加強(qiáng)抽油機(jī)“四個節(jié)點”管理質(zhì)量

趙倩倩（大慶油田有限責(zé)任公司第五采油廠）

加強(qiáng)抽油機(jī)“四個節(jié)點”管理質(zhì)量

趙倩倩（大慶油田有限責(zé)任公司第五采油廠）

目前節(jié)能電動機(jī)的應(yīng)用率達(dá)90%以上，節(jié)能控制箱應(yīng)用率超過95%，傳統(tǒng)以“換”為主的節(jié)能工作不能滿足新形勢的需要。以油井平衡率、皮帶、盤根、回壓為能耗治理點，開展了機(jī)采節(jié)能四個節(jié)點現(xiàn)場試驗,通過消除負(fù)功調(diào)平衡、松緊定壓調(diào)皮帶、轉(zhuǎn)矩量化調(diào)盤根、綜合治理調(diào)回壓四個節(jié)點工作，累計節(jié)電201.2×104kWh，創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益120.7萬元，抽油機(jī)節(jié)能管理質(zhì)量得到了提升。

抽油機(jī)；盤根；回壓；節(jié)點；節(jié)能

引言

與老區(qū)采油廠對比，在舉升高度相當(dāng)?shù)那闆r下，外圍油田單井日產(chǎn)液量低，導(dǎo)致系統(tǒng)效率低，機(jī)采單耗相對較高[1]。近幾年，某廠從技術(shù)措施和管理措施入手，采取了大量的節(jié)電措施，使機(jī)采綜合單耗控制在8 kWh/t左右，但節(jié)能措施應(yīng)用潛力逐年下降。目前節(jié)能電動機(jī)的應(yīng)用率達(dá)90%以上，節(jié)能控制箱應(yīng)用率超過95%，傳統(tǒng)以“換”為主的節(jié)能工作思路已不能滿足新形勢的需要。因此，本著“精細(xì)挖潛管理潛力”的工作思路，開展了機(jī)采節(jié)能四個節(jié)點現(xiàn)場試驗。即以油井平衡率、皮帶、盤根、回壓為能耗治理點，通過逐步試驗，摸索其對能耗影響程度，以求合理工況下的節(jié)電最大化[2]。目前基于消除負(fù)功調(diào)平衡、松緊定壓調(diào)皮帶、轉(zhuǎn)矩量化調(diào)盤根、綜合治理調(diào)回壓四個節(jié)點試驗已經(jīng)成熟并現(xiàn)場推廣，抽油機(jī)節(jié)點管理質(zhì)量得到提升（圖1）。

圖1 四個節(jié)點示意

1 消除負(fù)功調(diào)平衡

從抽油機(jī)井的管理現(xiàn)狀看，可以用示功圖反映抽油泵在一個完整沖程中的工作狀況，但只錄取上、下沖程最大電流，卻不能把電動機(jī)在一個沖程中做功情況反映出來，造成無法把抽油機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)與電動機(jī)做功情況聯(lián)系起來分析，不利于進(jìn)一步深入搞好節(jié)能工作[3]。針對存在負(fù)功的井，開展了旨在消除負(fù)功的調(diào)整實驗。

1.1 上沖程做負(fù)功

以A井為例（圖2），A井上沖程產(chǎn)生負(fù)功：上沖程開始時曲柄方向釋放的能量大于舉升桿柱、液柱需要的能量，而帶動電動機(jī)做負(fù)功。通過調(diào)整平衡偏置角后，機(jī)械能轉(zhuǎn)換效率達(dá)到100%，負(fù)功消失，有功能耗下降（表1）。

圖2 A井調(diào)整前后有功功率曲線對比

表1 A井調(diào)整前后效果對比

1.2 下沖程做負(fù)功

以B井為例（圖3），B井下沖程產(chǎn)生負(fù)功：下沖程開始時載荷方向釋放的能量大于舉升曲柄、平衡塊所需要的能量，帶動電動機(jī)做負(fù)功。通過調(diào)整平衡偏置角后，機(jī)械能轉(zhuǎn)換效率提高，負(fù)功基本消失，有功能耗下降（表2）。

