老油田注采輸核心設備節(jié)能減排技術探析

薛悅

（大慶油田第六采油廠第二作業(yè)區(qū)技術管理室，黑龍江 大慶 163000）

我國老油田逐漸進入發(fā)展中后期，其含水量大幅度增加，產(chǎn)量下降，與地面配套技術無法適應，而且還存在設備性能老化、耗能較高、效率較低，產(chǎn)能源持續(xù)增長等情況，已無法適應我國當前綠色能源發(fā)展戰(zhàn)略和能量損耗考核需求。某些老油田根據(jù)其實際生產(chǎn)過程和特征，圍繞石油開采、集輸、注水等主要的地面工藝系統(tǒng)的核心設備，在關鍵技術的引導下，對多種技術進行優(yōu)化和創(chuàng)新，有效實現(xiàn)節(jié)能減排，同時使抽油機、注水泵等油田核心設備的節(jié)能水平得到顯著提升，也使老油田經(jīng)濟效益不斷提升，促進老油田全面高質量發(fā)展。

1 老油田注采輸核心設備運行

1.1 安全預警

老油田注采輸核心設備在實際運行過程中，安全預警管理要針對安全設計進行優(yōu)化和完善，從而使系統(tǒng)整體安全性能和質量達到安全水平。在實際優(yōu)化過程中需要以將事故物源控制作為出發(fā)點，并提出避免事故發(fā)生的方法和途徑，以此來從根本上發(fā)現(xiàn)并消除事故與危害，也能夠防止誤操作和設備故障造成的危害。從論證到設計再到基礎建設，為了達到生產(chǎn)、技術改造等目的，需要從以下幾方面著手：（1）項目規(guī)劃設計階段。應用技術性方法對危險因素進行有效排除，使得人們無法觸及危險區(qū)域，例如，可以將危險區(qū)域封閉起來，同時安裝一些安全保護設施。而且在實際規(guī)劃過程中，要對如何達到信息化問題進行充分考慮。目前，已經(jīng)有大量的自動化監(jiān)控設備被應用到了油井中，可以利用監(jiān)控來了解和發(fā)現(xiàn)井組中潛在或者已經(jīng)出現(xiàn)的安全隱患，通過遠程操作，可以將設備隱患進行有效控制，從而可以及時加強安全防范部署，以此來完全杜絕施工過程中的安全問題。（2）操作階段。制定系統(tǒng)設備維護與預防措施，運用設備故障分析技術，對設備中存在的問題進行快速檢測與解決。而且相關工作人員應經(jīng)常對各種安全設備進行檢測，確保這些設備在任何時候都能保持穩(wěn)定，并配備所需的防護用品等。對設備進行維護時，應遵循強制性維護和按需求維護的基本原則。強制維護指的是要遵守各級維護條例，以運行周期為依據(jù)，對設備進行強制維護，按需維護指的是以設備的狀況監(jiān)控為依據(jù)，有目的地進行維護。（3）制定管理方法。為使用者和操作者提供相關的技術資料，如維護安全手冊等。因此，應加大對員工的教育與培訓力度，以提高工作人員對不安全因素的處理水平和處理能力。

1.2 運行安全

老油田注采輸核心設備在實際運行過程中應安全預警管理，就是要針對設備在運轉過程中，可能會產(chǎn)生的一些異常情況或是存在一些安全隱患，制定相應的措施，以防止在設備運行過程中，會給工作人員帶來較大危害，也能夠避免誤操作和設備損壞等事故。要想保證生產(chǎn)設備的安全運行，就要從以下幾個角度著手，對生產(chǎn)裝置的不安全狀況、操作人員和管理人員的不安全行為、不安全環(huán)境的不安全因素進行分析。（1）對設備非安全狀況進行預先控制。由非人為原因引起的異常情況，在進行任何作業(yè)時，都要注意被作業(yè)的物體是否會出現(xiàn)異常。在設備實際運行過程中，因操作者對設備相關技術的認識不足而造成設備故障。例如，在抽油過程中，可能由于逆向流動，造成管道破裂和石油泄漏等情況，從而引起火災或中毒等現(xiàn)象。（2）對設備操作過程中的安全狀況進行預測。其中包含對設備環(huán)境安全警告，操作人員必須了解裝置本身存在的故障，并能準確地對設備的故障做出判斷和定位，從而實現(xiàn)設備的可靠度的預控制。（3）對設備的自然環(huán)境進行預先控制。風雨、溫度、雷電和其他一些自然因素使得部分設備處于異常的狀態(tài)。例如，在冬季由于溫度較低，會發(fā)生加熱爐液位計被凍，從而顯示失靈的情況，而在嚴重缺水情況下，燒干鍋可能會導致爐體損壞。（4）人為因素安全預控。工作人員技術和專業(yè)素質直接影響設備的安全運行。如果無法勝任崗位的人員獨自進行作業(yè)，會大幅度提高失誤概率，所以應在有經(jīng)驗的人員帶領下進行操作。

