機采系統節能示范區建設及效果評價

朱益飛（中國石化勝利油田分公司孤東采油廠）

隨著老油田開發難度的進一步加大，油田開發成本上升，噸油效益下降，提高油井系統運行機制效益，進一步做好節能降耗、系統挖潛、降本增效工作，已成為各油田重要的研究課題[1]。油田70%以上的耗能集中在機采、注水、電力、熱力等主要系統，能耗費用約占油田生產可變成本的30%[2]。而機采系統是油田開展提質增效和節能降耗工作的主陣地，提高機采系統運行效率，實現節能降耗，具有很大的節能挖掘潛力。為此，我們在調查研究的基礎上，選擇了油井系統效率低、既有常規抽油機井，又有稠油摻水井生產的孤東四區作為機采系統節能示范區，以點帶面，推動油田整體節能降耗工作，并取得了良好的節能示范區建設效果。

1 示范區油井存在的問題

該機采系統節能示范區內共有58 口油井，2 條6 kV 供電線路。通過現場調查分析，發現該區塊油井主要存在以下幾個問題：

1）現場油井管理不到位。部分油井存在井口偏磨、抽油機不平衡、抽油機倒發電現象嚴重、抽油機不正、四點不一線等情況比較嚴重。

2）油井地下提升效率低，主要是存在管柱設計不合理。

3）油井電動機功率匹配不合理。部分電動機負載率低、耗電量高，存在“大馬拉小車”現象。

4）抽油機型不合理。該區內存在有5 口抽油機機型過大，需要更換為小型節能抽油機；有5 口抽油機因負荷大，四塊平衡塊不能平衡，需要更換較大機型的抽油機。

5）油井電動機功率因數低。經現場測試，有20 口油井電動機的功率因數低于0.5，需要安裝功率因數動態自動補償控制柜，提高油井電動機功率因數，以降低無功損耗和線路損耗。

2 節能降耗措施

為了提高機采系統節能示范區的油井系統效率，降低油井的耗電量和線路損耗，根據示范區機采系統油井存在的問題，有針對性地采取了以下幾項措施：

2.1 加強油井管理標準化建設，提高油井地面管理水平

圍繞地面管理的油井井口皮帶松緊、盤根松緊、機偏、井口不正、抽油機平衡度等內容，按油井標準要求進行現場管理，對達不到油井標準要求的油井，及時組織人員進行調整，并得到了良好的調整效果。具體工作量及效果統計見表1。

從表1 可知，通過加強油井標準化管理，該節能示范區日節電量535 kWh，平均單井日耗電量從237 kWh 下降到232 kWh，平均單井日耗電量下降了5 kWh，系統效率從26.8%提高到28.3%，提高了1.5%。根據油井節電量情況統計，開展油井標準化管理，實現年節電10.6×104kWh。

表1 油井開展標準化管理效果統計

2.2 優化管柱結構，提高井下采油效率[3]

該區塊的油井躺井后，應用油井優化設計軟件對油井生產參數進行優化設計。該軟件以新的輸入功率計算理論為基礎，以最低能耗及機采成本為目標進行優化設計，使油井在液量不變的前提下，耗電量最低。先后對該區塊11 口油井的管柱結構進行優化，通過11 口油井的作業實施，在單井液量增加4.8 t/d 的情況下，平均日節電量39 kWh，油井平均系統效率提高了16.5%，累計實現節電8.988×104kWh，取得了明顯效果。油井管柱結構優化后節約了大量的電量，而且為控制油井躺井也奠定了堅實的基礎。如4-12-N2021 井，措施前該井工況為泵徑56 mm，泵深1005 m，沖程4.2 m，沖速4.5 min-1，日產液5.9 t，日產油1.7 t，含水71.2%，動液面925 m，日耗電量194 kWh，系統效率9.6%。該井躺井后進行管柱結構優化設計，其工況調整為泵徑57 mm，泵深1202 m，沖程3.0 m，沖速4.0 min-1，開井后日產液21.0 t，日產油2.8 t，含水86.7%，動液面1002 m，與措施前對比日產液量增加了15.1 t，日產油量增加了1.1 t，日耗電量下降到126 kWh，降低了68 kWh，油井系統效率提高到50.1%，提高了40.5%。管柱結構優化設計調整后油井效果統計對比見表2。

