長(zhǎng)沖程抽油機(jī)節(jié)能技術(shù)探討

王正偉（大慶油田有限責(zé)任公司第八采油廠）

某外圍油田舉升方式以游梁抽油機(jī)為主，占比95%，單井能耗高，平均日耗電150kWh以上，為該油田節(jié)能主要挖潛點(diǎn)。同時(shí)供采關(guān)系不平衡，低產(chǎn)井舉升矛盾突出，近年來(lái)，某外圍油田加大了舉升新工藝的試驗(yàn)力度，積極應(yīng)用節(jié)能效果好、性能可靠、操作維護(hù)方便的高效舉升工藝的新技術(shù)，2016年在該油田試驗(yàn)長(zhǎng)沖程抽油機(jī)，節(jié)能效果顯著。

1 長(zhǎng)沖程抽油機(jī)工作與節(jié)能原理

1.1 工作原理

長(zhǎng)沖程抽油機(jī)系統(tǒng)是由地面部分和井下部分構(gòu)成。地面部分，由電動(dòng)機(jī)、配電箱、天輪、引導(dǎo)架、柔性繩、卷?yè)P(yáng)機(jī)等幾部分組成，柔性光桿以下采用組合式抽油桿。井下1000m往上，每隔40m安裝一個(gè)φ58mm刮蠟器。采用長(zhǎng)沖程抽油泵：多級(jí)管式泵，全長(zhǎng)50m，柱塞1.2m，等級(jí)1級(jí)，下泵深度1400m。

長(zhǎng)沖程抽油機(jī)是由電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)滾筒正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)柔性光桿完成上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，柔性光桿帶動(dòng)井下抽油桿、抽油泵完成往復(fù)運(yùn)動(dòng)，完成整個(gè)抽汲工作過(guò)程[1]。長(zhǎng)沖程抽油機(jī)既可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)采油，又可以實(shí)現(xiàn)間歇采油。

1.2 節(jié)能原理

長(zhǎng)沖程抽油機(jī)使用三相異步電動(dòng)機(jī)，且應(yīng)用變頻控制系統(tǒng)，額定功率為30kWh，與常規(guī)游梁式抽油機(jī)所用電動(dòng)機(jī)型號(hào)和功率基本相同。其節(jié)能原理主要是抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)在上沖程的時(shí)候做正功[2]，耗電約占比98%，而下沖程和等待時(shí)間電動(dòng)機(jī)做負(fù)功或者不做功，耗電量約占2%，與間歇式采油方式節(jié)電類似，長(zhǎng)沖程長(zhǎng)沖程采油試驗(yàn)井耗電數(shù)據(jù)對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 長(zhǎng)沖程采油試驗(yàn)井耗電數(shù)據(jù)對(duì)比

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

為降低外圍低滲透油田低產(chǎn)井能耗，緩解供排不平衡矛盾，2016年開(kāi)始，長(zhǎng)沖程抽油機(jī)舉升技術(shù)在外圍油田逐步開(kāi)展攻關(guān)試驗(yàn)，長(zhǎng)沖程抽油機(jī)由滾筒帶動(dòng)柔性繩完成往復(fù)運(yùn)動(dòng)[3]，沖程可達(dá)50m、沖次最低1次/h，實(shí)現(xiàn)了超長(zhǎng)沖程、低沖次的舉升目標(biāo)。6口長(zhǎng)沖程抽油機(jī)井連續(xù)運(yùn)行十個(gè)月后，節(jié)電效果明顯，平均單井日耗電由原來(lái)的152kWh，下降到68.5kWh，日節(jié)電83.5kWh，平均單井泵效由23.6%提高到62.3%，平均系統(tǒng)效率由9.5%提高到18.9%，試驗(yàn)井前后平均數(shù)據(jù)對(duì)比見(jiàn)表2。

表2 試驗(yàn)井前后平均數(shù)據(jù)對(duì)比

在日產(chǎn)液和沉沒(méi)度基本不變的情況下，長(zhǎng)沖程抽油機(jī)泵效遠(yuǎn)高于游梁式抽油機(jī)，這意味這長(zhǎng)沖程抽油機(jī)理論排量更接近油井的日實(shí)際產(chǎn)液量[4]。6口試驗(yàn)井試驗(yàn)前為全出水井，試驗(yàn)后變成平均日產(chǎn)油0.18t，含水由100%下降到91%，從而證明當(dāng)人工舉升采油速度與油層供液能力實(shí)現(xiàn)供采平衡后[5]，油層開(kāi)采狀況明顯好轉(zhuǎn)。

