機采系統節能技術挖潛與應用

畢偉紅（吉林油田公司長春采油廠）

隨著開發生產時間的延長，長春采油廠油井產量遞減，低產低效井增多，機泵平均泵效不足35%，電動機利用率僅為23.4%，抽油機載荷利用率僅為44.8%，直接導致采油系統效率低（僅為15.01%），耗能高（噸液耗電高達24.4kWh），增加了開采成本。為此，亟需及時分析單井耗能，進行節能挖潛，以實現采油系統高效低耗運行。

1 抽油機井高耗能原因分析

1.1 產能低，噸液耗電高

四家子區塊平均泵掛570m，產量低于3t的井噸液耗電達67.2kWh，是區塊平均噸液耗電水平的6倍；伊通區塊平均泵掛1870m，能量傳遞距離長、損失大，產量低于3t的井噸液耗電達100 kWh，是區塊平均噸液耗電水平的5.4倍。

1.2 機采設備匹配狀況差，整體耗能高

1）普通異步電動機效率低。淺層生產井80%投產時采用的是普通異步電動機，而普通異步電動機轉子線圈存在較大銅損，平均功率因數僅為0.35，效率低，僅為30%，不利于節能。

2）抽油機平穩運行狀況差。平衡率僅為77%，不節能，且影響設備使用壽命。

3）抽油機負荷利用率低。淺層生產井大部分配備應用的是五型或六型抽油機，負荷利用率僅為44.8%，造成能源浪費。

4）皮帶打滑問題嚴重，在雨季尤為突出，傳動效率較低，且皮帶消耗較大。僅在2010年7月就有42口井發生燒皮帶現象，損耗皮帶57條，導致停井、卡井等問題，制約生產，影響當月產油量達298t。

2 節能挖潛技術

2.1 利用二級減速器挖潛低效井節能空間

針對低產能井或受電動機老化影響沖速已無法再下調的高耗低效井，利用二級減速器進行節能挖潛。二級減速器即在抽油機皮帶輪與電動機皮帶輪傳動間增加一級傳動裝置，利用大輪和小輪間角速度和線速度的轉換來實現降低沖速、減少耗能的目的。現場實施10口井（表1），使用前后產量基本持平，平均沖速下降2.8min-1，系統效率提高2.8%，噸液耗電降低11.4kWh，日節電19.3kWh，節電率達39%，年節電能力7.0×104kWh，年節約操作成本3.5萬元。

2.2 利用智能間抽控制儀實現間歇出油井的供排協調

針對人工間抽井、低產能生產井或間歇出油井，大多數采用人工摸索開井時間，但易造成開井時間不合理的問題，利用智能間抽控制儀摸索出液規律，達到供排協調。

智能間抽控制儀即通過高分辨率傳感器檢測抽油機電動機動力線電流、電壓及相位角，同時計算出電動機工作的實時有功功率、無功功率，并根據抽油機上、下行電流及抽油機增載、卸載過程的關系，準確描述出抽油機加載及卸載過程的電流運行軌跡及加、卸載過程的時間變化，將采集到的數據經存儲、修正后，找出真實反映抽油機實際運行情況的電流、功率及負荷的變化規律，真正達到對抽油機的智能化、科學化管理。

表1 二級減速器安裝前后效果對比

現場實施5口井，日節電38kWh，年節電6.94×104kWh，累增油26t。

2.3 創新皮帶保護技術，增加皮帶傳動效率

為了提高皮帶傳動效率，減小皮帶損耗，針對皮帶摩擦系數低、包角不夠的抽油機井，設計并應用皮帶張緊輪技術實現皮帶保護（圖1）。

圖1 皮帶張緊輪安裝示意圖

在抽油機大帶輪和電動機小帶輪連接皮帶的中間位置外側，安裝一個可上下調整的平式張緊輪；通過張緊輪調整，增加皮帶包角并增加張緊力，補充皮帶在小帶輪下端的松弛下垂，減少皮帶打滑造成燒毀現象?，F場試驗2口井，使用前平均每2個月換1組皮帶，使用后至目前未更換過皮帶，年節約材料費1.56萬元，系統效率提高2.2%。

