機采系統節能挖潛理論研究及應用探討

唐淑艷（大慶油田有限責任公司第五采油廠）

目前大慶油田第五采油廠機械采油系統耗電量為2.2379×108kW h，占全廠總耗電量的43.08%。而在保持產量不變的情況下，提高機械采油系統的運行效率，已成為各油田節能降耗、降低生產成本、提高經濟效益的一個重要的問題。由此可見，開展機械采油系統的能耗潛力分析與研究是十分必要的。

1 抽油機系統效率的理論分析

抽油機井系統效率在理論上可以達到55%～65%，但是從最近幾年的油田現場測試結果看，實際平均系統效率只有25%左右，即使是平均系統效率最高的區塊也只有30%左右，不到抽油機井系統效率理論值的50%。

根據抽油機井的工作特點和能量守恒定律，抽油機井的輸入功率等于水功率（ΔP水）與損失功率（ΔP）之和：

功率損失可以分為兩大部分，即地面損失功率和井下損失功率。地面損失又可以分為電動機損失、皮帶損失、減速箱損失、四連桿損失及盤根盒損失等幾部分；井下損失可分為抽油桿損失、稠油泵損失及管柱損失等。從損失類型講，功率損失包括熱損失、機械摩擦損失、水力損失等。

如果要提高系統效率，改善上述任何一種分效率即可影響總效率，但有些效率是不可改變的，有些目前改變不大的，如表1對目前的抽油機各部分效率統計。下面就影響機械采油有桿泵系統效率的主要因素進行分析。

表1 抽油機各部分效率統計

有桿抽油系統的水功率為：

式中：

Q——油井理論產液量，m3/d；

ρ——油井液體密度，kg/m3；

g——重力加速度，9.8m/s2；

H ——有效揚程，m；

α——泵效，%。

實際生產中，提高系統效率的關鍵是提高產液量和增加動液面深度，但是動液面并非愈深愈好。當泵深一定時，隨著有效揚程的增加，泵的沉沒度逐漸變小，液面低于泵吸入口以下，會導致泵效下降，系統效率降低，因此生產中要根據實際動液面深度，適時調整參數，保證油井合理沉沒度，調參時盡量采用長沖程、慢沖速。

2 影響機采油機系統效率的主要因素

2.1 地面設備

地面設備主要是電動機、設備傳動等引起的損耗。電動機線圈老化、繞線方式落后，以及維護滯后時電動機運行的機械磨損增加，造成電動機發熱溫度上升，降低了電動機的輸出功率。供電線路老化，以及配電箱設計不合理時線損會大量增加。

2.2 井下工具

井下工具主要包括：抽油機傳動部位摩擦阻力的增大；盤根盒的結構、性能；抽油桿的結構尺寸、強度、重量及組合方式；抽油泵的結構；油管使用狀況等因素都會造成能耗增加。主要是：油管伸縮的影響、氣體對泵的影響、泵漏的影響、抽油桿彎曲及摩擦的影響。

2.3 采油管理

生產參數設計的不合理、泵效的降低、抽油機管理水平低等因素都會降低機采井的有效功率，增加機采系統的能耗。

2.4 其他方面

機采井系統效率還受井斜狀況、井筒流體的組份與物性、地層能量等因素的影響。

3 提高抽油機系統效率的途徑與方法

根據低系統效率的不同成因，應用現有成熟的工藝技術，綜合分析評價各種措施的基礎上進行治理。因此，主要應從兩方面著手：通過優選抽汲參數等方法提高產液量、有效揚程，增加系統的有效功率；應用節能技術設備等減少能耗，降低損耗功率。

3.1 應用節能優化設計軟件，提高抽油機井系統效率

以整個系統的能耗最低、系統效率最高為優化目標，現場應用了《抽油機井系統效率工藝參數優化技術》軟件和《提高抽油機井系統效率優化設計》軟件[1]。共實施246口井，經現場測試有功功率由9 kW 降低到7.46 kW ，比優化前降低1.54 kW ，有功節電率為17.1%，優化后提高系統效率9.9個百分點。

