采取有效技術(shù)措施 降低機(jī)采系統(tǒng)能耗

付升（大慶油田有限責(zé)任公司第五采油廠）

采取有效技術(shù)措施 降低機(jī)采系統(tǒng)能耗

付升（大慶油田有限責(zé)任公司第五采油廠）

抽油機(jī)作為油田主要的耗能設(shè)備之一，在生產(chǎn)原油的同時(shí)也消耗了大量的電能。隨著油田開發(fā)進(jìn)入高含水后期，油井井?dāng)?shù)不斷增加、產(chǎn)液量逐漸下降，機(jī)采節(jié)能形勢(shì)不容樂觀。為降低運(yùn)行成本，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，結(jié)合井隊(duì)實(shí)際情況，采取了優(yōu)化抽油機(jī)井工作制度、更換各種節(jié)能設(shè)備等技術(shù)措施，取得了一定的節(jié)能降耗效果，同時(shí)針對(duì)目前井隊(duì)機(jī)采節(jié)能工作存在的問題，提出了相應(yīng)整改措施。

能耗 措施 效果

1 機(jī)采系統(tǒng)能耗現(xiàn)狀

2011年上半年系統(tǒng)效率測(cè)試84口井、137井次，井隊(duì)抽油機(jī)井平均單耗為11.42k W h/t、平均系統(tǒng)效率25.15%。平均單耗較高的主要原因是泵況和地層供液能力導(dǎo)致的液量低，見表1。

表1 井隊(duì)2011年上半年系統(tǒng)效率測(cè)試情況統(tǒng)計(jì)

2 具體措施及效果分析

2.1 優(yōu)化工作制度[1]

對(duì)于單井而言，在油井生產(chǎn)情況和供電設(shè)備既定的情況下，影響油井機(jī)采耗電的主要因素即為抽油機(jī)井抽汲參數(shù)的組合，采用相對(duì)較為合理的抽汲參數(shù)組合對(duì)降低抽油機(jī)井的機(jī)采耗電具有非常重要的作用。

2.1.1 調(diào)小參數(shù)

為了降低采油系統(tǒng)的容積損失及摩擦和慣性損失，根據(jù)九區(qū)一隊(duì)油井低產(chǎn)液、低流壓的實(shí)際情況，加大了調(diào)小參數(shù)的力度，以提高抽油機(jī)井泵效，保證其較合理的沉沒度。調(diào)小地面參數(shù)包括調(diào)小沖程和調(diào)小沖速：調(diào)小沖程有效沖程變小，沖程損失率變大；調(diào)小沖速降低循環(huán)次數(shù)，減小桿柱的交變載荷。調(diào)小沖速效果好于調(diào)小沖程，因此調(diào)小參數(shù)時(shí)優(yōu)選調(diào)小沖速，調(diào)小參數(shù)97井口效果對(duì)比見表2。

表2 抽油機(jī)井調(diào)小參數(shù)措施前后節(jié)能效果對(duì)比

2.1.2 參數(shù)匹配

較低的沖程會(huì)增加沖程損失，較高的沖速導(dǎo)致抽油機(jī)井慣性損失和摩擦損失增加。因此，合理優(yōu)化生產(chǎn)參數(shù)，減少?zèng)_程損失和降低循環(huán)次數(shù)能有效地降低系統(tǒng)能耗。按長(zhǎng)沖程低沖速原則匹配參數(shù)3口井，見表3。

表3 抽油機(jī)井長(zhǎng)沖程低沖次參數(shù)匹配措施前后節(jié)能效果對(duì)比

2.1.3 換小泵徑

對(duì)流壓較低、泵徑較大、沖速無法繼續(xù)下調(diào)的井，在檢泵時(shí)換小泵徑，提高了泵效及有效功率，流壓上升沉沒度趨于合理，9口井換小泵徑效果對(duì)比見表4。

表4 抽油機(jī)井換小泵徑措施前后節(jié)能效果對(duì)比

2.1.4 堵水

針對(duì)高沉沒度、高含水的抽油機(jī)井，堵水8井次，在減少無效采出液、減少能耗的同時(shí)，通過調(diào)小抽汲參數(shù)（堵水時(shí)換小一級(jí)泵5井次，堵水后調(diào)小沖程1井次、調(diào)小沖速6井次），進(jìn)一步減少能耗，降低單耗，8口井采取堵水措施效果對(duì)比見表5。

表5 抽油機(jī)井堵水措施前后節(jié)能效果對(duì)比

2.1.5 換小機(jī)型

對(duì)于機(jī)型偏大的井采取換小機(jī)型措施，降低能耗，解決了“大馬拉小車”的問題，提高了設(shè)備運(yùn)行效率。換小機(jī)型6口井，均為CY JY 10-3-37H B換CY J6-2.5-26H B，見表6。

