王鑫（大慶油田有限責(zé)任公司第五采油廠）

降低抽油機(jī)井系統(tǒng)能耗的措施與效果

王鑫（大慶油田有限責(zé)任公司第五采油廠）

目前，油田機(jī)采系統(tǒng)能耗呈逐年上升趨勢，單井產(chǎn)液量下降，能耗水平上升，節(jié)能形勢非常嚴(yán)峻。在保證原油產(chǎn)量的情況下，針對(duì)有節(jié)能潛力的抽油機(jī)井，特別是針對(duì)新投的抽油機(jī)井，通過采取合理匹配抽汲參數(shù)、優(yōu)選能耗設(shè)備、加大能耗設(shè)備改造力度和加強(qiáng)生產(chǎn)管理等綜合配套節(jié)能措施降低生產(chǎn)運(yùn)行能耗。

抽油機(jī) 節(jié)能 措施 效果

2010年，實(shí)測3202口機(jī)采井系統(tǒng)效率，平均系統(tǒng)效率24.17%，測試單耗6.6k W h/t，其中測試2 924口抽油機(jī)井系統(tǒng)效率，平均系統(tǒng)效率24.18%，測試單耗6.72k W h/t。在實(shí)測抽油機(jī)井中單耗在8k W h/t以上的高單耗抽油機(jī)井有1 617口，占實(shí)測抽油機(jī)井總數(shù)的55.3%，平均單耗13.43 k W h/t，這部分井節(jié)能潛力相對(duì)較大，是重點(diǎn)分析和采取節(jié)能措施進(jìn)行綜合治理的對(duì)象。

1 影響抽油機(jī)井系統(tǒng)能耗因素分析

機(jī)采節(jié)能工作的宗旨就是在保證一定原油產(chǎn)量的情況下，盡可能少耗電。因此，從井下采出單位質(zhì)量的原油需要消耗的電能，即單耗，就成為評(píng)價(jià)機(jī)采井能耗水平的核心技術(shù)指標(biāo)。為此，以單耗理論計(jì)算公式為基礎(chǔ)，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，對(duì)影響抽油機(jī)井單耗的因素進(jìn)行了深入分析。

1.1 抽油機(jī)負(fù)載率偏低

1.1.1 抽油機(jī)機(jī)型偏大

當(dāng)抽油機(jī)機(jī)型偏大時(shí)，減速箱軸承和齒輪承受的負(fù)荷大，摩擦損失大，無效功率損失大，單耗高。抽油機(jī)載荷利用率越小，無效功率損失占消耗功率的比例越大，抽油機(jī)總體應(yīng)用水平越低[1]。根據(jù)理論分析，為排除參數(shù)和泵效對(duì)單耗的影響，把泵效在40%以上、沖速在6m i n-1以下的井作為重點(diǎn)統(tǒng)計(jì)分析對(duì)象，統(tǒng)計(jì)這部分井中載荷利用率≤20%、單耗在8k W h/t以上的井共77口。

這77口井平均沉沒度為92m，生產(chǎn)參數(shù)沒有上調(diào)余地，平均單耗較全區(qū)塊平均水平高5.01 k W h/t，分析認(rèn)為主要是機(jī)型偏大所致。具體表現(xiàn)是，平均載荷利用率低于全區(qū)塊平均水平42.66個(gè)百分點(diǎn)，這部分井10型及10型以上抽油機(jī)有57口，可以通過換小機(jī)型措施降低單耗。

1.1.2 電動(dòng)機(jī)裝機(jī)功率偏大

當(dāng)電動(dòng)機(jī)額定功率偏大時(shí)，電動(dòng)機(jī)熱損失和機(jī)械損失大，無效功率損失大，單耗高[2]。參考有關(guān)資料，當(dāng)電動(dòng)機(jī)功率利用率在20%以下時(shí)，電動(dòng)機(jī)效率將低于60%，功率因數(shù)低于0.5，自身損失增加，偏離高效區(qū)，處于低效運(yùn)行狀態(tài)。為了排除其他因素對(duì)單耗的影響，把載荷利用率>60.44%、泵效>40%、沖速在6m i n-1的井作為重點(diǎn)統(tǒng)計(jì)分析對(duì)象。統(tǒng)計(jì)這部分井中功率利用率≤20%、單耗在8.0k W h/t以上的井共416口，分析認(rèn)為主要是由于單井產(chǎn)量偏低、供液能力不足、生產(chǎn)參數(shù)沒有上調(diào)余地、電動(dòng)機(jī)裝機(jī)功率偏大所致。針對(duì)這部分井可以采取換小電動(dòng)機(jī)措施，降低無用功消耗，提高功率利用率，使電動(dòng)機(jī)在高效區(qū)運(yùn)行，從而降低運(yùn)行能耗和生產(chǎn)單耗。

