牛飛 李新德 關(guān)福忠 李佳旭（玉門油田分公司鴨兒峽油田作業(yè)區(qū)）

鴨兒峽油田于1958年7月投入開采，迄今已有54年的開采歷史。目前，除1口自噴井外，其余全部采用機械采油，機采系統(tǒng)耗電量占油田總耗電量的75.9%[1]。鴨兒峽油田由于開采時間長、地層壓力低、供液能力差，導(dǎo)致油井動液面低，油井泵掛較深，平均泵掛深度約2044.52m，大部分油井存在空抽現(xiàn)象。油田進入到開采后期，原油物性較差，黏度較高，結(jié)蠟嚴重，抽油機懸點載荷較大，載荷變化范圍為7～13t，系統(tǒng)效率低。

1 解決方案

提高機采系統(tǒng)效率、降低油田電耗的有效途徑[1]是：結(jié)合以往機采系統(tǒng)生產(chǎn)經(jīng)驗，引進先進的測試評價和優(yōu)化節(jié)能技術(shù)，優(yōu)選拖動設(shè)備和節(jié)能控制設(shè)備進行合理配置，優(yōu)化運行參數(shù)和油井管桿柱組合。

1.1 優(yōu)化油井機采系統(tǒng)參數(shù)

對油井節(jié)能設(shè)備，泵、桿選擇及工作參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計。優(yōu)化的項目有泵徑、抽油桿組合、沖程、沖速、泵的沉沒度、油井投產(chǎn)或井況改變時調(diào)參，以及采取其他增產(chǎn)措施時，堅持系統(tǒng)效率最高和供排協(xié)調(diào)的原則；作好機、桿、泵和抽吸參數(shù)優(yōu)選，優(yōu)化生產(chǎn)管柱設(shè)計，優(yōu)化生產(chǎn)參數(shù)，確保油井在合理流壓和合理沉沒度下生產(chǎn)，提高機采系統(tǒng)效率[2]。

1.2 配備專用變頻控制柜

抽油機專用變頻控制柜方便機采參數(shù)調(diào)整，可根據(jù)不同油井特殊工況，改變電動機轉(zhuǎn)速，使電動機的輸出功率與抽油機交變的功率相匹配，減少電動機的空載運行功耗；同時可改變上下行程速度，使其各不相同，實現(xiàn)快提慢放或是快放慢提，提高抽油泵的充滿度，充分利用設(shè)備能力，提高功率因數(shù)（減少無功功耗），減輕電網(wǎng)及變壓器的負擔(dān)，降低線損，從而提高系統(tǒng)效率[2]。

1.3 應(yīng)用高轉(zhuǎn)差電動機

在機采系統(tǒng)中采用高轉(zhuǎn)差異步電動機，主要利用其高轉(zhuǎn)差率、多極對數(shù)和自身散熱好這些特性。電動機轉(zhuǎn)矩公式如下：

式中：

U——定子繞組相電壓；

R2——轉(zhuǎn)子每相繞組的電阻；

X20——轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為零時轉(zhuǎn)子每相繞組的感抗；

K——三相異步電動機的轉(zhuǎn)矩常數(shù)；

S——轉(zhuǎn)差率。

當(dāng)電動機的轉(zhuǎn)差率S增加，其機械特性變軟，電動機啟動轉(zhuǎn)矩相應(yīng)增大，啟動電流小，可降低電網(wǎng)中變壓器容量。提高電動機極對數(shù)，降低電動機轉(zhuǎn)速，可以降低抽油機沖速，實現(xiàn)電動機功率的降低（22kW替換30～50kW，17kW替換30kW）；同時，高轉(zhuǎn)差電動機在輸入頻率下降時，其電流變化小，發(fā)熱量低，解決了普通電動機在供電頻率下降時自身散熱差的問題。通過高轉(zhuǎn)差電動機的應(yīng)用，電動機負荷率由24.5%提高到43%～51%，實現(xiàn)節(jié)電10%左右。