表6 抽油機(jī)井換小機(jī)型措施前后節(jié)能效果對(duì)比

2.2 更換節(jié)能電動(dòng)機(jī)[2]

目前抽油機(jī)井普遍應(yīng)用的為游梁式抽油機(jī)，由于抽油機(jī)工作時(shí)為脈動(dòng)負(fù)荷和重負(fù)荷啟動(dòng)，它所配用的電動(dòng)機(jī)有較高的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，而目前與抽油機(jī)配套普遍采用的Y系列電動(dòng)機(jī)由于啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩偏低，配套時(shí)不得不提高電動(dòng)機(jī)容量以滿足啟動(dòng)的需要，這樣勢(shì)必造成電動(dòng)機(jī)安裝容量過大，使電動(dòng)機(jī)常常處于輕載運(yùn)行，“大馬拉小車”，由此造成電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過程中效率和功率因數(shù)都大大降低，損耗也明顯加大。針對(duì)這種現(xiàn)狀，在生產(chǎn)中應(yīng)用了多種類型節(jié)能電動(dòng)機(jī)，不同程度地提高了電能利用率，降低了能耗。

2.2.1 永磁電動(dòng)機(jī)

永磁同步電動(dòng)機(jī)節(jié)能原理是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)完全同步，無轉(zhuǎn)差損耗，轉(zhuǎn)子不需要外加勵(lì)磁電源，消除了勵(lì)磁損耗，因此具有功率因數(shù)較高且效率曲線平坦的特點(diǎn)，達(dá)到了提高功率因數(shù)，降低無功損耗的目的，21口井換永磁電動(dòng)機(jī)效果對(duì)比見表7。

表7 抽油機(jī)井換永磁電動(dòng)機(jī)措施前后節(jié)能效果對(duì)比

2.2.2 調(diào)速電動(dòng)機(jī)

雙速電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)力矩大，恒轉(zhuǎn)矩，啟動(dòng)電流平穩(wěn)，正常生產(chǎn)時(shí)可降低電動(dòng)機(jī)額定功率，保證參數(shù)的合理匹配，提高功率利用率，減少空耗。裝機(jī)后電動(dòng)機(jī)有功功率下降，電動(dòng)機(jī)功率利用率增加，日耗電下降。雙速電動(dòng)機(jī)適用于低產(chǎn)液、低流壓、低泵效井，解決低理排、低流壓、低產(chǎn)液井熱洗問題。熱洗時(shí)把電動(dòng)機(jī)調(diào)至高擋位置，增加泵理論排量、提高熱洗質(zhì)量、延長(zhǎng)熱洗周期、縮短熱洗時(shí)間、減少熱洗次數(shù)，達(dá)到增油節(jié)氣的目的，3口井采用雙速電動(dòng)機(jī)的效果對(duì)比見表8。

表8 抽油機(jī)井換調(diào)速電動(dòng)機(jī)措施前后節(jié)能效果對(duì)比

2.2.3 三相高轉(zhuǎn)差率雙速電動(dòng)機(jī)

高轉(zhuǎn)差電動(dòng)機(jī)具有啟動(dòng)力矩大，啟動(dòng)電流小，適合對(duì)啟動(dòng)困難、液量不足的抽油機(jī)井進(jìn)行節(jié)能改造。YCHD系列抽油機(jī)一體化節(jié)能拖動(dòng)裝置采用超高滑差啟動(dòng)、雙速運(yùn)行、無功補(bǔ)償節(jié)能方式。具有轉(zhuǎn)差率高（保證值為7%）、啟動(dòng)力矩大，過載能力強(qiáng)、運(yùn)行特性平滑、堵轉(zhuǎn)電流小、堵轉(zhuǎn)力矩大的特點(diǎn)，可有效減小抽油系統(tǒng)的最大負(fù)荷及負(fù)荷變化范圍，減小減速器最大靜扭矩及扭矩變化幅度，2口措施井效果對(duì)比見表9。

表9 抽油機(jī)井換三相高轉(zhuǎn)差率雙速電動(dòng)機(jī)措施前后節(jié)能效果對(duì)比

2.2.4 雙功率抽油機(jī)拖動(dòng)裝置

電動(dòng)機(jī)具有兩個(gè)級(jí)別額定功率，轉(zhuǎn)子有兩組抽頭分別接到兩個(gè)交流接觸器上，其中一個(gè)交流接觸器接高功率抽頭，另一個(gè)交流接觸器接低功率抽頭，兩個(gè)交流接觸器實(shí)現(xiàn)互鎖，由控制器控制完成兩種功率間的自動(dòng)切換。采用大功率啟動(dòng)、小功率運(yùn)行（電動(dòng)機(jī)以高功率啟動(dòng)運(yùn)行，當(dāng)電流低于低功率運(yùn)行電流時(shí)，則通過控制器將電動(dòng)機(jī)切換到低功率狀態(tài)；當(dāng)電流升高到高于低功率運(yùn)行電流時(shí)，則切換到高功率狀態(tài)），減少電動(dòng)機(jī)空載損耗，降低電動(dòng)機(jī)有功功率，避免“大馬拉小車”和過載運(yùn)行，2口措施井效果對(duì)比見表10。