1.2 抽油井抽汲參數(shù)不合理

依據(jù)理論分析，在泵徑、沖程和沖速中對(duì)單耗影響最大的是沖速，單耗與沖速的平方呈正相關(guān)關(guān)系。因此，在分析抽汲參數(shù)對(duì)單耗的影響時(shí)，以沖速為重心，按照“長沖程、大泵徑、低沖速”的總體原則，同時(shí)結(jié)合其他相關(guān)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，對(duì)抽汲參數(shù)進(jìn)行合理匹配，使得能耗和單耗最低。

1.2.1 抽汲參數(shù)偏小

抽汲參數(shù)偏小主要表現(xiàn)為：在沉沒度和泵效都較高的情況，泵徑或沖程有進(jìn)一步調(diào)大余地。在這種情況下，雖然舉升高度和抽汲參數(shù)均較低，對(duì)降低能耗是有利因素，但是由于產(chǎn)液量能力沒有得到充分發(fā)揮，使得單耗仍然較高。依據(jù)理論分析，為排除其他因素對(duì)單耗的影響，把載荷利用率>60.44%、功率利用率>26.51%、沉沒度>300m、泵效>45%、沖速＜6m i n-1、泵徑＜70m m或沖程沒有達(dá)到最大值的井作為重點(diǎn)統(tǒng)計(jì)分析對(duì)象，統(tǒng)計(jì)其中單耗>8.0k W h/t的井共118口。針對(duì)這部分井，可以根據(jù)沉沒度和泵效具體情況，通過軟件優(yōu)化，合理換大泵徑、調(diào)大沖程，使產(chǎn)液量和舉升高度的匹配更趨合理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)單耗的降低。另外，針對(duì)個(gè)別井的單井情況，還可以采取堵水措施，通過降低無效采出液，減少能耗，降低噸油耗電。

1.2.2 抽汲參數(shù)相對(duì)偏大

對(duì)于地層供液能力不強(qiáng)的抽油機(jī)井，如果采用相對(duì)較大的抽汲參數(shù)生產(chǎn)，會(huì)導(dǎo)致低沉沒度、低泵效，抽油泵充滿程度低，此時(shí)，系統(tǒng)容積、水利和摩擦功率消耗相對(duì)較大，無效功消耗大，造成單耗高。對(duì)于這部分井，可以通過調(diào)小參、間抽、檢換小泵、安裝減速裝置、轉(zhuǎn)提撈和壓裂等措施降低單耗。

1.2.3 抽汲參數(shù)匹配不合理

依據(jù)優(yōu)化理論，分析認(rèn)為這部分井主要是沖程、泵徑偏小，沖速偏高，使抽油桿彈性變形損失、慣性載荷增加，電量增加幅度大于液量增加幅度，導(dǎo)致單耗升高。統(tǒng)計(jì)這類井共43口。對(duì)沖程有上調(diào)余地的井，可采取調(diào)大沖程、降低沖次措施進(jìn)行調(diào)節(jié)；對(duì)沖程沒有調(diào)節(jié)余地的井，可以利用檢泵時(shí)機(jī)換大泵徑、降低沖速措施進(jìn)行調(diào)整，降低無效功率消耗，實(shí)現(xiàn)降低單耗的目的。

1.3 抽油機(jī)無效功消耗大

1.3.1 泵容積損失大

造成容積損失大有兩方面原因：當(dāng)抽油泵嚴(yán)重漏失時(shí)，柱塞和襯套間徑向間隙大，使泵的容積損失增大，造成無效功率損失相對(duì)增加，單耗高；當(dāng)篩管堵塞嚴(yán)重時(shí)，造成泵的供液不足，柱塞兩端壓差大，導(dǎo)致柱塞與襯套摩擦損失和漏失量增加，無效功率損失增大，單耗高。根據(jù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)這類井共有64口，對(duì)這部分井，必須采取檢泵措施，在恢復(fù)泵況的同時(shí)，優(yōu)化匹配參數(shù)，實(shí)現(xiàn)降低單耗和能耗的目的。

1.3.2 地面無效摩擦損失功率大

如“五率”、盤根和皮帶等調(diào)整不及時(shí)，會(huì)造成摩擦損失的增加，使無效功率損失增大，單耗高。這類井有62口，生產(chǎn)運(yùn)行參數(shù)均在正常范圍之內(nèi)，但是單耗卻達(dá)到13.03k W h/t，綜合分析認(rèn)為主要是由于地面設(shè)備摩擦損失消耗功率偏大造成的。針對(duì)這部分井，應(yīng)通過加強(qiáng)調(diào)整“五率”和盤根松緊度等措施，減少地面?zhèn)鲃?dòng)、相對(duì)運(yùn)動(dòng)摩擦等無效功消耗，實(shí)現(xiàn)降低單耗的目的。

