效提高8.1個百分點，單耗降低3.63k W h/t，消耗功率降低1.63 k W，平均單井日節電39.1 k W h，22口井預計當年節電15.48×104k W h。

針對正常生產時地面參數已調至最小，沉沒度低、泵效低、單耗高的抽油機井，利用檢泵時機采取換小泵徑措施55口井。換小泵后，平均泵徑減小12.5 m m，理論排量降低15.6%，沉沒度增加96.3 m，泵效提高8.9個百分點，單耗降低1.39 k W h/t，消耗功率降低2.23k W，平均單井日節電53.5k W h，55口井預計當年節電52.96×104k W h。

2.2.2 調小參數

針對因沖速高而造成沉沒度低、泵效低、單耗高的抽油機井，采取調小沖速措施232口井，調小沖程措施22口井。調小參數后，平均沖速降低2m i n-1，沉沒度增加220.9m，泵效提高5.4個百分點，單耗降低2.19k W h/t，消耗功率減少2.0k W，平均單井日節電48k W h，254口井預計當年節電219×104k W h。

2.2.3 間抽措施

針對沉沒度低、泵效低、地面參數已調至最小，單耗仍然偏高的抽油機井，采取間抽措施8 70口井。間抽前后對比，平均沉沒度增加131.1 m，泵效增加10.9個百分點，單耗降低7.6k W h/t，消耗功率減少1.06k W，平均單井日節電25.4 k W h。年間抽時間按7個月計算，1104口井預計當年節電可達464.06×104k W h。

2.2.4 調大沖程

針對高沉沒度、高泵效、沖程有調大余地的高單耗抽油機井，采取調大沖程措施60口。調大沖程后，平均沉沒度降低118.8m，泵效降低3.5個百分點，單耗降低1.17k W h/t，消耗功率增加0.63 k W。預計年增加產液量12.3×104t，年增加電量30.6×104k W h，當年增加電量19.7×104k W h，相同液量年減少電量增幅8 2.8×104k W h。

2.2.5 優化匹配地面參數

針對沉沒度、泵效都在合理范圍，沖速高，而沖程有調大余地的高單耗抽油機，采取調大沖程、調小沖速措施3口井。

調大沖程、調小沖速后，平均沖程增加0.7m，沖速降低1.7m i n-1，平均日產液量增加0.7t，沉沒度降低18.4 m，泵效提高2.4個百分點，單耗降低0.8k W h/t，消耗功率減少0.48k W，平均單井日節電11.5k W h，3口井預計當年節電0.62×104k W h。

2.3 針對無效功消耗大的抽油機井，強化管理

2.3.1 針對泵漏井，采取檢泵措施

2011年對因井下泵漏失量大，造成無效功率損失大，單耗高的抽油機井，累計采取檢泵措施64口井。泵漏檢泵后，平均沉沒度降低325.8m，平均泵效提高40.8個百分點，平均單耗降低9.26 k W h/t，平均消耗功率增加3.6k W。64口井檢泵，預計年增加產液37.73×104t，年增加產油量3.2×104t，年增加電量18 9.1×104k W h，當年增加電量91.1×104k W h，相同液量年減少電量增幅452.1×104k W h。

2.3.2 對無效功消耗大的抽油機井，加強生產運行管理

抽油機井傳動部分潤滑程度、盤根松緊狀態、平衡狀況和結蠟情況直接影響抽油機系統能耗，加強生產管理、規范生產運行是降低抽油機系統能耗的根本。在實際生產中重點對抽油機調平衡前后能耗變化情況進行統計對比。2009年以來，針對不平衡抽油機井累計采取調整措施1 043井次，調平衡前后對比平均單耗降低0.21 k W h/t，平均單井日節電5k W h，預計當年節電93.8 7×104k W h。

3 經濟效益

通過對高能耗抽油機井積極采取綜合配套節能措施，截至11月底，抽油機井系統效率由去年的24.12%提高到24.17%，提高0.05個百分點，噸液耗電由6.72k W h/t降到6.50k W h/t，降低0.22k W h/t。

2011年以來，重點針對抽油機井，在對能耗設備全面調查的基礎上，通過系統分析單井能耗水平和能耗影響因素，積極采取各類綜合配套節電措施，取得較好效果，預計當年節電1 326.8 8×104k W h，按每千瓦時電0.596元計算，可節約成本790.8 2×104元。

[1]張凌,才松林,于生.常規游梁式抽油機節能途徑分析[J],石油石化節能,2 0 1 1(1):1 9-2 0.

[2]朱晶,張恒發.抽油機井參數整體優化技術應用及效果分析[J],油氣田地面工程,2 0 0 9(2 8):6-7.

10.3969/j.issn.2095-1493.2012.04.017

王鑫，2007年畢業于大慶石油學院，從事采油工程工作，E-m a i l：8 2492443@q q.c o m，地址：黑龍江省大慶油田第五采油廠工程技術大隊，163000。

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