智能提撈式抽油機節能降耗技術評價探討

史士峰（中國石油天然氣集團公司節能技術監測評價中心）

目前，油田主要的人工舉升方式為游梁式抽油機、電泵和螺桿泵，不同的開采方式對應不同的地層供液能力；當地層供液能力非常低，不能滿足正常開采需要進行間抽或者提撈開采，間抽與提撈開采管理難度較大，人工作業成本較高。智能提撈式抽油機根據地層特點自動設定間抽時間，該設備與傳統間抽、提撈相比，降低了管理難度和維修作業成本。截至目前，對智能提撈式抽油機的能耗量的測量與評價沒有統一的方法，通過分析能耗、生產維護作業費用等因素，探索智能提撈式抽油機節能降耗技術評價方法。

1 智能提撈式抽油機工作原理

智能提撈式抽油機的工作原理是自動控制抽吸膠筒上下運行，膠筒帶著柔性抽油桿向下運動。當膠筒到達井下液面時，地面控制系統根據壓力傳感器感應到井下壓力情況，當井下壓力達到設定值（一般最佳抽吸沉沒度點）時，下沖程停止；上沖程時，膠筒與抽吸液體一起往上運行，把液體排向井口。

與普通抽油機相比，智能提撈式抽油機具有以下特點：

◇由于工作制度的原因，井底流壓反復變化產生脈沖，能夠降低油層堵塞，提高液體的流動性；

◇合理控制提撈時間，避免無用功，提高抽吸效率；

◇ 操作方便，維護量少。

2 智能提撈式抽油機項目節能量的計算方法

2.1 節能量計算

根據設備運行特點，就其節能量(Es)與基期能耗(Eb)和報告期能耗(Er)、基期校準能耗(Ea)的關系均可用圖1[1]表示。

圖1 節能量與基期能耗和報告期能耗、基期校準能耗的關系示意圖

◇基期：用以比較和確定項目各項節能降耗效果、生產運行維護成本降低等，項目實施前的一個時間段，通常為覆蓋相關典型工況的完整周期；

◇基期參數：基期內項目實施能直接影響到的生產、運行、維護等參數；

◇參數校準：項目報告期內根據基期運行工況及項目報告期條件推算得到，項目范圍內不采用該項目措施下的能耗、物耗和人力等投入參數數值。

◇報告期：項目實施后的一個時間段，用以比較和確定項目各項節能降耗、降低生產運行維護成本等的效果，通常為一個項目措施運行后覆蓋相關典型工況的完整周期。

報告期的節能量(Es)由式（1）計算：

式中：

Es——節能量，kWh；Er——報告期能耗，kWh；

Ea——基期校準能耗，kWh。

2.2 基期與報告期能耗數據獲取

基期和報告期均需要獲取對比時間、產液量、含水率、耗電量等參數。

如果不是測試整個對比周期，而是在限定時間范圍內測量抽油機的產液量、能耗量，屬于時間段上的點效率參數，與項目整個對比周期下的累計測量效率參數值有可能存在一定差異。

通常可以單井噸液耗能來表示該井產液量與能耗間的關系，即

式中：

Pc,i——油井i 的測量噸液耗能，kWh/t；

Ec,i——油井i 的測量期能耗，kWh；

Qc,i——油井i 的測量期液量，t。

根據不同需求，可通過選用下述兩種測量方式的一種，獲取基期與報告期的相關數據。

1）通過點測量來遞推全周期參數值。測量一個具有代表性時間段內油井的產液量、能耗量等參數，進而得出單位液量能耗（噸液耗能），再按照實際計量（或統計、推算）得到的基期（或報告期）產液量進行遞推相應的能耗。

基期能耗可由公式（3）求得：

式中：

Eb,i——油井i 基期能耗，kWh；

Ebc,i——油井i 基期內的測量能耗，kWh；

Qbc,i——油井i 基期內的測量液量，t；

Qb,i——油井i 基期液量，t；

Pbc,i——油井i 基期內的測量噸液耗能，kWh/t。

報告期能耗可由公式（4）求得：

式中：

Er,i——油井i 報告期能耗，kWh；

Erc,i——油井i 報告期內的測量能耗，kWh；

Qrc,i——油井i 報告期內的測量液量，t；

Qr,i——油井i 報告期液量，t；

Prc,i——油井i 報告期內的測量噸液耗能，kWh/t。

2）全周期時間期限的參數測量計量。通過相關計量表計獲取在整個周期內產液量(Qb,i、Qr,i)和能耗量(Eb,i、Er,i) 等參數，這種方法通常能比較準確地反映項目的實際情況。