1.3 安全配套設施

只有嚴格按照法律和紀律來提高相關設備的質量，才能夠保證設備的安全、穩(wěn)定運行。（1）要嚴格落實工作職責，確保所有環(huán)節(jié)都有專門的工作人員管理和負責，推動工作職責的履行。（2）加強防范意識，加強防范措施，提高工作人員發(fā)現(xiàn)和解決問題的能力。（3）要加大三標建設力度。加強自身的治理，做好三標創(chuàng)建工作，為企業(yè)的安全生產(chǎn)奠定堅實基礎。（4）優(yōu)化安全生產(chǎn)隱患的整治工作。要想建立《隱患動態(tài)臺賬》，在實際制訂過程中需要設立中、長期方案，并對具體工作人員進行明確，做好相應整改工作。加大灘海進井路及井臺的保護工作，嚴格執(zhí)行長期管理制度，做好巡視防護，并做好封閉工作，對潛在風險進行動態(tài)銷賬管理。（5）強化品質監(jiān)督管理。加強對品質規(guī)范的研究，加強對品質的檢測，提高品質監(jiān)督水平。實施四方監(jiān)督管理制度，做好項目建設的參與工作，嚴格執(zhí)行《工程施工監(jiān)控表》，加強對項目的質量監(jiān)測，對不合理的工藝環(huán)節(jié)和不安全的隱患進行及時排查和糾正，確保項目的順利實施，避免出現(xiàn)質量問題。

2 老油田注采輸核心設備節(jié)能減排技術

2.1 永磁調速技術

在某地老油田清水站中，安裝了6個離心式抽水泵，每個抽水泵的出水量為600m3/h，132kW為電機輸出功率。因用水要求從450～900m3/h變化很大，所以需要同時應用2臺抽水泵，以此來滿足供水需求。為了確保供水和用水的均衡，超過1/3的水經(jīng)超壓回路回流至清水儲罐，使清泵實現(xiàn)較多的無用功。

由于水量波動大，供給與需求不匹配等問題的存在，為了防止因水泵倒轉引起的能源消耗，通常利用變頻技術來對供水進行調控。但是，在潮濕的野外環(huán)境和狹窄的空間，造成了較高的故障發(fā)生率和較大的維護難度，使其無法平穩(wěn)運行。經(jīng)過技術對比，應用對惡劣環(huán)境具有較好適應能力的永磁調速技術來對離心泵速度進行調節(jié)，以達到生產(chǎn)要求。

清水站改造兩臺永磁調速技術，并將其應用于變頻控制系統(tǒng)中。在實際工作過程中，可以根據(jù)用水負荷的變化，利用PLC控制器控制電動執(zhí)行機構，對主動導體轉子和從動導磁轉子的耦合面積進行調控，從而對水泵速度進行調整，從而達到對自動調整離心泵供水量的目的，以確保供用水均衡，同時，還能使清水泵的能耗得到節(jié)約，并使電動機和水泵實現(xiàn)從硬聯(lián)接到軟聯(lián)接，達到減少系統(tǒng)振動損耗，提高設備使用壽命的目的。圖1為永磁驅動控制的工作原理。

圖1 永磁驅動控制原理

2.2 永磁復合電機直驅抽油機技術

由于游梁式抽油機具有結構簡單、運行穩(wěn)定、易于檢維修等特點，所以在石油開采設備中占據(jù)了絕對優(yōu)勢，其應用數(shù)量可達95%。但是，由于其驅動的靜負載扭矩較大，與其相匹配的電機的額定功率遠遠高于實際運行的功率，電動機的功率利用率只有20%，并且產(chǎn)生了較大的空載損耗，再加上減速齒輪箱和四連桿機構等中間傳動環(huán)節(jié)存在一定的能量損耗，使其在地面系統(tǒng)運行時效率不會超過70%。電動機、四連桿件、齒輪箱的效能值分別為80%、95%和91%。為此，降低抽油機運行中的傳輸損耗，采用高效率、大起動扭矩的電機，是當前該領域研究的重點。

為解決常規(guī)的游梁式抽油機存在的功率低、能耗大等缺點，本文采用新型的直接驅動方式——永磁復合電機直驅抽油技術。這一技術在應用過程中不需要三相異步感應電動機，也不需要皮帶和減速齒輪。永磁復合電動機是一種將磁性齒輪（如圖2）和永磁電動機相結合的組合技術。該電動機采用一個內轉子，內轉子的高速運轉主要由電機驅動，而外轉子則通過磁場調節(jié)來實現(xiàn)對負荷的控制。經(jīng)調磁環(huán)由高轉速轉動磁場轉變?yōu)榈娃D速轉動，從而達到低轉速、大扭矩的目的。