表10 抽油機(jī)井換雙功率抽油機(jī)拖動(dòng)裝置措施前后節(jié)能效果對(duì)比

2.2.5 無觸點(diǎn)智能軟啟動(dòng)自動(dòng)變速控制裝置

啟動(dòng)過程和停機(jī)過程采用無觸點(diǎn)控制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電動(dòng)機(jī)的軟轉(zhuǎn)矩啟動(dòng)和軟轉(zhuǎn)矩停機(jī)，運(yùn)行時(shí)采用有觸點(diǎn)運(yùn)行，大大降低運(yùn)行能耗，6口措施井效果對(duì)比見表11。

表11 抽油機(jī)井換無觸點(diǎn)智能軟啟動(dòng)自動(dòng)變速控制裝置措施前后節(jié)能效果對(duì)比

2.3 更換節(jié)電箱

針對(duì)配電箱老化問題及功率因數(shù)低的情況，采取逐漸更換節(jié)能配電箱的形式淘汰老化的配電箱。

2.3.1 智能型抽油機(jī)節(jié)電控制器

采用無功就地補(bǔ)償節(jié)能措施，降低無功、提高功率因數(shù)；具有星型和角型兩種接線方式，根據(jù)油井負(fù)荷及電流的變化情況自動(dòng)轉(zhuǎn)換接線方式以適應(yīng)抽油機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，達(dá)到節(jié)電的目的；延時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)降低了電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流。16口措施井效果對(duì)比見表12。

2.3.2 T B B W型抽油機(jī)智能節(jié)電箱

將微課運(yùn)用于我校第一學(xué)段識(shí)字教學(xué)課堂，有效地激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)語文的積極性，提高了學(xué)生的識(shí)字興趣、識(shí)字能力。但同時(shí)也發(fā)現(xiàn)，微課并不適合所有的教學(xué)內(nèi)容，需要根據(jù)所教內(nèi)容做出相應(yīng)調(diào)整。微課與學(xué)科整合的應(yīng)用研究還處于起步階段，微課如何應(yīng)用于識(shí)字教學(xué)將是一個(gè)值得長(zhǎng)期研究和關(guān)注的課題。

采用電容補(bǔ)償，降低無功、提高功率因數(shù)；具有星型和角型兩種接線方式，根據(jù)油井負(fù)荷及電流的變化情況自動(dòng)轉(zhuǎn)換接線方式以適應(yīng)抽油機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，達(dá)到節(jié)電的目的；延時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)降低了電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流。6口措施井效果對(duì)比見表13。

表12 抽油機(jī)井換智能型抽油機(jī)節(jié)電控制器措施前后節(jié)能效果對(duì)比

表13 抽油機(jī)井換T B B W型抽油機(jī)智能節(jié)電箱措施前后節(jié)能效果對(duì)比

2.3.3 Z D C-V D-380 V微電控制箱

微電腦對(duì)電動(dòng)機(jī)功率變化跟蹤監(jiān)測(cè)，適時(shí)控制電動(dòng)機(jī)斷續(xù)供電運(yùn)行，減少或消除發(fā)電狀態(tài)下的各種損耗。應(yīng)用可控硅調(diào)壓，供給電動(dòng)機(jī)的電壓跟隨電動(dòng)機(jī)負(fù)荷變化，當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)，供給電動(dòng)機(jī)的電壓也增加；當(dāng)負(fù)荷減少時(shí)，供給電動(dòng)機(jī)的電壓也減小。由于電壓降低，使勵(lì)磁電流減小，減少了電動(dòng)機(jī)的銅損和鐵損，相應(yīng)地減小了電動(dòng)機(jī)的有功和無功損耗。3口措施井效果對(duì)比見表14。

表14 抽油機(jī)井換Z D C-V D-380 V微電控制箱措施前后節(jié)能效果對(duì)比

2.3.4 智能化多功能調(diào)速裝置

改善電動(dòng)機(jī)運(yùn)行特性，動(dòng)態(tài)調(diào)整工作參數(shù)。人為地改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，大扭矩、低速啟動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)與負(fù)荷特性柔性配合，從而降低電動(dòng)機(jī)損耗、減小機(jī)械沖擊、提高系統(tǒng)效率；高精度、寬范圍調(diào)速，根據(jù)油井負(fù)荷的變化及時(shí)調(diào)整抽油機(jī)的工作制度，減少無功消耗。5口措施井效果對(duì)比見表15。