3）其他參數收集。石油企業的油井生產井史資料是記錄油井生產狀況及其歷史數據的依據。相關產液量、含水率、能耗、物耗和其他生產、作業統計數據應從工程技術和地質部門獲取，要注意對基期、報告期、測試時間的對應關系，并標明獲取資料的名稱、路徑、時間等事宜。

2.3 基期校準能耗

報告期與基期相比，由于項目的存在使得包括用能量、運行時間、生產作業維護等生產參數發生變化，其中對耗能量最具影響的為油井產液量和運行時間。在不涉及評價油井供液能量變化的前提下，需要以這些影響因素對基期能耗進行修正，得出基期校準能耗Ea，即

式中：

Ea——基期校準能耗，kWh；

Eb——基期能耗，kWh；

Qb——基期產液量，t；

Qr——報告期產液量，t。

2.4 項目節能量

當項目范圍內各單井測量數據齊全，可以直接采用公式（1）計算出節能量。

3 生產作業維護及其費用的節約計算

由于不同油田管理方式的不同，有可能導致相關數據收集、計算和比較分析的不一致；因此，本文給出相關數據收集、計算和比較分析的一般性原則。

3.1 生產維護作業主要評價因素

生產維護作業評價因素主要包括檢泵維修、清防蠟、設備保養維護的周期及其費用。

3.1.1 檢泵維修周期及其費用

1）檢泵維修指抽油井在工作過程中，一般把調整生產參數（如改變泵徑、沖程、沖速、加深或上提泵掛等）或消除故障（油井受到砂、蠟、氣、水、偏磨及各種腐蝕介質的影響，使抽油泵失效，抽油桿柱斷脫、砂卡、蠟卡，油管柱偏磨、腐蝕穿孔、斷脫落井、螺紋漏失等，造成油井停產）而進行的作業稱為檢泵維修作業。

2）兩次檢泵之間的時間間隔稱為檢泵周期。由于每口井的生產運行情況不一樣，所以每口井的檢泵作業周期也不一樣，但是每口井的井史記錄資料上均有檢泵作業記錄，一般可以通過采油隊資料室查找檢泵周期。

3）各油田企業對下屬單位的作業施工均有價格規定，可以通過查找相關文件確定施工價格；各油田企業管理情況不一樣，收費標準也可能有不同的規定，需要結合相關規定、井史及有關人員，盡可能獲取最準確的費用。

3.1.2 清蠟

油井結蠟現象是采油工程中常常遇到的問題，嚴重時會降低產量，甚至堵死油管或環空，造成停產。目前常用的方法是機械清蠟或熱洗清蠟。

由于油井情況比較復雜，每口油井采用不同熱洗方式，具體情況可通過井史確定油井熱洗方式，以及清蠟周期、清蠟時所用的藥品及藥品費用等。

3.1.3 其他

抽油機正常生產時，可根據抽油機生產運行維護記錄、財務報表、價格定額管理文件等查找其他維護工作量及費用，如更換盤根、皮帶等。

3.2 基期與報告期能耗數據獲取

基期和報告期均需要獲取的主要參數為檢泵維護工作量、周期及費用、熱洗周期及費用和其他運行維護費用等。

運行維護費用W 為各項費用之和，即

式中：

W ——運行維護費用，元；

WJ——檢泵維修作業費用，元；

WX——清蠟熱洗費用，元；

WY——其他運行維護費用，元。

該部分不需要現場測試數據，但是需要現場查詢井史資料或者現場記錄作業過程和財務報表。由于每口井的熱洗周期、檢泵周期不一樣，可以確定在基期與報告期T 內，單井噸液運行維護費用（油井噸液綜合費用D）來表示該井產液量與運行維護費用間的關系，即