表2 管柱結構優化設計調整后油井效果對比

2.3 推廣應用永磁同步電動機

稀土永磁同步電動機是一種高效節能電動機，其效率可達到95%，高于異步電動機，且啟動轉矩大，因此油井在任何工況下，都能起到很好的節能效果；同時由于永磁同步電動機永磁體的作用，保證其有較強的啟動力矩，即使該類電動機在現場中可降低一級功率，也能保證油井正常使用。通過實施對節能示范區抽油機配套日耗電量小于200 kWh電動機的油井，將普通三相異步電動機更換為稀土永磁同步電動機，可降低電動機的無功耗電量，降低電動機電流，減少線路損耗。在機采系統節能示范區共實施更換永磁同步電動機14 臺，實施后單井日耗電量由196 kWh下降到162 kWh，單井日節電量34 kWh，油井平均系統效率提高了11.6%，累計節電量16.879×104kWh。如4-14-15 井，該井更換永磁同步電動機前，生產參數為泵徑56 mm，泵深853 m，沖程2.2 m，沖速8.7 min-1，日產液40.9 t，日產油0.4 t，含水99.0%，動液面860 m，使用37 kW 普通電動機，日耗電199 kWh ，電流35 A/36 A，系統效率29.7%。該井更換22 kW 稀土永磁同步電動機后，生產參數為泵徑56 mm，泵深853 m，沖程2.2 m，沖速8.1 min-1，日產液41.0 t，日產油0.4 t，含水99.0%，動液面508 m，使用22 kW永磁同步電動機，日耗電量108 kWh，下降了91 kWh，系統效率33.9%，系統效率提高了4.2%。14 口油井應用永磁同步電動機前后效果對比數據統計表見表3。

表3 應用永磁同步電動機前后效果對比

2.4 合理匹配電動機功率

對示范區抽油機配套電動機額定功率過大，出現“大馬拉小車”的油井，根據電動機負荷率情況更換為小功率電動機，以提高油井系統效率。共實施油井合理匹配電動機10臺，單井日節電量28 kWh，系統效率由34.3%提高到36.3%，提高了2.0%，累計實現節電量6.8×104kWh。如4-15-191井由55 kW電動機更換為37 kW 電動機后，日耗電量由375 kWh下降到273 kWh，日節電量102 kWh，油井系統效率由32.8%提高到37.6%，提高了4.8%，累計實現節電量2.3×104kWh。合理匹配電動機功率實施效果見表4。

2.5 安裝功率因數動態自動補償控制柜

針對油井啟動功率大，運行功率小，以及抽油機負載功率變化的特點。在機采系統應用油井無功動態自動補償節能裝置，實現油井無功功率動態補償量的自動智能調節，從源頭上解決油井功率因數低，無功功率損耗大的問題。對示范區內20 口油井電動機的功率因數低于0.5 的油井，通過推廣油井無功動態自動補償節能裝置，使油井功率因數達到0.8 以上。同時，加強油井無功動態自動補償節能裝置的應用管理，做好日常管理和故障設備及時更新和維修工作，確保每一臺油井無功動態自動補償節能裝置良好運行。

2.6 合理配置抽油機

針對該示范區內存在有5 口抽油機機型過大，需要更換為小型節能抽油機；有5 口抽油機因負荷大，四塊平衡塊不能平衡，需要更換較大的抽油機等問題。根據油井負荷情況進行合理調整：采用5臺雙驢頭節能抽油機替代原5 臺10 型抽油機；采用5 臺10 型抽油機替代原5 臺8 型抽油機。調整后，抽油機選型更加合理，系統運行更高效，并取得了良好的節能降耗效果。

3 效果評價

機采系統節能示范區目前開采58 口井，日產液量3127 t，日產油量197 t，綜合含水93.7%，安裝電動機總功率1594 kW，日耗電量10 819 kWh ，平均單井日耗電量204 kWh，油井平均系統效率達到了30.1%。示范區建立前后數據統計對比表見表5。

表5 示范區建立前后數據對比

從表5 中可以看出，該節能示范區在保證油井液量基本保持不變的情況下，總裝機電動機容量下降了306 kW，平均單井下降了5.3 kW，日耗電量下降了1991 kWh，平均單井日節電量38 kWh，年節電量62.5×104kWh，系統效率從示范區建立前的20.3%提高到目前30.1%，提高了9.8%，機采系統節能示范區建設取得良好運行效果。

4 結論

將油井達標示范區與提高機采系統效率示范區結合起來，按照從地面到井筒整體優化改造的原則，依據不同油藏類型，不同油藏開發特點，制定不同的優化開發方案，延長井下工具使用壽命，研究應用防砂新工藝，提高修井質量，延長油井免修周期。通過采取加強油井管理標準化建設、優化管柱結構提高油井井下效率、推廣應用永磁同步電動機、合理匹配電動機功率、安裝功率因數動態自動補償控制柜和合理配置抽油機等技術和管理措施，將能收到良好的節能降耗效果。

[1]朱益飛,石曉明,馬冬梅.提高孤東油田機采系統效率的途徑[J].電力需求側管理,2009,11(4):46-48.

[2]朱益飛,王乾澤,徐慧娟.勝利油田機采系統現狀及能耗控制對策分析[J].石油工業技術監督,2006,22(5)：21-24.

[3]王鴻勛,張琪.采油工藝原理[M].北京:石油工業出版社,1992.