圖3 B井調(diào)整前有功功率曲線對比

表2 偏置角滯后調(diào)整前后效果對比

通過功率測試儀取代電流表指導(dǎo)平衡調(diào)整，消除了電動機(jī)做負(fù)功的問題，實現(xiàn)了抽油機(jī)井的真正平衡。2014年針對存在負(fù)功的360口抽油機(jī)井進(jìn)行了調(diào)整，調(diào)整后平均單井節(jié)電7.5 kWh，年累計節(jié)電10.4×104kWh，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益6.2萬元。目前，該方法已在全廠推廣應(yīng)用。

2 松緊定壓調(diào)皮帶

抽油機(jī)皮帶過緊或過松，都會造成有功功率增大，能耗上升。常規(guī)皮帶松緊度依據(jù)手指按壓程度來判斷，沒有統(tǒng)一量化標(biāo)準(zhǔn)[4]；為此，研制應(yīng)用按壓測試儀測試皮帶的松緊度。皮帶松緊度對能耗的影響先后經(jīng)歷了兩個階段：通過移動電動機(jī)，使用拉力表來測試皮帶中間點間的距離及壓力的方式來衡量皮帶松緊度對能耗的影響；使用壓力表測試皮帶下方壓力方式來衡量皮帶松緊度對能耗的影響，對結(jié)果進(jìn)行監(jiān)測和對比分析。

2.1 拉力衡量皮帶松緊度對能耗的影響

目前試驗4井次，通過移動電動機(jī)，測試皮帶間的拉力值及消耗功率變化。選4口井，其中十型機(jī)2口井，皮帶型號為4L5V5380，六型機(jī)2口井，皮帶型號為4L5V5080（表3）。

表3 試驗井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

表4 高37-31井以最緊點為起點移動電動機(jī)測量數(shù)據(jù)統(tǒng)計

由表4可知，皮帶松緊度變化，消耗功率也發(fā)生相應(yīng)變化。皮帶最緊時消耗功率最大為3.347 kW。一次前移5 mm時，消耗功率下降至3.051 kW，下降了8.8%，與初始狀態(tài)比下降8.6%；二次前移后消耗功率又有所上升。前移四次后，皮帶出現(xiàn)明顯摩擦聲和打滑現(xiàn)象，能耗也比較高。

分析認(rèn)為：皮帶最緊時，皮帶輪的軸向力增加，皮帶的摩擦力也增加，消耗功率相應(yīng)也較高；皮帶過松，出現(xiàn)打滑，電動機(jī)電流瞬間增加，消耗功率增加。合理的皮帶松緊度為指壓正常力按下2～3指左右,耗電量最低。

2.2 重力衡量皮帶松緊度對能耗的影響

在現(xiàn)場測試基礎(chǔ)上，不斷改進(jìn)工具、操作和測試方法，制作了皮帶松緊度測試儀，這種儀器能夠定量皮帶變形量，通過測試皮帶上方、下方重力值和能耗值，找到重力值和能耗點的關(guān)系。測試時用力壓皮帶，儀器外平面與皮帶平面重合時，讀取重力值，抽油機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)時再測能耗值，現(xiàn)場試驗4口井，繪制重力和能耗關(guān)系曲線（圖4）。