在前期應(yīng)用6口試驗(yàn)井取得較好的節(jié)能效果的基礎(chǔ)上，繼續(xù)在外圍油田開(kāi)展長(zhǎng)沖程高效舉升擴(kuò)大改造試驗(yàn)，目前已應(yīng)用241口井，平均沖程48m、沖次3.8次/h，平均日產(chǎn)液4.1t、日產(chǎn)油0.9t。平均泵效64.5%、系統(tǒng)效率19.4%，平均單井節(jié)電84.8kWh，節(jié)電率56.9%，長(zhǎng)沖程抽油機(jī)井運(yùn)行情況統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表3。

表3 長(zhǎng)沖程抽油機(jī)井運(yùn)行情況統(tǒng)計(jì)

3 配套技術(shù)完善與應(yīng)用

經(jīng)過(guò)5年來(lái)不斷摸索和實(shí)踐，開(kāi)展了長(zhǎng)沖程高效舉升技術(shù)研究，形成了6項(xiàng)長(zhǎng)沖程抽油機(jī)采油配套技術(shù)，取得了較好的效果。

1）設(shè)計(jì)了專用井口盤(pán)根盒，實(shí)現(xiàn)了1年內(nèi)不更換盤(pán)根；研制了長(zhǎng)沖程抽油機(jī)專用井口密封盤(pán)根盒，改進(jìn)抽油機(jī)井調(diào)對(duì)中方式，井口密封性能顯著提高，與柔性光桿摩擦力變小，有效減小更換盤(pán)根頻率[6]。

2）應(yīng)用了專用機(jī)械刮蠟器，延長(zhǎng)加藥熱洗周期3倍以上；泵上1000m每間隔40m抽油桿安裝1個(gè)扶正式刮蠟器，隨抽油桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)對(duì)生產(chǎn)管柱進(jìn)行清蠟。

3）在泵筒內(nèi)加泵筒扶正裝置；采用φ28mm專用連桿，起到防偏磨及加重作用；優(yōu)化采用φ19+φ16+φ19mm三級(jí)桿組合，并合理優(yōu)化使用扶正器，延長(zhǎng)桿管壽命，保證下行通暢。

4）合理優(yōu)化了桿柱泵匹配，延長(zhǎng)了管桿泵使用壽命；在泵筒內(nèi)加泵筒扶正裝置，采用φ28mm專用連桿，起到防偏磨及加重作用；新井采用（φ22+φ19+φ28）抽油桿+φ57二級(jí)泵組合，老井采用（φ19+φ16+φ19+φ28）抽油桿+φ44一級(jí)泵組合，扶正采用每40m優(yōu)化刮蠟器和扶正器數(shù)量，并合理優(yōu)化使用扶正器，延長(zhǎng)桿管壽命，保證下行通暢。

5）配套了基礎(chǔ)安裝標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了與抽油機(jī)基礎(chǔ)通用；老井技改設(shè)計(jì)了基礎(chǔ)墊接工具，保證長(zhǎng)沖程抽油機(jī)底座能與原基礎(chǔ)配套；新井設(shè)計(jì)了長(zhǎng)沖程抽油機(jī)專用基礎(chǔ)，使用安全性得到保障[7]。

6）研究了遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)系統(tǒng)，逐步向數(shù)字化、智能化邁進(jìn)[8]；利用WIA-PA/FA網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，實(shí)現(xiàn)拉力、位置、上行速度、下行速度、電壓、電流、功率、示功圖等數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳，結(jié)合功圖量油和泵況診斷算法，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析自動(dòng)化。

4 結(jié)論

1）通過(guò)參數(shù)優(yōu)化和合理工作制度的建立，能夠最大程度挖掘長(zhǎng)沖程抽油機(jī)運(yùn)行潛力，即油井產(chǎn)能最優(yōu)同時(shí)電網(wǎng)輸出最省電[9]。

2）長(zhǎng)沖程智能抽油機(jī)的沖程、沖次可在不停機(jī)的情況下實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)整，使油井達(dá)到最佳的產(chǎn)能狀態(tài)，該型抽油機(jī)能夠較好地適應(yīng)外圍“三低”油田人工舉升采油的需要。

3）采用長(zhǎng)沖程抽油機(jī)，沖程最大50m，沖次與常規(guī)機(jī)相比沖次由200～300次/h，下降到10次/h以內(nèi)，沖次大幅度降低，能夠有效改善油井桿管偏磨情況，有效延長(zhǎng)了檢泵周期。

4）長(zhǎng)沖程抽油機(jī)連續(xù)采油，其能耗接近游梁式抽油機(jī)。故使用長(zhǎng)沖程抽油機(jī)抽油泵間歇采油，方能發(fā)揮其節(jié)能功效[10]。