淺析機(jī)采系統(tǒng)節(jié)能產(chǎn)品效果評價(jià)常見問題及對策

王海軍，雷 鈞，周學(xué)軍，周 杰，于 博，王軍民

中國石油長慶油田分公司技術(shù)監(jiān)測中心 （陜西 西安 710018）

機(jī)采系統(tǒng)是油田最重要的生產(chǎn)系統(tǒng)，也是最主要的耗能系統(tǒng)，年能耗量約占油田總能耗的60%以上。為了不斷提高機(jī)采系統(tǒng)效率、降低能耗，每年要投入大量的節(jié)能產(chǎn)品進(jìn)行節(jié)能改造。因此，為保證節(jié)能產(chǎn)品的有效投入，客觀公正地評價(jià)各類節(jié)能產(chǎn)品的節(jié)能效果就顯得尤為關(guān)鍵。

1 機(jī)采系統(tǒng)節(jié)能產(chǎn)品簡介

機(jī)采系統(tǒng)節(jié)能產(chǎn)品根據(jù)應(yīng)用對象不同主要分為節(jié)能抽油機(jī)、節(jié)能電機(jī)、節(jié)能控制裝置等[1]。

1.1 節(jié)能抽油機(jī)

1）數(shù)字化抽油機(jī)。數(shù)字化抽油機(jī)是集成了油井?dāng)?shù)據(jù)采集模塊，將油井?dāng)?shù)據(jù)采集處理后，遠(yuǎn)傳到上位機(jī)，并接收上位機(jī)指令，對抽油機(jī)進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)電參、功圖數(shù)據(jù)等相關(guān)參數(shù)的自動(dòng)采集和遠(yuǎn)程控制操作，能自動(dòng)判定并調(diào)整沖次和平衡。

2）立式抽油機(jī)。立式抽油機(jī)采用塔架立式結(jié)構(gòu)，舍棄四連桿機(jī)構(gòu)，縮短動(dòng)力傳動(dòng)路線，實(shí)現(xiàn)長沖程、大負(fù)載，采用平衡塊砝碼式配重，實(shí)現(xiàn)精確平衡，提高系統(tǒng)效率。

1.2 節(jié)能電機(jī)

1）多功率節(jié)能電機(jī)。抽油機(jī)啟動(dòng)時(shí)控制器自動(dòng)將電機(jī)接入大功率，啟動(dòng)后負(fù)載變輕、電流下降，控制器將電機(jī)接入小功率運(yùn)行。反之當(dāng)抽油機(jī)負(fù)載變重、電機(jī)電流上升，控制器則將電機(jī)接入到大功率運(yùn)行，有效地提高了電機(jī)負(fù)載率。

2）稀土永磁電機(jī)。采用稀土永久磁鐵代替勵(lì)磁繞組激磁，沒有轉(zhuǎn)差損耗，定子電流減小，功率因數(shù)高。電機(jī)的負(fù)載變化和電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)，不存在速動(dòng)波動(dòng)，沒有機(jī)械轉(zhuǎn)換過程中的損耗，提高了低負(fù)載區(qū)的電機(jī)運(yùn)行效率。適用于電機(jī)功率因數(shù)低的抽油機(jī)。

3）開關(guān)磁阻電機(jī)。利用磁阻最小原理，拉動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是由定、轉(zhuǎn)子間氣隙磁阻的變化產(chǎn)生的結(jié)果，類似于磁鐵吸引鐵質(zhì)物質(zhì)。具有啟動(dòng)扭矩大、電流小，適合于帶載啟動(dòng)工況。高效區(qū)間寬，負(fù)載率為20%～100%時(shí)，電機(jī)運(yùn)行效率均能保持在80%以上。電機(jī)本身效率高，空載損耗小，運(yùn)行功率因數(shù)高。

1.3 節(jié)能控制裝置

1）井組無功補(bǔ)償裝置。通過在變壓器低壓側(cè)安裝井組無功功率補(bǔ)償裝置，可有效提高變壓器運(yùn)行效率，提高功率因素，改變電機(jī)運(yùn)行的低電壓、大電流高損耗狀態(tài)?？山鉀Q抽油機(jī)運(yùn)行過程中負(fù)荷變化導(dǎo)致變壓器功率因數(shù)很低，變壓器、線路損耗過大的問題。

2）油井智能間開裝置。智能間開裝置通過檢測電機(jī)運(yùn)行功率間接判斷油井供液能力，實(shí)現(xiàn)油井智能啟停控制，保證抽油設(shè)備工作在最佳狀態(tài)。在不影響油井日產(chǎn)液的情況下，減少了現(xiàn)場操作的工作量，降低了三抽設(shè)備的機(jī)械磨損，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。