表15 抽油機(jī)井換智能化多功能調(diào)速裝置措施前后節(jié)能效果對(duì)比

2.4 更換節(jié)能變壓器

10口井高耗能變壓器換成節(jié)能變壓器，節(jié)能效果，見表16。制定節(jié)能措施。

表16 抽油機(jī)井換節(jié)能變壓器措施前后節(jié)能效果對(duì)比

3 存在問題

3.1 存在問題

1）井隊(duì)耗能設(shè)備較多，部分節(jié)能設(shè)備失去節(jié)能功能。井隊(duì)31口井安裝高耗能變壓器，23口井裝有常規(guī)Y系列電動(dòng)機(jī)。61口井節(jié)電箱裝有電容器，目前已有11口井節(jié)電箱內(nèi)的電容器泄漏，4口井電容器連線斷線，2口井電容器被拆除，2口井無觸點(diǎn)智能軟啟動(dòng)，自動(dòng)變速控制裝置不具備軟啟動(dòng)功能，永磁電動(dòng)機(jī)存在消磁問題。

2）節(jié)能設(shè)備的日常維護(hù)不到位，如何能最大限度地延長(zhǎng)其節(jié)能功能，實(shí)現(xiàn)效益最大化，需進(jìn)一步摸索和改進(jìn)。

3）部分參數(shù)匹配不合理。目前還有部分井沖速受電動(dòng)機(jī)輪徑的影響無法下調(diào)；利用檢泵時(shí)機(jī)換小泵徑；理論排量較低，如再下調(diào)影響熱洗質(zhì)量。上述原因?qū)е聟?shù)匹配不合理。

4）地層供液能力低。沉沒度在100m以下，示功圖供液不足或嚴(yán)重影響的井43口，平均單井產(chǎn)液10.41t/d，平均沉沒度43.80m。

3.2 整改措施

油井參數(shù)匹配：

1）根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際，適合使用調(diào)速電動(dòng)機(jī)，生產(chǎn)時(shí)用低速擋，熱洗時(shí)用高速擋，達(dá)到合理匹配參數(shù)，生產(chǎn)和熱洗兼顧。

2）根據(jù)生產(chǎn)情況，對(duì)油井參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，保證其在合理工作狀況下運(yùn)行。

3）嘗試長(zhǎng)沖程、低沖速匹配。將沖程未調(diào)至最大的井沖程調(diào)到最大，相應(yīng)地調(diào)小沖速，在保證合理理論排量的前提下地面參數(shù)按長(zhǎng)沖程、低沖速匹配。

系統(tǒng)效率測(cè)試：

1）按時(shí)完成系統(tǒng)效率的普測(cè)，分析單井原因、

加大節(jié)能設(shè)備的應(yīng)用力度，重點(diǎn)是新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備的推廣應(yīng)用，對(duì)耗能設(shè)備有計(jì)劃地逐步進(jìn)行更換。

4 幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)

1）節(jié)能工作要統(tǒng)籌兼顧，全面考慮，一次措施或調(diào)整，同時(shí)解決多個(gè)問題，取得多個(gè)效果或達(dá)到多個(gè)目的。如換電動(dòng)機(jī)與調(diào)參相結(jié)合，利用檢泵時(shí)機(jī)調(diào)整泵徑，保證節(jié)能措施一步到位，實(shí)現(xiàn)節(jié)能效益最大化。

2）合理匹配生產(chǎn)參數(shù)是發(fā)揮節(jié)能設(shè)備能力、降低機(jī)采能耗的基礎(chǔ)和最基本措施，經(jīng)濟(jì)易行。參數(shù)優(yōu)化首先要與油井的供液能力相適應(yīng)，同時(shí)以能量消耗最低為基本原則，并根據(jù)實(shí)際情況的不同選擇不同調(diào)參方案。

3）在實(shí)際油田生產(chǎn)中，生產(chǎn)是動(dòng)態(tài)變化的，總是存在著生產(chǎn)參數(shù)不合理的的情況，要求適時(shí)調(diào)整。合理匹配抽油機(jī)井抽汲參數(shù)能夠有效地提高抽油機(jī)的有效功率，從而提高系統(tǒng)效率，降低抽油機(jī)單耗，達(dá)到節(jié)能的目的。

[1]胡博仲.大慶油田機(jī)械采油配套技術(shù)[M].北京:石油工業(yè)出版社,1998:242-243.

[2]高敬德.電動(dòng)機(jī)及電力拖動(dòng)[M].北京:石油工業(yè)出版社,2001:175-198.

10.3969/j.issn.2095-1493.2012.03.020

付升，2005年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院，從事采油工程工作，E-mail：huqingmei@petrochina.com，地址：黑龍江省大慶市第五采油廠第一油礦九區(qū)一隊(duì)，163513。

2011-12-20)