3 設備優化技術

3.1 應用節能電動機，降低電動機自身運行損耗

稀土永磁電動機功率因數高，不但可降低電動機本身運行損耗，還能降低電網的配送電功率，減少線損；同時降低線路壓降，減小沖擊性無功負載，避免電壓劇烈波動。針對異步電動機功率因數低、無功損耗大的井，更換使用稀土永磁電動機?，F場應用46口井，平均功率因數提高0.32，系統效率提高了1.9%，噸液耗電降低4kWh，單井日節電15kWh，節電率26.2%，年節電能力25.2×104kWh。

3.2 應用抽油機機型優化技術，實現設備經濟運行

為了解決抽油機負荷利用率低的問題，對四家子機型偏大井進行機型優化調整，優化后設備運行狀況良好，電流減小，輸入功率明顯降低。系統效率提高了12%，噸液耗電降低了4.88kWh，日節電20.6kWh，節電率達32%，年節電能力0.75×104kWh，同時實現了閑置設備再利用，節約了投入資金（表2）。

4 參數優化技術

4.1 優化工作參數，滿足供排需求

依據懸點載荷計算公式[1]，載荷與沖速、泵徑是二次函數關系，與沖程是一次函數關系，因此泵徑和沖速對載荷的影響遠大于沖程，但調整泵徑成本高；另外，由于部分區塊井深，沖程損失大，且存在井眼軌跡不規則、結蠟、易凝等問題，為此對工作參數偏大的井，首先考慮降沖速?，F場采用換皮帶輪或使用變頻器降沖速46口（表3），系統效率提高7.1%，單井日節電11.3kWh，年節電19.0×104kWh；對產能高、參數偏小的井調大工作參數5口，實現累增油480t。

表2 四家子1-4井抽油機換型前后效果對比

表3 降沖速效果對比

4.2 優化開井時間，確定合理間抽制度

從油井產能出發，針對低效無效井轉變生產方式，降低其噸油成本。現場優化32口井（表4），平均單井日節電49kWh，年節電17.23×104kWh。

表4 調整開井時間效果對比

4.3 優化平衡指數，確保設備節能運行

根據32口單井的抽油機平衡度測試、系統效率及單井能耗分析，繪制了平衡指數與系統效率關系曲線和平衡度與耗能關系曲線（圖2、圖3）。從關系曲線可以看出：平衡指數在0.8～1.15之間機采系統效率最高，耗能最低，平均節電率12.8%。據此，現場平衡度調整143井次，單井日節電7.6 kWh，年節電16.06×104kWh，平均系統效率提高了0.7%。

圖2 平衡度與系統效率關系曲線

圖3 平衡度與耗電關系曲線

5 效果及經濟效益

通過應用系列節能技術，平均噸液耗電降低6.7kWh，平均系統效率提高了1.77%，年節電92.18×104kWh，電費按0.5元/kWh計算，節約成本46.09萬元；調參增油506t，噸油成本按3294元計算，創效166.7萬元，年節約皮帶損耗費1.56萬元，總創效214.4萬元；二級減速裝置、智能間抽控制器等節能設備投資共141.6萬元，投入產出比為1∶1.51，實現節能創效共72.8萬元。

6 認識

由于各區塊油藏埋深差別大，油品性質不同，應結合生產實際，針對不同情況制定相應的節能降耗措施，并以優選效果明顯、投資少、易實施的節能技術為現場實施原則。

1）直接采取合理間抽是針對供液能力差、高耗低效油井實現節能降耗最經濟有效的技術手段。

2）利用智能間抽控制儀可科學確定人工間抽或間歇出油井的開井時間，不影響產量，甚至可實現增產，且可節約人工成本，可在其他油田類似油井上推廣應用。

3）換小皮帶輪降沖速，成本低、效果明顯，但皮帶輪過小會出現皮帶包角小、容易打滑的問題；變頻器降沖速雖可操作性強，但受平衡狀況等因素影響，設備穩定性差；二級減速器降沖速最小可達1.6min-1，且可減小匹配電動機功率，節能效果顯著，但沖速調整缺乏靈活性。

4）動態調整抽油機平衡度是提高機采系統效率的基本保障，既可實現節能降耗，又可延長抽油機使用壽命。

5）結合生產實際優化調整機型，節能效果明顯，可利用閑置資源或井間調串逐步調整，減少投入成本。

[1]羅英俊,萬仁溥.采油技術手冊[M].北京：石油工業出版社,1993：278-282.