2 降低能耗主要優(yōu)化措施及效果

2011年，重點(diǎn)針對(duì)單耗在8.0k W h/t以上的抽油機(jī)井，共采取各類降低單耗措施13項(xiàng)、308 2井次，措施井單耗明顯降低，取得較好節(jié)能效果。

2.1 針對(duì)設(shè)備利用率低的抽油機(jī)井，優(yōu)化設(shè)計(jì)配套措施

2.1.1 機(jī)型偏大

針對(duì)因機(jī)型偏大造成高能耗的抽油機(jī)井，采取換小機(jī)型措施8口井，應(yīng)用新型節(jié)能抽油機(jī)1口井，抽油機(jī)節(jié)能改造9口井。對(duì)機(jī)型偏大井治理后，平均單井日節(jié)電24 k W h，18口井預(yù)計(jì)當(dāng)年節(jié)電7.77×104k W h。

2.1.2 應(yīng)用節(jié)能電動(dòng)機(jī)

針對(duì)因電動(dòng)機(jī)裝機(jī)功率偏大造成高單耗的抽油機(jī)井，采取更換裝機(jī)功率小的節(jié)能型電動(dòng)機(jī)或?qū)ΤＲ?guī)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行節(jié)能改造，共計(jì)240臺(tái)。措施前后，平均裝機(jī)功率降低8.5 k W，功率利用率提高1.5個(gè)百分點(diǎn)，平均單耗降低2.0k W h/t，平均消耗功率減少1.6 k W，平均單井日節(jié)電38.4 k W h，節(jié)電率23.5%，240口井預(yù)計(jì)當(dāng)年節(jié)電465.9×104k W h。

2.1.3 應(yīng)用節(jié)能控制箱

應(yīng)用節(jié)能控制箱131臺(tái)，安裝前后通過節(jié)能控制與常規(guī)控制箱對(duì)比，節(jié)電率15.5%，平均單井日節(jié)電23.8k W h，231口井預(yù)計(jì)當(dāng)年節(jié)電98.96×104k W h。

2.2 針對(duì)抽汲參數(shù)不合理的抽油機(jī)井，優(yōu)化匹配參數(shù)

2.2.1 優(yōu)化匹配泵徑、地面參數(shù)

針對(duì)正常生產(chǎn)時(shí)沉沒度高、泵效高、沖速高的高單耗抽油機(jī)井，利用檢泵時(shí)機(jī)采取換大泵、調(diào)小沖速措施22口井。換大泵、調(diào)小沖速后，平均泵徑增大15 m m，沖速降低2.7m i n-1，平均理論排量增大3.1 m3/d，沉沒度降低8 1.2m，泵效提高8.1個(gè)百分點(diǎn)，單耗降低3.63k W h/t，消耗功率降低1.63 k W，平均單井日節(jié)電39.1 k W h，22口井預(yù)計(jì)當(dāng)年節(jié)電15.48×104k W h。

針對(duì)正常生產(chǎn)時(shí)地面參數(shù)已調(diào)至最小，沉沒度低、泵效低、單耗高的抽油機(jī)井，利用檢泵時(shí)機(jī)采取換小泵徑措施55口井。換小泵后，平均泵徑減小12.5 m m，理論排量降低15.6%，沉沒度增加96.3 m，泵效提高8.9個(gè)百分點(diǎn)，單耗降低1.39 k W h/t，消耗功率降低2.23k W，平均單井日節(jié)電53.5k W h，55口井預(yù)計(jì)當(dāng)年節(jié)電52.96×104k W h。

2.2.2 調(diào)小參數(shù)

針對(duì)因沖速高而造成沉沒度低、泵效低、單耗高的抽油機(jī)井，采取調(diào)小沖速措施232口井，調(diào)小沖程措施22口井。調(diào)小參數(shù)后，平均沖速降低2m i n-1，沉沒度增加220.9m，泵效提高5.4個(gè)百分點(diǎn)，單耗降低2.19k W h/t，消耗功率減少2.0k W，平均單井日節(jié)電48k W h，254口井預(yù)計(jì)當(dāng)年節(jié)電219×104k W h。

2.2.3 間抽措施

針對(duì)沉沒度低、泵效低、地面參數(shù)已調(diào)至最小，單耗仍然偏高的抽油機(jī)井，采取間抽措施8 70口井。間抽前后對(duì)比，平均沉沒度增加131.1 m，泵效增加10.9個(gè)百分點(diǎn)，單耗降低7.6k W h/t，消耗功率減少1.06k W，平均單井日節(jié)電25.4 k W h。年間抽時(shí)間按7個(gè)月計(jì)算，1104口井預(yù)計(jì)當(dāng)年節(jié)電可達(dá)464.06×104k W h。