3）井組集中控制節(jié)能裝置。該裝置是以油井生產(chǎn)參數(shù)為基礎(chǔ)，集成應(yīng)用了共直流母線、無級變頻調(diào)參、軟啟動(dòng)、動(dòng)態(tài)功率因數(shù)補(bǔ)償、動(dòng)態(tài)調(diào)功，實(shí)現(xiàn)對油井生產(chǎn)參數(shù)的優(yōu)化調(diào)整，達(dá)到集中控制、綜合節(jié)能的目的。

2 機(jī)采系統(tǒng)節(jié)能產(chǎn)品效果評價(jià)方法

2.1 機(jī)采系統(tǒng)節(jié)能產(chǎn)品效果評價(jià)原則

機(jī)采系統(tǒng)節(jié)能產(chǎn)品是指符合有關(guān)的質(zhì)量、安全和環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)要求，在機(jī)采系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)與同類產(chǎn)品或完成相同功能的產(chǎn)品相比，能效或節(jié)能率指標(biāo)達(dá)到相關(guān)規(guī)定，增加的投資具有合理回收期的產(chǎn)品[2]。

效果評價(jià)要符合3個(gè)方面的內(nèi)容：一是對產(chǎn)品質(zhì)量、安全和環(huán)境保護(hù)性能有較大影響的指標(biāo)應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求；二是在使用中，與同類產(chǎn)品或完成相同功能的產(chǎn)品相比，能效指標(biāo)（技術(shù)指標(biāo)）達(dá)到相關(guān)能效標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定（節(jié)能評價(jià)值）；三是具有合理的用戶增加投資回收期（經(jīng)濟(jì)指標(biāo)）。

2.2 機(jī)采系統(tǒng)節(jié)能產(chǎn)品效果評價(jià)方法

目前機(jī)采系統(tǒng)節(jié)能產(chǎn)品的效果評價(jià)通常用節(jié)能量和節(jié)能率指標(biāo)表征節(jié)能產(chǎn)品節(jié)能效果。根據(jù)SY/T 6422—2016《石油企業(yè)用節(jié)能產(chǎn)品節(jié)能效果測定》的要求，按工況的不同分為未改變工況下的測試計(jì)算和改變工況下的測試，并用節(jié)能率評價(jià)節(jié)能效果。工況區(qū)分見表1。

表1 機(jī)采系統(tǒng)節(jié)能產(chǎn)品節(jié)能效果測定工況區(qū)分表

2.2.1 未改變工況節(jié)能效果計(jì)算

未改變工況下機(jī)采系統(tǒng)節(jié)能產(chǎn)品節(jié)能率計(jì)算方法如下：

式中：ξjy為有功功率節(jié)能率，%；Wj1為應(yīng)用節(jié)能產(chǎn)品前噸液提升百米揚(yáng)程有功功率耗電量，kW·h/（102m·t）；Wj2為應(yīng)用節(jié)能產(chǎn)品后噸液提升百米揚(yáng)程有功功率耗電量，kW·h/（102m·t）。

2.2.2 改變工況節(jié)能效果計(jì)算

對于改變運(yùn)行工況的機(jī)采系統(tǒng)節(jié)能產(chǎn)品，以相同生產(chǎn)周期的產(chǎn)液單耗計(jì)算節(jié)能效果，其節(jié)能率計(jì)算方法如下：

式中：ξjg為節(jié)能率，%；Bjg1為應(yīng)用節(jié)能產(chǎn)品前機(jī)械采油系統(tǒng)的產(chǎn)液單耗，kW·h/t；Bjg2為應(yīng)用節(jié)能產(chǎn)品后機(jī)械采油系統(tǒng)的產(chǎn)液單耗，kW·h/t。

3 效果評價(jià)常見問題

3.1 缺少關(guān)鍵性能評價(jià)

節(jié)能產(chǎn)品效果評價(jià)存在不平衡現(xiàn)象，主要表現(xiàn)在重節(jié)能量評測，輕質(zhì)量、功能、安全和環(huán)境方面的產(chǎn)品關(guān)鍵性能的測試評價(jià)，節(jié)能產(chǎn)品的評價(jià)缺乏適用性。

3.2 效果評價(jià)指標(biāo)不健全

SY/T 6422—2016標(biāo)準(zhǔn)中給出的節(jié)能率計(jì)算方法盡管能夠直觀表述機(jī)采系統(tǒng)節(jié)能產(chǎn)品的節(jié)能效果，但無法準(zhǔn)確計(jì)量節(jié)能產(chǎn)品帶來的節(jié)能量數(shù)值，缺少詳細(xì)的機(jī)采系統(tǒng)節(jié)能產(chǎn)品節(jié)能量計(jì)算公式，即效果評價(jià)要求中關(guān)于經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的要求測算，無法滿足節(jié)能技改項(xiàng)目關(guān)于節(jié)能產(chǎn)品節(jié)能量的測算考核要求。