2 效果評價

鴨兒峽油田2010—2011年優(yōu)化配置70口油井，根據(jù)實際需要，使用了4種配置方案：一是優(yōu)化井下泵及管桿柱；二是優(yōu)化井下泵及管桿柱，更換高轉(zhuǎn)差電動機；三是優(yōu)化井下泵及管桿柱，更換變頻柜；四是優(yōu)化井下泵及管桿柱，更換高轉(zhuǎn)差電動機和變頻柜。方案實施后，對其進行了測試評價。

2.1 油井機采系統(tǒng)優(yōu)化評價

在保證產(chǎn)液量不變的前提下，電動機輸入功率下降，優(yōu)化后平均下降20.36%。油井地面、井下、系統(tǒng)效率都有不同程度的提高。平均地面效率提升1.96%，平均井下效率提升18.92%，平均系統(tǒng)效率提升25.65%；平均有功節(jié)電率達20.36%，平均無功節(jié)電率56.53%，平均綜合節(jié)電率23.95%，平均實現(xiàn)率79.54%。通過整體參數(shù)優(yōu)化，抽油機平均沖速優(yōu)化前是4min-1，優(yōu)化后下降到2.5min-1，平均最大載荷由82.49kN下降到72.52kN，交變載荷的降低和慢沖速抽吸提高了泵效，同時減緩了油桿、管及泵的磨損和疲勞速度，有利于延長油井的檢泵周期。

2.2 變頻控制柜應(yīng)用效果評價

抽油機變頻控制柜的運行方式可以分為兩種：工頻與變頻。測試時可以通過工頻運行和變頻運行進行比較。在油井機采系統(tǒng)安裝變頻器控制器，對兩種運行方式進行測試對比。

在保證產(chǎn)液量不變的前提下，油井的平均沖速由原來的4.0min-1下降為2.3min-1，平均功率因素由0.5095提高到0.8871，平均有功節(jié)電率36.1%，平均無功節(jié)電率89.33%，平均綜合節(jié)電率38.42%，節(jié)能效果及經(jīng)濟效益較為明顯。由于抽油機地面沖速的調(diào)整，降低了抽油機及井下桿柱的磨損，延長了使用壽命，而在油井進行熱洗清蠟作業(yè)時提高沖速，可加快融化蠟的排出，提高了熱洗效果。

2.3 高轉(zhuǎn)差電動機應(yīng)用效果評價

在更換高轉(zhuǎn)差電動機前后，對抽油機的空載功率進行測試，測試要求前后機采系統(tǒng)各參數(shù)保持不變，其中包括：抽油機沖速、沖程、泵徑、泵的沉沒度、油管桿配置及測試時間，測試結(jié)果見表1。更換后的電動機空載功率較更換前的電動機空載功率都有不同程度的下降，平均節(jié)電率為10.37%。高轉(zhuǎn)差電動機適應(yīng)性強，尤其適應(yīng)低產(chǎn)、間抽井。高轉(zhuǎn)差電動機解決了啟動問題，通過降低轉(zhuǎn)速可以降低載荷的峰值，這樣就可以用小容量的電動機取代大容量的普通電動機，電動機固定損耗（鐵損、機械損耗）及可變損耗均大大降低[3]。

表1 電動機節(jié)能測試比對表

3 結(jié)束語

通過提高機采系統(tǒng)效率技術(shù)研究和節(jié)能設(shè)備優(yōu)選，鴨兒峽油田2010—2011年對70口油井實施了機采系統(tǒng)節(jié)能改造，實現(xiàn)單井平均年節(jié)電0.96×104kWh，油田全年節(jié)電105.6×104kWh，年節(jié)約電費102.96萬元，取得了明顯的節(jié)能效果和經(jīng)濟效益。

[1]牛飛,李新德,關(guān)福忠.科學(xué)管理和技術(shù)進步是節(jié)電的有效途徑[C].中國石油天然氣股份有限公司勘探與生產(chǎn)分公司2011年油氣田電力系統(tǒng)生產(chǎn)運行工作研討會論文集,2011：281-294.

[2]李敏,崔愛玉,丁剛,等.抽油機節(jié)能技術(shù)的探討[J].油氣田地面工程,2002,21(4)：117.

[3]殷雷.抽油機用節(jié)能電動機評價及改造方式的探討[J].應(yīng)用能源技術(shù),2008（9）：31.