以“四化”管理體系降低機采井能耗的應用實踐

張云輝（大慶油田有限責任公司第四采油廠）

隨著油田開發進入中后期，開采成本不斷上升，深入開展節能挖潛、降本增效是油田可持續發展的重要途徑。因此，大多研究人員著手于抽油機井節能特性的研究及電動機、電控技術的改造，如節能電動機和電控箱等。目前節能設備的發展，雖然也取得了一定的節能效果，但在油田機采井節能治理工作的針對性、及時性上仍存在著一些不足，沒有形成系統性、規模性效應[1]。為了徹底解決機采井能耗對油田開發效益的影響，積極探索構建與應用機采井目標可視化、分析精細化、措施專業化、保障統一化“四化”的能耗管理體系，明晰機采井節能工作的方式、方法，找準著眼點和落腳點，有效解決了機采井能耗高的問題，保證了節能降耗的及時性、系統性和科學性，實現了“全閉環式”的節能降耗管理新模式。

1 “四化”管理體系的研究與建立

1.1 目標可視化

為了解決節能潛力分析方法單一、界限模糊、治理針對性不強等問題，開展抽油機井能耗分區控制圖的研究工作，控制圖對抽油機井能耗水平進行了綜合評價分析，按能耗潛力進行了區域劃分，直觀體現出抽油機井的能耗水平，實現可視化目標管理。

1.1.1 機采井能耗精準管理區域

利用抽油機井能耗分區控制圖[2]，實現優先定位具有較大能耗潛力的抽油機井，然后針對性制定節能措施，使節能措施和設備落到實處，發揮其最大作用，達到“高效、準確、合理”管理目標。同時，通過建立抽油機井動態參數仿真模型、抽油機井能耗分區控制圖評價指標的優選、抽油機井能耗分區控制圖分界曲線數學模型、抽油機井節能潛力區域劃分等方式，進一步提高機采井節能工作效率和節能措施有效率[3-4]，抽油機井能耗仿真模型示意圖見圖1。

圖1 抽油機井能耗仿真模型示意圖Fig.1 Schematic diagram of energy consumption simulation model for pumping wells

1.1.2 機采井能耗控制管理平臺

目前大型采油廠機采井井數逐年增加、能耗控制難度加大，大量的能耗分析調整工作也都集中在數據的搜集整理和分析上，為提高機采井節能工作效率，研發了機采井能耗分區控制軟件管理平臺，實現統計分析智能化。同時，建立抽油機井能耗分區控制模板、能耗分區統計控制圖兩個模塊，確保基礎數據的準確性、真實性和有效性，抽油機井能耗控制圖模板見圖2。

圖2 抽油機井能耗控制圖模板Fig.2 Template of energy consumption control chart for pumping wells

應用抽油機井能耗分區控制圖治理低系統效率井，累計應用976井次，平均系統效率由10.94%上升到21.05%，上升了10.11個百分點，低系統效率井治理措施效果統計見表1。

表1 低系統效率井治理措施效果統計Tab.1 Statistical table of treatment measures effect for low system efficiency wells

1.2 分析精細化

機采井普遍存在系統效率偏低、能耗高的問題，要提高機采井整體管理水平，提升系統效率，必須準確、系統分析影響機采系統能耗因素，提出節能降耗管理的理論依據；為此，深入開展從機采井地面設備和井下工藝兩方面的管控分析，機采井系統效率影響因素見表2。

表2 系統效率影響因素分析Tab.2 Analysis of influencing factors of system efficiency

1.2.1 地面設備管控

抽油機是油田最主要能耗設備，目前采油廠機采井井數眾多，耗電量約占其總耗電量的一半以上。地面設備有效功率的大小，對節約電能起著至關重要的作用，而電動機效率、抽油桿上下沖程平均載荷等因素是影響地面設備有效功率主要因素；所以，重點加強對采油方式、電動機工作特性、抽油機平衡度、減速箱、抽油機皮帶、四連桿等多項內容開展管控分析，減小損失功率，為節能降耗管理提供科學的理論依據[5-6]。

1.2.2 井下工藝管控

機采井井下功率損失主要為滑動損失和原油黏滯損失，該部分功率損失是受到泵掛深度、泵徑大小、泵效、原油黏度、原油物性等多種因素的影響；為此，重點開展以加強抽油泵效率、泵掛深度、沉沒度、管桿柱等為內容的管控分析，為節能降耗管理提供有力的數據支撐[7]。

1.3 措施專業化

機采井系統效率是衡量抽油機性能的綜合指標。為了降低機采井能耗、提高系統運行效率，從地面和地下兩部分分析得出造成機采系統能耗損失的各種因素，實施“對癥下藥”，采取相應的對策，制定專業化節能技術治理措施，擴大成熟型節能設備的應用規模，提高節能設備所占比例[8-9]。