3.3 能耗基準(zhǔn)值引用錯(cuò)誤

1）用耗電量代替了用電單耗，混淆了節(jié)能產(chǎn)品關(guān)于同等能力的表述，沒有考慮油井產(chǎn)液量、動(dòng)液面等重要生產(chǎn)參數(shù)，導(dǎo)致節(jié)能效果偏離實(shí)際值。

2）混淆了改變工況及未改變工況情況下效果評價(jià)能耗值的引用。改變工況下的產(chǎn)液單耗和未改變工況下百米有功耗電量單耗應(yīng)用混亂。

3.4 無標(biāo)準(zhǔn)測試裝置

目前，機(jī)采系統(tǒng)節(jié)能產(chǎn)品效果評價(jià)在生產(chǎn)現(xiàn)場完成，易受機(jī)采系統(tǒng)復(fù)雜的現(xiàn)場環(huán)境和多變的工況影響，測試參數(shù)波動(dòng)較大，工況復(fù)現(xiàn)性差，效果評價(jià)存在一定的局限性。

4 解決對策

4.1 缺少關(guān)鍵性能評價(jià)的對策

節(jié)能產(chǎn)品的前提是其在同等功能的產(chǎn)品中具有安全可靠、清潔環(huán)保、質(zhì)量優(yōu)良的特性，符合國家相關(guān)的產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，功能等同或優(yōu)于現(xiàn)有產(chǎn)品。因此，實(shí)施機(jī)采系統(tǒng)節(jié)能產(chǎn)品的效果評價(jià)首先要對應(yīng)用的節(jié)能產(chǎn)品進(jìn)行安全、環(huán)保的定性或定量評價(jià)，核對該產(chǎn)品是否在國家明令淘汰的產(chǎn)品目錄系列，測試產(chǎn)品的功能是否滿足使用要求，進(jìn)而開展節(jié)能產(chǎn)品節(jié)能效果的測定與評價(jià)。

4.2 效果評價(jià)指標(biāo)不健全的對策

節(jié)能率和節(jié)能量是節(jié)能效果的不同表達(dá)方式，節(jié)能率是節(jié)能效果的占比表述，側(cè)重于應(yīng)用節(jié)能產(chǎn)品后的能源消耗降低率；節(jié)能量是節(jié)能效果的總量表達(dá)，側(cè)重于應(yīng)用節(jié)能產(chǎn)品后的能源消耗降低量。二者具有相互關(guān)聯(lián)性。

科學(xué)合理地進(jìn)行機(jī)采系統(tǒng)節(jié)能產(chǎn)品效果評價(jià)應(yīng)完善機(jī)采系統(tǒng)節(jié)能產(chǎn)品效果評價(jià)指標(biāo)，特別是完善機(jī)采系統(tǒng)節(jié)能產(chǎn)品節(jié)能量計(jì)算方法。

節(jié)能量是在滿足同等需要或達(dá)到相同目的的條件下，能源消費(fèi)減少的數(shù)量[3]。結(jié)合機(jī)采系統(tǒng)節(jié)能率的標(biāo)準(zhǔn)公式和機(jī)采系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)，機(jī)采系統(tǒng)節(jié)能產(chǎn)品節(jié)能量計(jì)算方法有兩種。

4.2.1 未改變工況的節(jié)能量計(jì)算方法

式中：Wb為應(yīng)用節(jié)能產(chǎn)品后噸液提升百米揚(yáng)程有功功率耗電量，kW·h/（102m·t）；Wj為應(yīng)用節(jié)能產(chǎn)品前噸液提升百米揚(yáng)程有功功率耗電量，kW·h/（102m·t）；Qb為應(yīng)用節(jié)能產(chǎn)品后產(chǎn)液量，t/d；Hb為應(yīng)用節(jié)能產(chǎn)品后揚(yáng)程，m；t為節(jié)能產(chǎn)品運(yùn)行時(shí)間，d。其中：

式中：P為應(yīng)用節(jié)能產(chǎn)品前（后）平均有功功率，kW·h；t1為日運(yùn)行時(shí)間，h。

4.2.2 改變工況的節(jié)能量計(jì)算方法

式中：Wb為應(yīng)用節(jié)能產(chǎn)品后產(chǎn)液單耗，kW·h/t；Wj為應(yīng)用節(jié)能產(chǎn)品前產(chǎn)液單耗，kW·h/t；Qb為應(yīng)用節(jié)能產(chǎn)品后產(chǎn)液量，t/d；t為節(jié)能產(chǎn)品運(yùn)行時(shí)間，d。

