節能降耗技術在機械采油中的應用

何艷艷

（青島恒星科技學院，山東青島 266100）

隨著我國石油開發進度的不斷推進，多數油田的開采作業已經進入高含水階段，而這也使得原本耗能較高的開采作業能耗進一步增大，因此對于節能降耗的需求也越來越迫切。在應用節能降耗技術時，需要根據石油開采的具體情況和實際要求來進行選擇。當前機械采油系統所用的節能降耗技術有多種，而只有選擇最為適配的技術手段才能夠進一步發揮節能降耗的作用，從而為石油開采降低能源消耗與成本投入，創造更高的綜合效益。

1 機械采油中存在的能耗問題

在石油開采階段，機械采油主要分為軟件與硬件兩個結構，其中軟件部分包含了信息收集與處理軟件以及工藝管理軟件，硬件包含抽油桿等抽油設備和防護設備，這些軟件與硬件結構組成了機械采油系統。在開展機械采油作業時，因為抽油設備屬于往返的運作模式，因此常常會出現扭矩，而扭矩的大小與方向處于周期性變動狀態。結合當前的情形分析，采油作業需要涉及多種設備，這些設備的共同運作會消耗大量的能量，其中機械采油裝機的容量甚至高達總容量的30%，在采油作業時耗電量非常高，因此能耗問題十分明顯。因此，針對機械采油過程中存在的巨大耗電問題展開分析。多數耗電問題是由于設備的負荷率較低、功率因數較低等問題，導致能耗過高，而且采油系統在運作時配電設備的容量過大，高于實際要求容量，這也成為了電能消耗增加的主要原因之一[1]。

2 節能降耗技術在機械采油中的應用

2.1 小井眼采油技術

小井眼采油技術便是通過小井眼來進行抽采作業，而針對其中所用到的井具有著明確的要求，共有以下2點：（1）全井直徑不能大于177.8 mm；（2）井徑不能大于區域常規井井徑。小井眼采油技術對于井眼井徑有著嚴格的標準，但這類技術卻在實際應用中有著顯著的優勢。小井眼采油技術的所需場地不大，還可以節省鉆井液的消耗。正是由于這些特征，使得該技術在應用過程中操作較為便利，能夠有效節約勞動力、能耗和成本，避免操作失誤等問題[2]。

2.2 抽油機井上節能技術

抽油機是抽采石油作業中必不可少的機械設備，主要利用加壓的方式來開采石油，在抽油機上沖程時，油管彈性便會回縮，生成向上的作用力，推動機械解堵采油器活動，之后采油器撞碰滑套而生成振動效果，這一系列的活動都會對地層中的油流通道形成反作用力。抽油機井上節能技術也可以實現機械采油的節能降耗，因為其本身便具有能耗較低的特點，而且還配備了相關的節能裝置，包含節能電機和節能配電箱等。目前，游梁式抽油機的應用較為普遍，通過交流異步電機來提供動力，曲柄帶利用配重平衡塊來帶動抽油桿，為井下抽油泵提供動力，從而使得井下抽油泵循環往返活動，將井下的石油推送到地面。在某個沖次中，由于抽油桿的上下往返，電機也處于電動的模式，在抽油桿向上運動時，電機會在電網中消耗電能來轉化為動力，而在抽油桿下降時電機的負載性質便會變為位勢負載，能夠保證電機保持發電的狀態，將抽油桿的機械能量轉變為電能。游梁式抽油機雖然有著廣泛的應用和便捷的操作，但是能耗問題也非常明顯，而為了解決這一現象，將偏輪抽油機、低矮抽油機等設備進行結合設計，便能夠很好地降低能耗。同時，還可以針對地面參數進行下調，但也需要注意動液面問題，避免對油井石油開采產生影響。針對部分不能進行下調的參數，則可以通過間抽制度的方式進行改善，或通過恢復液壓曲線的方法明確抽油的停留時長，在進行抽油作業時不會對開采產量和含水量等因素帶來不利影響，但卻能有效節約電能消耗[3]。