2.2.4 調(diào)大沖程

針對(duì)高沉沒度、高泵效、沖程有調(diào)大余地的高單耗抽油機(jī)井，采取調(diào)大沖程措施60口。調(diào)大沖程后，平均沉沒度降低118.8m，泵效降低3.5個(gè)百分點(diǎn)，單耗降低1.17k W h/t，消耗功率增加0.63 k W。預(yù)計(jì)年增加產(chǎn)液量12.3×104t，年增加電量30.6×104k W h，當(dāng)年增加電量19.7×104k W h，相同液量年減少電量增幅8 2.8×104k W h。

2.2.5 優(yōu)化匹配地面參數(shù)

針對(duì)沉沒度、泵效都在合理范圍，沖速高，而沖程有調(diào)大余地的高單耗抽油機(jī)，采取調(diào)大沖程、調(diào)小沖速措施3口井。

調(diào)大沖程、調(diào)小沖速后，平均沖程增加0.7m，沖速降低1.7m i n-1，平均日產(chǎn)液量增加0.7t，沉沒度降低18.4 m，泵效提高2.4個(gè)百分點(diǎn)，單耗降低0.8k W h/t，消耗功率減少0.48k W，平均單井日節(jié)電11.5k W h，3口井預(yù)計(jì)當(dāng)年節(jié)電0.62×104k W h。

2.3 針對(duì)無效功消耗大的抽油機(jī)井，強(qiáng)化管理

2.3.1 針對(duì)泵漏井，采取檢泵措施

2011年對(duì)因井下泵漏失量大，造成無效功率損失大，單耗高的抽油機(jī)井，累計(jì)采取檢泵措施64口井。泵漏檢泵后，平均沉沒度降低325.8m，平均泵效提高40.8個(gè)百分點(diǎn)，平均單耗降低9.26 k W h/t，平均消耗功率增加3.6k W。64口井檢泵，預(yù)計(jì)年增加產(chǎn)液37.73×104t，年增加產(chǎn)油量3.2×104t，年增加電量18 9.1×104k W h，當(dāng)年增加電量91.1×104k W h，相同液量年減少電量增幅452.1×104k W h。

2.3.2 對(duì)無效功消耗大的抽油機(jī)井，加強(qiáng)生產(chǎn)運(yùn)行管理

抽油機(jī)井傳動(dòng)部分潤滑程度、盤根松緊狀態(tài)、平衡狀況和結(jié)蠟情況直接影響抽油機(jī)系統(tǒng)能耗，加強(qiáng)生產(chǎn)管理、規(guī)范生產(chǎn)運(yùn)行是降低抽油機(jī)系統(tǒng)能耗的根本。在實(shí)際生產(chǎn)中重點(diǎn)對(duì)抽油機(jī)調(diào)平衡前后能耗變化情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)對(duì)比。2009年以來，針對(duì)不平衡抽油機(jī)井累計(jì)采取調(diào)整措施1 043井次，調(diào)平衡前后對(duì)比平均單耗降低0.21 k W h/t，平均單井日節(jié)電5k W h，預(yù)計(jì)當(dāng)年節(jié)電93.8 7×104k W h。

3 經(jīng)濟(jì)效益

通過對(duì)高能耗抽油機(jī)井積極采取綜合配套節(jié)能措施，截至11月底，抽油機(jī)井系統(tǒng)效率由去年的24.12%提高到24.17%，提高0.05個(gè)百分點(diǎn)，噸液耗電由6.72k W h/t降到6.50k W h/t，降低0.22k W h/t。

2011年以來，重點(diǎn)針對(duì)抽油機(jī)井，在對(duì)能耗設(shè)備全面調(diào)查的基礎(chǔ)上，通過系統(tǒng)分析單井能耗水平和能耗影響因素，積極采取各類綜合配套節(jié)電措施，取得較好效果，預(yù)計(jì)當(dāng)年節(jié)電1 326.8 8×104k W h，按每千瓦時(shí)電0.596元計(jì)算，可節(jié)約成本790.8 2×104元。

[1]張凌,才松林,于生.常規(guī)游梁式抽油機(jī)節(jié)能途徑分析[J],石油石化節(jié)能,2 0 1 1(1):1 9-2 0.

[2]朱晶,張恒發(fā).抽油機(jī)井參數(shù)整體優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用及效果分析[J],油氣田地面工程,2 0 0 9(2 8):6-7.

10.3969/j.issn.2095-1493.2012.04.017

王鑫，2007年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院，從事采油工程工作，E-m a i l：8 2492443@q q.c o m，地址：黑龍江省大慶油田第五采油廠工程技術(shù)大隊(duì)，163000。

2012-01-28)