淺析油田抽油機(jī)管理節(jié)能降耗

王立民

摘要：我國(guó)油田采油方式以機(jī)械采油為主，油井液量低導(dǎo)致的抽油機(jī)系統(tǒng)效率較低，機(jī)采單耗偏高，“大馬拉小車(chē)”現(xiàn)象較嚴(yán)重，不僅不利于抽油機(jī)機(jī)采系統(tǒng)長(zhǎng)期平穩(wěn)運(yùn)行，也是對(duì)成本的極大浪費(fèi)，在不增加或少量增加成本投入基礎(chǔ)上，從管理措施入手，以油井平衡率、皮帶、盤(pán)根為降能耗節(jié)點(diǎn)，開(kāi)展機(jī)采節(jié)能現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，以尋求合理工況下實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。

關(guān)鍵詞： 機(jī)械采油 管理措施 平衡率 節(jié)能降耗

一、調(diào)平衡法

目前在抽油機(jī)井管理中普遍采用的平衡標(biāo)準(zhǔn)是“電流平衡”，并認(rèn)定電流平衡度在80%～120%之間時(shí)抽油機(jī)即為平衡。而真正判斷抽油機(jī)平衡的標(biāo)準(zhǔn)是“功率平衡”，即抽油機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，下沖程內(nèi)電機(jī)平均功率與上沖程內(nèi)電機(jī)平均功率相等。抽油機(jī)功率平衡既能實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的，又能保證抽油機(jī)安全運(yùn)行。

1、目前使用的平衡標(biāo)準(zhǔn)

2000年石油工業(yè)出版社出版的《石油工業(yè)節(jié)能技術(shù)》及2002年石油大學(xué)出版社出版的《提高抽油機(jī)井系統(tǒng)效率技術(shù)》中抽油機(jī)平衡度的標(biāo)準(zhǔn)是：

抽油機(jī)功率平衡度=下沖程最大電流/上沖程大電流。

目前我國(guó)各大油田普遍采用電流平衡法，這與老油田長(zhǎng)期管理粗放，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用以簡(jiǎn)單易獲取為原則有關(guān)，但理論上而言，平均功率法更加精確，更加合理，尤其是老油田想要實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗挖潛，就必須要實(shí)現(xiàn)精細(xì)管理，實(shí)現(xiàn)機(jī)采系統(tǒng)最優(yōu)運(yùn)行。

2、最優(yōu)功率平衡法

最優(yōu)功率平衡法，即以電流平衡法為基礎(chǔ)，機(jī)采系統(tǒng)綜合調(diào)整實(shí)現(xiàn)功率平衡的方法。應(yīng)使上下沖程最小，也就是均方根扭矩最小抽油機(jī)最安全不應(yīng)超過(guò)電動(dòng)機(jī)的額定電流值。調(diào)整的標(biāo)準(zhǔn)有三個(gè)，即上、下沖程電動(dòng)機(jī)作功相等，上、下沖程中減速器曲柄軸的最大凈扭矩相等，使減速器曲柄軸瞬時(shí)切線力與平均切線力的偏差平方和最小。

實(shí)際上，抽油機(jī)平衡調(diào)整的終極目的有兩個(gè)，一是安全，保證抽油機(jī)安全運(yùn)行，二是節(jié)能。從保證抽油機(jī)安全運(yùn)行的角度看，調(diào)平衡就是要使減速器的輸出扭矩最小。由于減速器的扭矩有正有負(fù)，僅用平均值不能反映實(shí)際的載荷大小，所以一般用均方根扭一個(gè)常數(shù)曲柄轉(zhuǎn)矩來(lái)反映減速器的載荷情況。均方根扭矩與平均扭矩之比稱(chēng)為周期載荷系數(shù)，它反映了載荷扭矩的波動(dòng)程度，此值越接近1說(shuō)明載荷扭矩越平穩(wěn)，越大說(shuō)明載荷扭矩波動(dòng)得越厲害。因此，只要保證曲柄扭矩的均方根值最小，就能保證電機(jī)負(fù)載扭矩均方根值及電機(jī)電流的均方根值最小，就可實(shí)現(xiàn)整個(gè)機(jī)采系統(tǒng)的安全平穩(wěn)節(jié)能運(yùn)行。

4、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及結(jié)論

在大港油田現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施調(diào)整23口井，首先利用油井遠(yuǎn)程數(shù)字化監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)篩選出功率不平衡井，然后現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試并計(jì)算出平衡塊調(diào)整量及調(diào)整幅度，最終出具抽油機(jī)功率平衡調(diào)整方案后實(shí)施。實(shí)施后，實(shí)施井有效率87%，平均單井日節(jié)電29.7kW·h。

