塔架式抽油機(jī)發(fā)展歷程及規(guī)模應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)

王鑫（大慶油田有限責(zé)任公司開發(fā)事業(yè)部）

近年來，隨著油田開發(fā)的不斷深入，開發(fā)難度不斷增加，低產(chǎn)液井的比例逐年加大，產(chǎn)能投資和生產(chǎn)成本逐年縮緊，給采油舉升設(shè)備優(yōu)選帶來了挑戰(zhàn)。盡管常規(guī)游梁抽油機(jī)可以滿足采油舉升需求，但存在傳動(dòng)效率低、管理節(jié)點(diǎn)多、后期維護(hù)性成本高、耗能高等問題[1-3]。為了解決上述問題，充分調(diào)研了與塔架式抽油機(jī)相關(guān)的無游梁式抽油機(jī)使用情況，塔架式抽油機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能滿足深抽、大排量提液、沖速調(diào)節(jié)范圍寬、節(jié)能以及間抽等采油工藝要求，并對(duì)比了試驗(yàn)區(qū)內(nèi)所有塔架式抽油機(jī)舉升技術(shù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析節(jié)能效果，對(duì)塔架式抽油機(jī)應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié)。

1 塔架式抽油機(jī)

塔架式抽油機(jī)最早在上個(gè)世紀(jì)90年代進(jìn)入大慶油田現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，該技術(shù)被列入股份公司機(jī)采系統(tǒng)七大主體技術(shù)之一，在經(jīng)過了幾年的調(diào)整完善后，已經(jīng)能夠滿足目前油田的生產(chǎn)要求，并適合各油田推廣應(yīng)用。

1.1 結(jié)構(gòu)原理

塔架式抽油機(jī)主要由控制部分、電動(dòng)機(jī)、主架、皮帶（鋼絲繩）、懸繩器、導(dǎo)輪裝置、配重裝置、緩沖裝置等8部分組成一個(gè)定滑輪系統(tǒng)。在采油生產(chǎn)過程中，通過變頻器控制電動(dòng)機(jī)，驅(qū)動(dòng)配重裝置，使?jié)L筒另一側(cè)與皮帶（鋼絲繩）連接的抽油桿進(jìn)行上下往復(fù)運(yùn)行。塔架機(jī)種類多樣、造型各異，但原理相似，結(jié)構(gòu)、性能、配套存在較大差異[4-5]。

1.2 發(fā)展歷程

塔架式抽油機(jī)與游梁式抽油機(jī)相比，取消了常規(guī)游梁式抽油機(jī)四連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)效率更高、更節(jié)能。作為一種新型的采油舉升設(shè)備，在工藝技術(shù)上還存在一些問題，早期的塔架式抽油機(jī)，采用三相異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過減速箱帶動(dòng)滾筒，滾筒兩端是鋼絲繩連接的光桿和平衡塊，滾筒往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)就實(shí)現(xiàn)了抽油桿的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。最大沖程4.2 m、沖次1～4次/min，運(yùn)行參數(shù)需要手動(dòng)調(diào)節(jié)。存在傳動(dòng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、故障點(diǎn)多、鋼絲繩更換頻繁、讓位機(jī)構(gòu)操作復(fù)雜、桿斷后對(duì)電動(dòng)機(jī)及抽油裝置造成巨大沖擊等問題。經(jīng)過了不斷改進(jìn)后，目前塔架機(jī)優(yōu)化了結(jié)構(gòu)，采用節(jié)能、高效的永磁同步電動(dòng)機(jī)替代三相異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)滾筒實(shí)現(xiàn)皮帶上下往復(fù)運(yùn)行，通過寬型內(nèi)附鋼絲繩皮帶連接光桿和平衡塊，大幅度延長(zhǎng)了皮帶的使用壽命；同時(shí)最大沖程由4.2 m延長(zhǎng)至8 m；沖次調(diào)整中添加了數(shù)字模塊，由原來的1～4次/min調(diào)整到在范圍內(nèi)可實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，調(diào)參范圍更大，配套遙控器可遠(yuǎn)程操作；升級(jí)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)參數(shù)及運(yùn)行狀態(tài)智能控制。目前智能塔架式抽油機(jī)已經(jīng)能夠滿足目前油田的生產(chǎn)要求，且現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果較好[6-7]。