圖2 磁性齒輪結構

技術特性：電機轉子主要應用非接觸型扭矩傳輸，無機械摩擦，也不需要應用潤滑，運轉效率超過85%。電動機具有較小的轉子數(shù)和較大的滾動軸承，具有較長的使用壽命。由于直驅游梁式抽油機具有單根轉動的特點，因此具有較低的機械損耗和較低的機械振動。

2.3 計量站真空相變加熱爐技術

在對老油田進行開采過程中，油田計量站的常壓水套具有提高石油天然氣集輸起始溫度，保證各井、站產(chǎn)出的石油向聯(lián)合站輸送的關鍵作用，也是石油生產(chǎn)和集輸?shù)闹饕b置，其能耗約為總能耗的17%。試驗結果表明，該系統(tǒng)的整體熱效率僅為64%，屬于偏低的一種。目前我國的水套加熱爐普遍面臨的問題是其工作負荷系數(shù)較小，一般只有50%～60%。由于燃燒效果較差，導致人工控制的燃燒器無法隨著采油過程的改變，而實現(xiàn)對燃燒器的負載及分配空氣的自動調節(jié)。

油田安全生產(chǎn)的自動化和智能化程度不斷提升，對高效節(jié)能和安全可靠的儲油熱設備提出了更高的要求。根據(jù)當前原油集輸加熱設備的實際特點，對油田計量站應用的真空變相加熱爐進行合理應用，使用全自動燃燒系統(tǒng)，可實現(xiàn)對燃氣的自動調節(jié)，防止因過熱而引起的燃氣的浪費。為了改善燃氣的燃燒效果，提出了一種基于煙氣氧氣含量的閉合循環(huán)燃燒方法。燃燒器具自動清洗、自動點火、火焰連續(xù)探測功能，具有滅火防護和燃氣電磁閥泄漏檢測防護等多項作用，確保了燃燒系統(tǒng)的安全性和可靠性。利用燃氣凈化設備對油田生產(chǎn)天然氣進行凈化處理，既確保了天然氣的品質，能夠提高燃燒爐的穩(wěn)定性，同時，也能夠有效地解決天然氣的計量問題。處理后的殘余水經(jīng)齒式水泵封住了外部輸送管道，避免原位排出造成的安全問題及對環(huán)境的影響。

2.4 大排量對置式柱塞泵替代離心泵改造技術

某老油田的注水系統(tǒng)以二次增壓的注水為主，在對油田進行加工后，通過下污水站的離心泵進行了一級提壓，然后將其輸送到增注泵站，通過增注泵站的活塞泵進行了二次提壓，最終通過配水閥組將其分布到各個注水井中，使其進入地層中進行驅油，使生產(chǎn)廢水的回收利用達到了零排放。在油田開發(fā)過程中，由于注水條件的不斷改變，導致注水系統(tǒng)中的注水要求和注水工藝之間的不匹配，以及老舊設備的高能耗、低效率等問題日益突出。試驗結果顯示，該設備在整個注入過程中，能源的使用率為52.4%，水泵的工作效率為71.1%，水泵的能耗是整個注入過程中損耗最大的部分。在提高注水系統(tǒng)性能和改進過程中，重點安裝泵的選擇是非常重要的。目前，主要應用離心泵和活塞泵兩種泵型，其優(yōu)勢在于其容積大、維修工作量少，其不足之處在于其運行離開了有效區(qū)域后，其效率迅速降低。在此背景下，由于油田注水量經(jīng)常波動，而工藝無法及時進行調整情況下，出現(xiàn)了使用大排量對式柱塞泵來代替離心泵，并與變頻調速技術相匹配，從而可以提升泵機組的效率。

技術特征：泵體的兩個流體動端部是全部橫向設置在曲軸兩側，運行時一側活塞在循環(huán)過程中移動時，其轉動的慣性會影響曲軸，再將其傳輸給另一側的活塞，從而形成動力。相對單側活塞式泵站，該泵站的整體效率可提高約5%。采用一支曲軸同時驅動兩支液體端部，可有效地克服往復活塞泵排量大、壓力大、容積大的矛盾，使其與同等排量的單向活塞泵相比，減小了泵的容積。一次運轉不會出現(xiàn)空檔，整體受力比較均衡，運轉更為順暢。

3 結語

總體而言，在已建成的老油田中，對原有的能源消耗體系進行常規(guī)的能源消耗改革，對其能源效率進行升級，同時加大投資，其節(jié)能降耗的成效也能夠得到提升。因此，本文從整個系統(tǒng)的角度出發(fā)，了解制約能源效率的關鍵瓶頸，并對能源效率進行優(yōu)化，從而使能源效率提高，使油田的經(jīng)濟利益達到最大。