3.2 研制推廣8/12極容量自適應電動機，提高低效井運行效益

針對采油廠低產液井數逐年增多，以及由于Y系列電動機啟動時需要的功率大的實際情況，自行開發研制了8/12極容量自適應電動機。該電動機具有兩種不同轉速，多種功率運行狀態。它能夠實現大功率啟動，小功率運行。通過PIC 智能控制設備自動跟蹤生產井的負荷，選擇大、小電動機單機運行，或選擇雙機共同運行，使其具有最佳的起動狀態和最佳節能運行狀態[2]。為低效油井的治理提供了切實有效的手段。幾年來共應用8/12極容量自適應電動機133臺，年節電187.3×104kW h。見表2。

表2 8/12極容量自適應電機更換前后生產數據對比

3.3 應用摩擦換向抽油機降低能耗

摩擦換向抽油機是機電一體化、高效節能產品。它采用塔架式結構，對稱平衡，通過頻繁改變轉動方向的電動機，以及減速器、繩輪摩擦機構帶動光桿做往復直線運動，來完成油液的抽汲工作。起動換向平穩，沖擊小；沖程、沖速可獨立進行無級調節，光桿上行及下行速度可實現分別控制，能夠適合各種油質（稀油和稠油）的采汲。在采油廠某區聚合物試驗區應用45口井，年節電168×104kW h。節能效果對比見表3。

表3 摩擦換向抽油機與常規機節能效果對比

3.4 加大螺桿泵應用力度，降低機采井能耗

截止到2005年底，采油廠共有螺桿泵井138口（其中聚驅16口、水驅122口）。比2000年增加了130口井，目前螺桿泵開井126口，平均單井日產液14.2t，日產油3.0t，綜合含水79.2%，平均流壓4.22M Pa，平均動液面606m。2005年，對螺桿泵井進行系統效率普測，統計測試的90口井資料，平均系統效率為20.14%。螺桿泵的耗電情況與抽油機井對比見表4。

從表4中可以看出，螺桿泵井的系統效率均高于同等狀況的抽油機井。120泵與五、六型機對比，節電率為28.6%；500泵與十型機對比，節電率為26.4%；800泵與十二型機對比，節電率為30.2%。隨著泵型的增大，螺桿泵的節電量增大，節能效益明顯。

表4 螺桿泵與抽油機能耗情況對比

3.5 對常規抽油機進行節能技術改造，提高經濟效益

為了取得更好的平衡效果以進一步減少能耗，對常規抽油機進行改造。在十型游梁式抽油機（包括常規和偏置）的游梁尾部增加一個下偏重錘，重錘中心在游梁支撐中心以下，它充分利用連桿、橫梁、支架和減速箱件的空間，改變游梁式抽油機的平衡方式，改善抽油機的平衡效果[3]。共對10口抽油機節能改造，在同種工況條件下，改造機相對常規型抽油機節電在15% 左右，年節電10×104kW h。常規抽油機節能改造效果預測見表5。

表5 常規抽油機進行節能技術改造措施效果預測表

3.6 安裝抽油機減速裝置降低抽油機最小沖速

為了更好的解決抽油機井低產低效綜合治理難的問題，主要是間抽井在停抽期間因配件丟失，嚴重影響油田正常生產；產量低于5 t的井由于設備自身條件的限制，沖速調到4 min-1以下十分困難。我們應用了抽油機二次減速節能器，通過現場試驗對比測試見到了較好的效果。具體效果見表6。

表6 抽油機減速節能器安裝前后對比

4 結論及認識

1）通過優化抽油系統設計提高抽油機井運行，既可以增產增效，又可以大量節約生產費用。

2）運用節能裝置是最有效的降低耗電量、降低單耗、提高機采系統效率的方法。

3）優化抽油系統設計具有巨大的實際應用潛力。

[1]紀曉紅,劉峰.抽油機井參數優化設計[J].中國石油和化工標準與質量,2011(7):209.

[2]李璐.抽油機節能的有效手段[J].科技創新導報,2009(25):82-83.

[3]欒慶德,駱華鋒,韓道權,等.常規抽油機節能改造及效果分析[J].大慶石油學院學報,2003(4):68-70.