2 經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)

為客觀評(píng)價(jià)塔架式抽油機(jī)應(yīng)用情況，選取有代表性的電控?fù)Q向塔架、智能塔架、立式塔架、皮帶抽油機(jī)4種機(jī)型與同型號(hào)游梁抽油機(jī)進(jìn)行全面經(jīng)濟(jì)技術(shù)評(píng)價(jià)。對(duì)2018年以來在老區(qū)和外圍區(qū)塊規(guī)模應(yīng)用的203口4種塔架式抽油機(jī)的應(yīng)用效果進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)[8-10]。

2.1 投資成本對(duì)比

由于4種塔架式抽油機(jī)的價(jià)格基本接近，所在后面一次性投資、基礎(chǔ)費(fèi)用對(duì)比中不在單獨(dú)對(duì)比，主要對(duì)比塔架式抽油機(jī)與常規(guī)游梁抽油機(jī)的各項(xiàng)費(fèi)用對(duì)比。

2.1.1 一次性投資

2種機(jī)型一次性投資對(duì)比見表1。塔架機(jī)的價(jià)格構(gòu)成中含永磁電動(dòng)機(jī)和智能控制箱，抽油機(jī)的價(jià)格中不含電動(dòng)機(jī)和控制箱的價(jià)格，按抽油設(shè)備目前最新價(jià)格計(jì)算，6型、12型、14型塔架機(jī)比抽油機(jī)及配電設(shè)備一次性投資低0.52萬元、2.7萬元、3.06萬元；8型、10型的塔架機(jī)投資高于抽油機(jī)及配電設(shè)備2.59萬元、3.7萬元。因此，當(dāng)設(shè)計(jì)機(jī)型較小或較大時(shí)，塔架式抽油機(jī)的一次性投資要比常規(guī)抽油機(jī)的投資低。

表1 2種機(jī)型一次性投資對(duì)比

2.1.2 基礎(chǔ)費(fèi)用對(duì)比

依據(jù)地面設(shè)計(jì)結(jié)果，基礎(chǔ)價(jià)格差異見表2。8型、10型、12型抽油機(jī)基礎(chǔ)價(jià)格比塔架機(jī)略低，14型抽油機(jī)基礎(chǔ)價(jià)格高于型塔架式抽油機(jī)的基礎(chǔ)價(jià)格，基礎(chǔ)成本差值不明顯。

表2 基礎(chǔ)價(jià)格差異

2.1.3 管理維護(hù)成本

塔架式式抽油機(jī)目前所使用的皮帶具有較強(qiáng)的耐摩擦、抗拉伸性，質(zhì)保期在5年以上，塔架式抽油機(jī)的年維護(hù)工作任務(wù)是傳動(dòng)部件添加或更換潤(rùn)滑油和井口更換加盤根，10年累計(jì)維護(hù)費(fèi)用約為1萬元/口。常規(guī)游梁抽油機(jī)維護(hù)工作任務(wù)包括更換換皮帶、加潤(rùn)滑油、更換中軸承、更換盤根、換尾軸承等20多種零部件，平均單井更換皮帶2～3次/a，更換盤根6～10次/a，按油公司給出的平均單井維護(hù)性費(fèi)用標(biāo)準(zhǔn)4 500元計(jì)算，預(yù)計(jì)單井10年維護(hù)性費(fèi)用4.5萬元。與塔架式抽油機(jī)維護(hù)費(fèi)用對(duì)比，10年累計(jì)維護(hù)費(fèi)用多出3.5萬元/口。