式中：

D——油井噸液綜合費用，元/t；

TJ——油井檢泵周期，d；

TX——油井熱洗周期，d；

TY——油井其他維護周期，d；

Q——產液量，t；

T ——基期與報告期時長，d。

3.3 基期校準維護費用

報告期與基期相比，由于運行時間、生產作業維護等生產參數發生變化，需要以這些影響因素對基期生產維護費用進行修正，得出基期校準費用Wa，即

式中：

Wa——基期校準維護費用，元；

Wb——基期維護費用，元；

Qb——基期產液量，t；

Qr——報告期產液量，t。

3.4 節約費用的計算

生產維護費用節約額可按公式（9）計算：

式中：

Ws——維護費用節約額，元；

Wa——校準維護費用，元；

Wr——報告期維護費用，元；

4 項目節能降耗總效益

項目的節能降耗總效益等于各分項效益之和，即項目的節能價值量與不含節能價值量的其他生產運行維護費用節約額，可按公式（10）計算：

式中：

Wes——節能降耗總效益，元；

We——節能價值量，元；

Ws——生產運行維護費用節約額（不含節能價值量），元。

4.1 效益測算中的價格取用原則

1）節能降耗測算的相應物料價格原則盡量以實際情況為準。

◇如果有財務結算賬單的，以賬單結算為準，如實際發生的藥品費用等；

◇如果沒有財務結算的，以相關規定文件為準，如石油造價管理部門下發的相關文件，其中對作業費用的規定等。

2）在評價期內如果價格有波動，宜采用加權平均價格。

3）項目評價中涉及的價格應在報告中給出數值及出處。

例如，以電能價格為例，可選擇采用下述方法：

◇用戶本年度可得的已發生電量的加權平均用電價格；

◇用戶上年度消耗電量的全年加權平均用電價格；

◇用戶財務部門規定的用電價格及其計算取用原則；

◇用戶當地政府物價部門規定的用電價格及其計算取用原則。

4.2 項目的節能價值量計算

1）節能價值量與節能量的關系可用公式（11）表示：

式中：

We——節能價值量，元；

Pw——能源單價，元；

Es——節能量，kWh。

2）因本類型項目直接節能效果指采用節電一項，為簡化項目的節能價值量可按公式（12）計算：

式中：

We,n——項目的節能價值量，元；

Pw——電能單價，元/kWh；

Es,n——項目的節能量，kWh。

4.3 項目的節能降耗總效益計算

項目的節能降耗總效益可按公式（13）計算：

式中：

Wes,n——項目的節能降耗總效益，元；

We,n——項目的節能價值量，元；

Ws,n——項目的生產運行維護費用節約額（不含節能價值量），元。

當n=1 時，即為單井項目的節能降耗總效益。

4.4 項目靜態投資回收期計算

普通游梁式抽油機轉智能提撈式抽油機時的靜態投資回收期由公式（14）求得:

式中：

PP ——靜態回收期，a；

B——智能提撈式抽油機投產成本，元；

H ——游梁式抽油機凈值，即

式中：

F ——游梁式抽油機投產成本，元；

a——殘值折算（由油田財務資產部確定），元；

b——折舊年限（由油田財務資產部確定），元；

y——游梁式抽油機使用年限，a。

5 結論

1）應用智能提撈式抽油機可減少油層堵塞，提高液體的流動性，提高泵的充滿系數，且操作方便，維護量少。

2）通過對比分析智能提撈式抽油機與游梁式抽油機舉升液體的能耗量，根據主要生產參數(產液量、能耗量)，計算其噸液單耗數據，在一定時間內定量給出其能耗節能量。

3）通過對工作制度的對比分析，計算其噸液運行成本，在一定時間內定量給出其生產運行成本節約量。

4）根據上述方法，計算其在一定時間內節能量、運行成本節約量，并進一步分析經濟效益，計算投資回收期。

該技術方法給出智能提撈式抽油機節能量的審定，還可以定型定量分析智能提撈式抽油機應用的合理性，為油田抽油機型的選擇提供參考依據，有利于現場實際生產應用。

[1]中國標準化研究院.GB/T 28750-2012 節能量測量與驗證技術通則[S].北京:中國標準出版社,2012.