圖4 現(xiàn)場試驗井重力和能耗關(guān)系曲線

從現(xiàn)場測試看，當(dāng)能耗最低時：

◇井1皮帶上方重力140 N，皮帶下方重力130 N；

◇井2皮帶上方重力265 N，皮帶下方重力239 N；

◇井3皮帶上方重力100 N，皮帶下方重力90 N；

◇井4皮帶上方重力123 N，皮帶下方重力116 N。

測試以皮帶下方重力為主，六型機(jī)皮帶重力為100～150 N，十型機(jī)為200～250 N時，抽油機(jī)能耗較低，節(jié)電率為3%～5%。

該礦目前已經(jīng)進(jìn)行了160井次的皮帶測試及調(diào)整工作，使其皮帶松緊度在合理范圍內(nèi)?，F(xiàn)場測試40口井，平均有功功率6.05 kW，皮帶下方平均測試重力130 N，其中小于100 N的有10口井，大于200 N的有1口井，對這11口井皮帶進(jìn)行重新調(diào)整。調(diào)整前后平均有功功率下降了0.2 kW，日節(jié)電4.8 kWh，節(jié)電率3.3%。

目前，應(yīng)用該方法現(xiàn)場測試90口井，現(xiàn)場調(diào)整皮帶松緊度30井次，調(diào)整前后平均單井有功功率下降了0.2 kW，日節(jié)電4.8 kWh，累計年節(jié)電5.2×104kWh，年創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益3.1萬元。

3 轉(zhuǎn)矩量化調(diào)盤根

3.1 盤根上緊度的變化規(guī)律

采用刻度盤來指示上緊度，將盤根松緊度以40 N·m為起始0°，每旋轉(zhuǎn)90°記錄一次轉(zhuǎn)矩值，直到200 N·m。以旋轉(zhuǎn)角度為橫坐標(biāo)，以轉(zhuǎn)矩值為縱坐標(biāo)繪制曲線。由圖5可知，隨著上緊角度增加，轉(zhuǎn)矩值增大。

圖5 盤根上緊度的變化曲線

3.2 盤根松緊度對懸點載荷及能耗的影響

由表5可知，轉(zhuǎn)矩由40 N·m增加至200 N·m，上載荷上升了0.46 kN，下載荷下降了0.58 kN，交變載荷上升了1.04 kN。隨著轉(zhuǎn)矩增加，日耗電量增加值較大，端點差值達(dá)到20.5 kWh（圖6）。

表5 盤根轉(zhuǎn)矩對懸點載荷的影響

圖6 盤根松緊度對耗電量的影響曲線

3.3 盤根松緊度的自然遞減規(guī)律

選擇X11-5-SB4022井，將盤根松緊度調(diào)至200 N·m，每2 h錄取一次轉(zhuǎn)矩值，待下降趨勢穩(wěn)定后延長錄取周期，直至盤根出現(xiàn)微漏為止。

表6 不同轉(zhuǎn)矩下有功功率變化

從轉(zhuǎn)矩隨時間自然遞減可以看出（表6），當(dāng)盤根緊至200 N·m時，最初的24 h內(nèi)轉(zhuǎn)矩遞減速度最快，24 h后就已經(jīng)遞減至110 N·m，隨后盤根轉(zhuǎn)矩隨時間遞減變緩，第5天遞減至60 N·m并平穩(wěn)運(yùn)行5 d左右。

圖7 盤根松緊度的自然遞減曲線

日常維護(hù)后的盤根轉(zhuǎn)矩值在110±10 N·m，由圖7可知維護(hù)周期為9 d，與實際維護(hù)周期相近。使用積分對圈閉面積即耗電量進(jìn)行計算，得出該井日均耗電量110.07 kWh。

根據(jù)自然遞減趨勢確定合理的盤根維護(hù)周期為5 d，合理的轉(zhuǎn)矩值為60 N·m。使用積分對圈閉面積即耗電量進(jìn)行計算，得出該井日均耗電量107.28 kWh。對比新舊周期，某井日節(jié)電2.79 kWh，節(jié)電率達(dá)2.53%。

某礦在盤根管理方面，制定相應(yīng)的管理制度，截至目前，已經(jīng)有325個轉(zhuǎn)矩扳手安裝到單井上，25個轉(zhuǎn)矩扳手分發(fā)到其余采油礦進(jìn)行試驗。