2.3 螺桿泵采油技術

螺桿泵采油技術有著成本投入少、運作效益高、電耗較小等優點，而這些優勢也使得該技術應用越來越普遍。螺桿泵是一種容積泵，其排量與轉子速度有著密不可分的聯系，地層供液效果可以有效開發泵的轉速，而這種采油技術與傳統抽油機對比，電能消耗要更低，比抽油機還要低30%左右，能夠有效實現節能降耗。而若想提高螺桿泵井的使用壽命，則需要結合施工特征和設備特征對其進行合理管理和日常維護。在運作過程中，若需要替換盤根，則可以暫時停運設備進行盤根替換操作，其他狀態下不可以停運設備，停電或其他不可抗力除外。同時，還要確保螺桿泵的運作速度和液面的穩定性，過載電流需要高于正常狀態下的20%進行運作，在設備投產或設備停止運作后還需要合理調節過載電流與過載時間，當確定設備能夠處于正常狀態運作后才能再次啟動。螺桿泵系統的協砂性較為優異，因此在實際操作中能夠避免氣鎖等問題，當處于含砂量或含氣量較大的開采工程中時，螺桿泵采油技術的優勢也能夠確保石油原油不會出現泄漏的問題，從而保證抽采的穩定進行。按照螺旋泵的數量，一般可以劃分為單、雙、三螺桿泵。單螺桿泵通常流量在150 m3/h左右，排出壓力20 MPa，可以在各種高粘性流體中應用。雙螺桿泵排出壓力一般小于 1.4 MPa，流量在 6～600 m3/h，對雜質的敏感度相對較低，同時填料箱一般只能承載吸入壓力，泄漏量較低。三螺桿泵的排出壓力最高能夠達到70 MPa，同時流量最高為 2 000 m3/h，但在具有固體雜質流體中應用，而且與雙螺桿泵類似，填料箱也是只能承載吸入壓力，泄漏量最低，但運轉速度更高，容積效率也更高[4]。

2.4 間歇采油技術

針對一些石油儲備量較低，滲透率較差的區段中，若是通過傳統的抽采模式進行開采，不可避免地會造成能源浪費問題。而針對這一現象，間歇采油技術則能夠很好地解決各種問題。一般間歇采油技術會用到2種將機動裝置作為主要動力的間歇采油工藝模式。

2.4.1 活動式螺桿泵間歇采油技術

活動式螺桿泵間歇采油系統在油井中通過傳統螺桿泵實現石油抽采，而上部結構則可以運用拖拉機作為動力，變速利用萬向聯軸節和螺桿泵井口驅動頭銜接的方式完成，能夠把拖拉機所產生的動力輸送到油井下的結構中，利用下層結構的螺桿泵來抽采石油。之后所抽采出的石油可以輸送到存儲裝置中，運送到中轉站。通過這種方式能夠有效節約成本并降低能源消耗，同時也使得機械采油作業的整體流程變得更加便利。若想進一步改善螺桿泵間歇抽油整體能耗的應用效果，需要在抽采起步階段控制好啟動扭矩，間歇抽油的間歇段根據扭矩以及抽采區域的恢復特征來調整，因此也需要全面分析，控制好所有油井的間抽周期，才能夠提高活動式螺桿泵間歇采油的高效節能效果，表1為不同液面恢復速度下的間抽周期[5]。

2.4.2 提撈采油工藝技術

抽油機運作的主要成本便是電能消耗、除垢劑及洗凈液等藥劑以及施工作業，而電能消耗是其中最高的項目，提撈采油工藝技術則能夠有效節約甚至是免除電能消耗與藥劑成本，同時人力成本也較低。對于一些待開采區段，因為提撈采油不需要集油管線和其他設備，一次性投入與回報期能夠進一步縮短，在傳統采油模式與開發經濟對比較低的情況下，可以利用提撈采油工藝技術，進一步拓展石油開采的作業范圍。當石油開采作業進行到中期之后，還會出現許多不出油井的問題，不僅會導致能源的大量浪費，同時也會增加人工成本，為現場管理工作帶來一定麻煩。針對這類現象，利用提撈采油工藝技術則能夠發揮明顯的優勢，不僅能夠減少能源浪費的現象，同時也為現場管理工作提供便利[6]。

3 結語

可持續發展和節能降耗開采是當前我國石油開采業的主要目標，也是其發展的主要方向和提高整體效益推動其長遠發展的主要途徑。節能降耗技術在機械采油中的應用不僅能降低石油開采作業中的能源消耗，還能提高作業效率，是實現綠色開采的重要手段。目前隨著科技的快速發展，還會有越來越多的節能降耗技術被研發并應用，并將成為推動石油開采業可持續發展的有效動力。

表1 不同液面恢復速度下的間抽周期表