1.3.1 軟件措施

通過查找問題、系統分析原因、厘清工作思路等環節，對影響機采井能效因素進行分系統、分類別科學梳理，確定造成機采系統能耗偏高的原因；從優化設計、下調參數、調整平衡、間抽管理、換小機型、換小電動機等方面入手，制定措施、組織實施、跟蹤檢查、總結效果，機采井優化流程見圖3。

圖3 機采井優化流程Fig.3 Flow chart of mechanical production optimization

隨機發生檢泵井的機采參數優化設計方案累計用于15口井。平均單井產液量由優化前24.6 t/d增加到26.1 t/d，平均單井日增產1.5 t，百米噸液耗電量、泵效、系統效率等指標預測與實測符合率分別達83.7%、85.1%、83.7%；平均單井輸入功率由優化前7.02 kW降至5.38 kW，平均系統效率從20.72%提高至34.27%，平均節電率達到39.5%。

1.3.2 硬件措施

為落實油田能耗戰略工作要求，實現降本增效、高效舉升，加大硬治理專業化措施的技術攻關，采取更換抽油機節能電動機、永磁半直驅同步拖動裝置應用、抽油機多功能調速裝置應用、供直流母線群控系統應用、新型節能抽油機試驗等多項硬件管理措施。

更換高啟動力矩電動機和三功率電動機之后，平均裝機功率由應用前的35.08 kW下降到29.11 kW，下降了17.02%；平均消耗功率由應用前的7.13 kW下降到5.93 kW，下降了16.83%，節能電動機應用效果見表3。

表3 節能電動機應用效果Tab.3 Application effect of energy conservation motors

1.4 保障統一化

機采井能耗保障管理綜合影響因素多、涉及部門多、配套技術廣，實現機采井節能降耗、降本增效是一項復雜而艱巨的工程。為此，創新節能管理模式，創建機采井生命周期全閉環管理體系，轉變以往“部門各自為陣，節點單獨運行”的模式，整合組織機構，集中優勢資源效應，充分發揮技術、人才、管理潛力，秉承“立體融合，優勢互補，目標統一，步調一致”的理念，實現技術、管理、保障相互融為一體。

1.4.1 統一歸口管理

機采井能耗管理具有領域廣泛、高復雜度和管理多樣化等多種特征，同時存在多家單位深度交叉依賴的現象，比如前線與后線、經營與管理等多家單位。為了有效解決上述問題，在長時間的運行實踐中，逐漸形成了將不同職能模塊作為重要依托的垂直管理模式，實現跨部門、跨領域的信息有效傳達、反饋，建立完善統一歸口管理機制[10]。

1.4.2 一體化管理

為提升基層管控意識，將節能措施管理機構劃分為工藝研究所—作業區—注采班組三個節點，分解下放措施管理內容，不斷完善各節點的制度標準。同時，整合三個節點的公共要素，在統一框架下運行，最終形成目標任務分解、監督檢查、總結評比一體化管理機制，各項工作更加順暢，保障效果指標大幅提升，一體化管理流程圖見圖4。

圖4 一體化管理流程圖Fig.4 Integrated management flow chart

2 “四化”管理體系的現場應用與效果

“四化”能耗管理體系的應用實踐，切實加強了機采井節能全過程“閉環式”管理，真正做到了各節點質量全面管控，將全面性、精準性貫穿于每項工作的各個環節，有效降低了機采井的能耗指標，實現傳統經驗管理向科學化管理轉變。

1）軟件措施累計應用2 669井次。措施工作量主要集中在優化設計、沖速調整、平衡率調整、間抽生產等方面，實施后年節電1 838.08×104kWh。若電價按0.637元/kWh計算，則年節約電費1 170.85萬元，機采井軟件措施節能效果評價見表4。

表4 機采井軟件措施節能效果評價Tab.4 Evaluation of energy conservation effect of software measures for mechanical production wells

2）硬件措施累計應用729臺套。措施工作量主要集中在電動機和電控箱更換上，實施后年節電541.81×104kWh，年節電費約345.11萬元，機采井硬件措施節能效果評價見表5。

表5 機采井硬件措施節能效果評價Tab.5 Evaluation of energy conservation effect of hardware measures for mechanical production wells

3）“四化”能耗管理體系的應用實踐，將全面性、精準性貫穿于每項工作的各個環節，有效降低了機采井的能耗指標，機采井能耗情況統計見表6。

表6 機采井能耗情況統計Tab.6 Energy consumption statistics of mechanical production wells

3 結論

1）通過“四化”能耗管理體系的應用實踐，研究了高效的能耗定位分析，建立了系統化的節能措施保障管理體系，實現了標準化、專業化、規范化管理，保證了油田節能工作的持續有效發展。

2）通過“四化”能耗管理體系的應用實踐，讓監管更加科學有效、保障更加具體到位，體現了節能管理的規范化。該“四化”管理體系是可復制、可推廣的機采井能耗管理方法。