改進(jìn)目的：能安裝在井口，且不影響加盤根操作，可作為盤根盒手柄。

改進(jìn)思路：縮短轉(zhuǎn)矩扳手的手柄，將改進(jìn)后的扳手焊接到盤根盒蓋上。

某礦研制成功了盤根轉(zhuǎn)矩扳手，實現(xiàn)了盤根松緊度直觀量化（圖8）。

盤根合理的轉(zhuǎn)矩值為40～60 N·m，正常維護(hù)周期5 d。目前，已推廣350口井，平均單井日節(jié)電3 kWh，年累計節(jié)電37.8×104kWh，年創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益22.7萬元。

圖8 盤根轉(zhuǎn)矩扳手示意

4 降回壓

由于聚驅(qū)井采出液黏稠、集油管線結(jié)蠟嚴(yán)重，以及大量環(huán)狀井的投產(chǎn)，該廠共有165口井回壓高于1.0 MPa，平均測試單耗高于全廠0.5 kWh/t；為此，開展了綜合治理調(diào)回壓工作。

6型機(jī)回壓每上升0.1 MPa日耗電上升0.5 kWh；10型及以上機(jī)型回壓每上升0.1 MPa日耗電上升2 kWh。

試驗不同機(jī)型，回壓變化對能耗的影響，14型抽油機(jī)3組，10型抽油機(jī)5組，6型抽油機(jī)7組，每組數(shù)據(jù)測試時長5 min，每個壓力測試3組數(shù)據(jù)，將所得數(shù)據(jù)按照不同機(jī)型分類歸納，并繪制各關(guān)系曲線圖以獲得直觀效果（圖9）。

圖9 不同機(jī)型回壓與耗電量關(guān)系曲線

由圖9可知，隨著回壓的升高，電量逐漸增大，不同機(jī)型抽油機(jī)每升高0.1 MPa，耗電量提高0.75%左右。

某廠現(xiàn)場試驗表明，6型機(jī)回壓每上升0.1 MPa，日耗電量上升0.5 kWh；10型及以上機(jī)型，回壓每上升0.1 MPa，日耗電量上升2 kWh。

目前已全面開展管線沖洗、物理清垢等降回壓工作，共計398井次，平均回壓由1.26 MPa降低到0.72 MPa，累計機(jī)采節(jié)電119.7×104kWh，年創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益71.8萬元（表7）。

表7 各項目取得的效益統(tǒng)計

5 結(jié)論

1）6型機(jī)皮帶重力為100～150 N，10型機(jī)為200～250 N時抽油機(jī)能耗低。根據(jù)轉(zhuǎn)矩遞減趨勢確定合理的盤根維護(hù)周期為5 d，合理的轉(zhuǎn)矩值為60 N·m。

2）消除負(fù)功調(diào)平衡、松緊定壓調(diào)皮帶、轉(zhuǎn)矩量化調(diào)盤根、綜合治理調(diào)回壓四個節(jié)點工作，實現(xiàn)降耗，取得經(jīng)濟(jì)效益。

[1]武俊憲.天平式游梁抽油機(jī)節(jié)能技術(shù)應(yīng)用[J].石油和化工節(jié)能，2013，3（3）：16-19．

[2]馬志堅.節(jié)能監(jiān)測管理在油田開發(fā)中的作用[J].石油石化節(jié)能，2013（9）：49-50．

[3]姜杰，馬強(qiáng).抽油機(jī)井系統(tǒng)效率評價與管理標(biāo)準(zhǔn)的研究[J].承德石油高等?？茖W(xué)校學(xué)報，2009，11（1）：17-20．

[4]田連雨.抽油機(jī)井日常管理能耗節(jié)點標(biāo)準(zhǔn)的確定[J].石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督，2014，30（6）：28-31.

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.12.018

2016-01-20

（編輯 王艷）

趙倩倩，工程師，2006年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院（石油工程專業(yè)），從事采油管理工作，E-mail：634530467@qq.com，地址：黑龍江省大慶市紅崗區(qū)大慶油田有限責(zé)任公司第五采油廠工程技術(shù)大隊機(jī)采室，163000。