2.1.4 作業(yè)費(fèi)用成本

塔架式抽油機(jī)的沖次與常規(guī)游梁抽油機(jī)平均沖次6次/min相比，能夠始終在低沖次下運(yùn)行，保持在1～3次/min。在低沖次下運(yùn)行時(shí)，抽油桿上下往復(fù)的次數(shù)比常規(guī)游梁抽油機(jī)上的少一半左右，這就能夠明顯的減少檢泵費(fèi)中的勞務(wù)費(fèi)及更換井下工具所需的材料費(fèi)用，抽油機(jī)井平均檢泵費(fèi)用5.2萬元/口。按10年計(jì)算，塔架式抽油機(jī)機(jī)比常規(guī)游梁抽油機(jī)節(jié)約作業(yè)費(fèi)用13.58萬元/口。

2.2 能耗對(duì)比分析

統(tǒng)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)在用的203口塔架式抽油機(jī)機(jī)的應(yīng)用情況，與同型號(hào)抽油機(jī)對(duì)比，其中塔架式抽油機(jī)平均功耗下降3.3～7.5 kWh，單井日節(jié)約電量79.2～180.1 kWh，平均年可節(jié)約電費(fèi)1.75萬元～3.99萬元。4種塔架機(jī)中智能塔架抽油機(jī)系統(tǒng)效率最高，智能塔架抽油機(jī)平均綜合節(jié)電率最高。

2.3 應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

通過對(duì)比4種塔架抽油機(jī)與常規(guī)游梁式抽油機(jī)在標(biāo)準(zhǔn)井上的經(jīng)濟(jì)效果評(píng)價(jià)，優(yōu)選出智能塔架式抽油機(jī)作為塔架式抽油機(jī)推廣應(yīng)用的主要型號(hào)。在2020年，同等液量水平條件下智能塔架式抽油機(jī)與同機(jī)型游梁式抽油機(jī)的節(jié)能效果對(duì)比見表3，共對(duì)比111口井，8型塔架式抽油機(jī)比8型游梁抽油機(jī)日耗電減少41.28 kWh、年節(jié)約電費(fèi)1.1萬元、噸液耗電減少1.78 kWh，總節(jié)電率為29.8%；10型塔架式抽油機(jī)比10型游梁抽油機(jī)日耗電減少64.56 kWh、年節(jié)約電費(fèi)1.6萬元、噸液耗電減少1.80 kWh，總節(jié)電率為33.4%。

表3 節(jié)能效果對(duì)比

2.4 預(yù)算10年累計(jì)投入費(fèi)用

抽油機(jī)的使用費(fèi)用隨著使用年份的增加和抽油機(jī)機(jī)型的增大，累計(jì)投入的費(fèi)用也隨之增加，相對(duì)比智能塔架式抽油機(jī)的使用費(fèi)用僅增加日常維護(hù)使用費(fèi)用，年運(yùn)行總成本對(duì)比見表4。10年累計(jì)投入費(fèi)用每口平均減少31.1萬元～61.7萬元。

表4 年運(yùn)行總成本對(duì)比

3 結(jié)論

1）在目前應(yīng)用所有的塔架式抽油機(jī)中，智能塔架式抽油機(jī)節(jié)能效率最優(yōu)，單井日節(jié)約電量79.2～180.1 kWh，平均年可節(jié)約電費(fèi)1.75萬元～3.99萬元。

2）智能塔架式抽油機(jī)與同型號(hào)抽油機(jī)對(duì)比，10年管理維護(hù)成本降低約為3.5萬元/口，10年累計(jì)經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比，可節(jié)約投資31.1萬元/口～61.7萬元/口。

3）2020年新區(qū)塊規(guī)模化實(shí)施智能塔架式抽油機(jī)后，平均單井系統(tǒng)效率提高10個(gè)百分點(diǎn)以上，節(jié)電率提高15個(gè)百分點(diǎn)以上，人均管里井?dāng)?shù)是常規(guī)抽油機(jī)的2倍以上。

4）2020年，統(tǒng)計(jì)老區(qū)65口和外圍油田138口塔架式抽油機(jī)的應(yīng)用效果，發(fā)現(xiàn)塔架機(jī)的節(jié)能效果顯著、運(yùn)維管理簡(jiǎn)便，可以作為油田開發(fā)中的常規(guī)舉升工藝。