P為應(yīng)用節(jié)能產(chǎn)品前（后）平均有功功率，kW·h；t1為日運(yùn)行時(shí)間，h。

如在監(jiān)測一機(jī)械采油井安166-30井時(shí)，該井將安裝的Y225M-8型更換為TYJX-225-8型永磁同步電機(jī)，需計(jì)算更換節(jié)能電機(jī)后的日節(jié)能量和年節(jié)能量，監(jiān)測數(shù)據(jù)見表2。

表2 安166-30井安裝節(jié)能產(chǎn)品前后監(jiān)測數(shù)據(jù)表

根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)表，該井沖程未發(fā)生變化，沖次的變化量為0.07 min-1,產(chǎn)液量變化率為0.96%，動(dòng)液面變化率為0.28%，平衡度變化率為3.86%。因此，按照機(jī)采系統(tǒng)節(jié)能產(chǎn)品節(jié)能效果測定工況區(qū)分要求，該井的節(jié)能量按照未改變工況方法計(jì)算。

即該井更換永磁同步電機(jī)后日節(jié)能量為43.35kW·h；若年運(yùn)行時(shí)間為360天，則年節(jié)能量為1.56×104kW·h。

4.3 能耗基準(zhǔn)值引用錯(cuò)誤的對策

1）認(rèn)真區(qū)分總量與單耗的關(guān)系，明確節(jié)能量計(jì)算必須要使用單耗作為基準(zhǔn)的思路。節(jié)能量計(jì)算是單耗的變化量與節(jié)能產(chǎn)品應(yīng)用后生產(chǎn)能力的合成，而非耗電量的簡單加減，需堅(jiān)決摒除耗電量代替“產(chǎn)液單耗”或“噸液提升百米揚(yáng)程有功功率耗電量”的觀念，以免造成節(jié)能量偏離。

2）對應(yīng)用節(jié)能產(chǎn)品前后測試的參數(shù)進(jìn)行比對，根據(jù)SY/T 6422—2016規(guī)定界定工況是否改變，進(jìn)而選擇“產(chǎn)液單耗”或“噸液提升百米揚(yáng)程有功功率耗電量”作為適合的能耗計(jì)算基準(zhǔn)。

4.4 無標(biāo)準(zhǔn)測試裝置的對策

盡快建立抽油機(jī)質(zhì)量與能效檢測標(biāo)準(zhǔn)裝置[4]，完善各類油藏下的不同抽油機(jī)、電機(jī)及匹配的示功圖、動(dòng)液面、產(chǎn)液量等生產(chǎn)參數(shù)的大數(shù)據(jù)錄入維護(hù)，滿足不同機(jī)采系統(tǒng)節(jié)能產(chǎn)品在標(biāo)準(zhǔn)裝置進(jìn)行靜態(tài)性能測試和動(dòng)態(tài)匹配性比較測試，進(jìn)一步完善機(jī)采系統(tǒng)節(jié)能產(chǎn)品效果評價(jià)手段[5]。

5 結(jié)論

1）機(jī)采系統(tǒng)節(jié)能產(chǎn)品類型多、原理復(fù)雜、節(jié)能特點(diǎn)各異，應(yīng)根據(jù)其實(shí)際應(yīng)用特點(diǎn)綜合考慮安全、環(huán)保、質(zhì)量因素，確定合理的節(jié)能效果評價(jià)方法。

2）補(bǔ)充完善未改變工況及改變工況下的節(jié)能量計(jì)算公式，可準(zhǔn)確計(jì)算各類機(jī)采系統(tǒng)節(jié)能產(chǎn)品的節(jié)能量。

3）根據(jù)未改變工況及改變工況的機(jī)采系統(tǒng)，正確選用“產(chǎn)液單耗”和“噸液提升百米揚(yáng)程有功功率耗電量”作為節(jié)能量計(jì)算的基準(zhǔn)單耗，確保節(jié)能量計(jì)算的嚴(yán)謹(jǐn)。

4）建立并使用抽油機(jī)質(zhì)量與能效檢測標(biāo)準(zhǔn)裝置，可有效彌補(bǔ)不同機(jī)采系統(tǒng)節(jié)能產(chǎn)品的靜態(tài)性能測試和動(dòng)態(tài)匹配性比較測試，健全機(jī)采系統(tǒng)節(jié)能產(chǎn)品的全效果評價(jià)。