大慶油田抽油機(jī)井節(jié)能管理措施分析

閔麗霏（大慶油田有限責(zé)任公司第一采油廠）

目前，大慶油田油井舉升方式主要以抽油機(jī)為主，它的主要作用是完成采油任務(wù)，用以將油井產(chǎn)出液從井下舉升到地面。抽油機(jī)在大慶油田各種類型機(jī)采裝置中，占重要地位，約占油井人工舉升設(shè)備的78.5%，是油田使用最廣泛的一種機(jī)械采油裝置。抽油機(jī)是油田的耗電大戶，其用電量約占油田總用電量的37%左右，占油田總用電量的比例高，且總體效率僅在23%左右，效率低，造成能源浪費，增加采油成本。

1 抽油機(jī)工作原理

抽油機(jī)的作用是將電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)運動變成懸點的往復(fù)運動。根據(jù)基本工作原理，可以認(rèn)為抽油機(jī)主要由以下四個系統(tǒng)組成，即動力傳動減速系統(tǒng)、換向系統(tǒng)、平衡系統(tǒng)和支撐系統(tǒng)。由于各種抽油機(jī)的動力傳動減速系統(tǒng)和支撐系統(tǒng)的工作原理和結(jié)構(gòu)基本相同或類似，所以抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)形式主要由換向系統(tǒng)和平衡系統(tǒng)決定。

電動機(jī)通過三角皮帶傳動帶動減速箱，減速后由四連桿機(jī)構(gòu)把減速箱輸出軸的旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橛瘟后H頭的往復(fù)運動。驢頭帶動光桿和抽油桿作上下往復(fù)的直線運動。通過抽油桿將這個運動傳給井下抽油泵中的柱塞（或稱活塞）。在抽油泵泵筒的下部裝有固定閥（吸入閥），而在柱塞上裝有游動閥（排出閥）。當(dāng)抽油桿向上運動，柱塞作上沖程時，固定閥打開，泵從井中吸入液體。同時，由于游動閥關(guān)閉，柱塞將它上面油管中的液體上舉到井口，經(jīng)過采油樹排入到地面集輸管線。當(dāng)抽油桿向下運動，柱塞作下沖程時，固定閥關(guān)閉而游動閥打開，柱塞下面的液體通過游動閥排到它的上面[1]。

2 抽油機(jī)節(jié)能管理措施

管理節(jié)能是抽油機(jī)井節(jié)能的重要手段，管理節(jié)能資金投入較小，主要靠運行管理人員掌握各類設(shè)備和各系統(tǒng)耗能規(guī)律，針對不同系統(tǒng)，合理調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)，科學(xué)維護(hù)最大限度的合理調(diào)配運行設(shè)備。

抽油機(jī)井節(jié)能管理措施主要有：調(diào)整盤根松緊度、皮帶松緊度、平衡等設(shè)備狀態(tài)；調(diào)整沖程、沖速等生產(chǎn)參數(shù)；抽油機(jī)井優(yōu)化設(shè)計；更換調(diào)配抽油機(jī)、抽油泵、電動機(jī)等設(shè)備。

2.1 盤根松緊度調(diào)整

盤根盒是地面設(shè)備與地下設(shè)備的界限，是防止井液從井口泄漏的密封裝置。適當(dāng)?shù)谋P根松緊度是保證光桿正常工作的重要因素，其松緊度對系統(tǒng)效率以及耗電量有直接的影響。盤根調(diào)整過松會導(dǎo)致密封不好、井口漏油，而過緊會增大光桿與盤根的摩擦力，造成載荷增加，盤根過緊對抽油機(jī)系統(tǒng)效率會有1～2個百分點的影響，對輸入功率產(chǎn)生0.5～2.0kW的影響。

盤根松緊調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)：盤根密封必須要有一定的竄動量，該指標(biāo)不能低于0.2～0.4mm，以盤根表面有一層油膜但不漏油為最佳。

2.2 皮帶松緊度調(diào)整

皮帶是將電動機(jī)動力傳遞給抽油機(jī)的中間過渡性媒介，也是抽油機(jī)的一級減速裝置，由于彎曲損失、摩擦損失、風(fēng)阻損失、彈性滑動損失、打滑損失等損失的影響，皮帶傳動有一定的能量損失。皮帶的傳動效率是抽油機(jī)系統(tǒng)效率的組成部分，皮帶過松時，皮帶將在皮帶輪上打滑，使小皮帶輪急劇發(fā)熱，傳輸效率降低；皮帶過緊時，輪軸所承受的作用力增加，容易產(chǎn)生磨損，增加消耗功率，對系統(tǒng)效率也會產(chǎn)生影響。因此，必須確立合理的皮帶松緊度標(biāo)準(zhǔn)，保證皮帶輪正常傳動。

2.3 調(diào)平衡

抽油機(jī)井平衡率為抽油機(jī)正常工作時下沖程峰值電流與上沖程峰值電流的比值。抽油機(jī)平衡度標(biāo)準(zhǔn)是80%～110%。通過對比分析，平衡率良好的抽油機(jī)比平衡差的抽油機(jī)平均耗電可減少5%以上。抽油機(jī)平衡率越低，則需要電動機(jī)提供的動力越大。因為抽油載荷是每時每刻都在變化的，而平衡配重不可能和抽油載荷作完全一致的變化，才使得游梁式抽油機(jī)的節(jié)能技術(shù)變得十分復(fù)雜。抽油機(jī)的配重嚴(yán)重不平衡，導(dǎo)致抽油機(jī)的起動扭矩很大，慣性也很大，從而造成較大的沖擊電流，沖擊電流不僅浪費掉大量的電能，而且嚴(yán)重威脅到設(shè)備的安全。通過對大慶油田歷年監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，平衡率合格的抽油機(jī)系統(tǒng)效率也較高，欠平衡和過平衡幅度越大，系統(tǒng)效率也越低，輕度欠平衡比過平衡系統(tǒng)效率高。

針對平衡率不合格的抽油機(jī)，應(yīng)及時調(diào)整平衡配重，對于過度欠平衡的抽油機(jī)，可以采用常規(guī)抽油機(jī)下偏杠鈴節(jié)能改造，達(dá)到有效削減峰值扭矩的作用。

2.4 調(diào)整參數(shù)

隨著油田開發(fā)時間的延長，部分油井地層供液能力變差，導(dǎo)致深井泵的泵況不合理，造成油井沉沒度降低，泵效降低，舉升高度增大，單耗增高。這種情況需及時采取下調(diào)沖速和沖程，使油井從參數(shù)偏大區(qū)進(jìn)入到參數(shù)合理區(qū)，改良供排關(guān)系，降低機(jī)采能耗。

2.5 整體優(yōu)化

將抽油機(jī)井作為一個有機(jī)整體，在保證油井產(chǎn)量不變的前提下，如何從產(chǎn)液量、含水率、動液面、油層深度、原油密度、油氣比、飽和壓力、溶解系數(shù)、油層溫度、析蠟溫度、地表溫度、井斜參數(shù)等已知參數(shù)來設(shè)計優(yōu)化：抽油機(jī)機(jī)型、電動機(jī)機(jī)型、管徑、泵掛、泵徑、桿柱鋼級、桿柱組合、沖程、沖速等求解參數(shù)，并使之達(dá)到最優(yōu)組合，減少能量傳遞和轉(zhuǎn)化過程中的損失，從而獲得提高機(jī)采效率的措施和手段。

2.6 機(jī)泵優(yōu)化

由于油井供液狀況動態(tài)發(fā)生變化，導(dǎo)致載荷和消耗功率也隨之變化。有部分井載荷降低使電動機(jī)功率利用率降低，如部分井產(chǎn)液下降，原裝電動機(jī)功率偏大，出現(xiàn)“大馬拉小車”的情況，造成浪費；另有部分井載荷增大時，電動機(jī)功率利用率增加甚至過載，造成電動機(jī)過載耗能或電動機(jī)燒毀。

針對該類問題，對地面參數(shù)無可調(diào)整余地，且長期無其他增產(chǎn)措施的抽油機(jī)井，在保證油井正常生產(chǎn)的情況下，通過機(jī)型與泵徑、產(chǎn)液的合理匹配，提高設(shè)備運行效率，從而降低能耗。主要措施包括：

1）更換小泵：針對產(chǎn)液量低、沉沒度低、地面參數(shù)無調(diào)整余地的井，通過作業(yè)加大檢換小泵的力度，可有效提高泵效，提升系統(tǒng)效率；

2）降機(jī)型：通過對油井產(chǎn)液規(guī)律進(jìn)行分析，以及優(yōu)化桿柱組合，開展抽油機(jī)載荷、扭矩計算方法適應(yīng)性研究，用于指導(dǎo)抽油機(jī)合理選型，降低機(jī)采能耗；對負(fù)載率低的抽油機(jī)井，機(jī)采能耗相對較高，可采取抽油機(jī)降型措施。

3）改造電動機(jī)：由于抽油機(jī)啟動力矩大，需要較高的裝機(jī)功率，而實際運行過程中消耗功率較小，因此造成了正常運行時電動機(jī)功率利用率低。通過對近些年大慶油田機(jī)采井監(jiān)測數(shù)據(jù)分析得知，中區(qū)采油廠抽油機(jī)電動機(jī)功率利用率平均在30%左右，外圍采油廠抽油機(jī)電動機(jī)功率了利用率在24%左右。而普通三相異步電動機(jī)在功率利用率低于80%時，效率較低，因此需要提高電動機(jī)功率利用率。通過更換功率較小的電動機(jī)，應(yīng)用新型高效電動機(jī)或節(jié)能抽油機(jī)等節(jié)能技術(shù)，或?qū)⒖烧{(diào)速電動機(jī)調(diào)低轉(zhuǎn)速運行等具體措施，提高電動機(jī)負(fù)載率。

3 結(jié)論與認(rèn)識

長期以來，大慶油田通過加大節(jié)能資金投入，推廣應(yīng)用了大量節(jié)能設(shè)備及節(jié)能新技術(shù)，取得了良好的節(jié)能效果。但切實可行有效的抽油機(jī)節(jié)能管理措施在節(jié)能降耗方面作用不可忽視，隨著油田開發(fā)規(guī)模的不斷增大，機(jī)采系統(tǒng)用能控制難度也逐年增加，以最小的投入、最佳的操作獲得最大的節(jié)能效益是當(dāng)前生產(chǎn)條件下的目標(biāo)，積極推廣應(yīng)用各種節(jié)能管理措施，對降低抽油機(jī)能耗，提高機(jī)采節(jié)能管理水平，助力油田發(fā)展具有重要意義。

[1]蕭南平.游梁抽油機(jī)節(jié)能新途徑和節(jié)能蓄能器[J].石油機(jī)械,1996,24(7):36-37.