從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，最優(yōu)功率調(diào)平衡試驗(yàn)效果較好，實(shí)施后最高節(jié)電率可達(dá)23%左右，平均節(jié)電率約為10%左右，調(diào)整后抽油機(jī)及電機(jī)的年保養(yǎng)工作量及故障率有明顯下降，桿管泵延周期待觀察。建議，抽油機(jī)功率平衡調(diào)整效果分析，抽油機(jī)功率平衡度以60%～140%為最佳。

二、數(shù)字化間抽技術(shù)

1、理論基礎(chǔ)

低能油井采用連續(xù)開(kāi)采方式使壓降漏斗在井筒附近變緩，壓力恢復(fù)的很慢，導(dǎo)致井筒附近地層虧空，泵的沉沒(méi)度降低，泵效不斷減小，甚至出現(xiàn)空抽的現(xiàn)象.這樣就會(huì)造成抽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)效率變低、浪費(fèi)電能。

運(yùn)用現(xiàn)代數(shù)字油田遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)，優(yōu)化低產(chǎn)液井生產(chǎn)制度方法，先對(duì)目標(biāo)井連續(xù)監(jiān)測(cè)靜液面恢復(fù)，然后通過(guò)滲流方程計(jì)算得到井底壓力隨時(shí)間變化關(guān)系，利用計(jì)算出的壓力導(dǎo)數(shù)確定最佳關(guān)井時(shí)間，同時(shí)計(jì)算出該時(shí)間下環(huán)空中的總液體量，使用泵的沖程、沖次、泵徑及泵效等計(jì)算抽出該液體量所需要的時(shí)間，即是開(kāi)井時(shí)間。當(dāng)壓力恢復(fù)曲線開(kāi)始變緩或曲線出現(xiàn)明顯拐點(diǎn)時(shí)，可以開(kāi)井啟抽，該時(shí)間段為關(guān)井時(shí)間。

2、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

通過(guò)篩選，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)4口井進(jìn)行優(yōu)化工作制度，選取間抽的原則是根據(jù)每口井的月累積產(chǎn)液量相對(duì)較高的方案來(lái)執(zhí)行的。

優(yōu)化后，日節(jié)約電能160kW·h，對(duì)比連續(xù)開(kāi)采和間抽前后，從產(chǎn)液量、產(chǎn)油量以及沉沒(méi)度等數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，沉沒(méi)度由850m恢復(fù)到550m，平均單井綜合節(jié)電率達(dá)到53.3%，單井年節(jié)電26337kWh。

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果表明，對(duì)于連續(xù)采油的低產(chǎn)液井，采用數(shù)字化間抽工作制度后，不但可以維持較高的原油產(chǎn)量，減少設(shè)備的無(wú)功磨損和電能的大量浪費(fèi)同時(shí)降低單井綜合節(jié)電率，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

三、護(hù)理措施

1、洗井清蠟

抽油機(jī)井洗井一般采用一定溫度的洗井液長(zhǎng)時(shí)間洗井的方法，通常在2-6小時(shí)不等。這種過(guò)于粗放的洗井方案不符合客觀規(guī)律，影響了抽油機(jī)井的有效工作時(shí)率和產(chǎn)量，造成極大的電能浪費(fèi)。

根據(jù)生產(chǎn)動(dòng)態(tài)變化，采取合理的洗井方法，保持井筒液流通道暢通，很有必要。為了解決存在的熱洗參數(shù)問(wèn)題，采用交叉優(yōu)選法進(jìn)行熱洗方案參數(shù)確定。首先將影響熱洗質(zhì)量的因素洗井壓力、洗井溫度以及洗井時(shí)間進(jìn)行分級(jí)，第一級(jí)為壓力12MP，溫度85℃洗井5小時(shí);第二級(jí)為壓力10MP、溫度90℃，洗井4小時(shí);第三級(jí)為壓力5MP、溫度95℃，洗井3小時(shí);然后，將實(shí)驗(yàn)區(qū)的抽油機(jī)井按產(chǎn)液含水的不同也分成三個(gè)級(jí)別，再用上面的三個(gè)級(jí)別的洗井參數(shù)分別進(jìn)行交叉優(yōu)選，結(jié)果得到合理洗井參數(shù)。通過(guò)對(duì)不同產(chǎn)液含水級(jí)別抽油機(jī)井采用不同的洗井參數(shù)的措施可以使實(shí)驗(yàn)區(qū)抽油機(jī)井平均洗井時(shí)間縮短1小時(shí)以上，實(shí)現(xiàn)年節(jié)電近四萬(wàn)千瓦以上。

2、電機(jī)優(yōu)化

通過(guò)對(duì)在用抽油機(jī)井電動(dòng)機(jī)的監(jiān)測(cè)及分析，把功率利用率小于20%的電動(dòng)機(jī)定為偏大電動(dòng)機(jī)，功率利用率偏低的井，其實(shí)質(zhì)就是“大馬拉小車(chē)”現(xiàn)象，電動(dòng)機(jī)能耗高，系統(tǒng)效率低;把功率利用率大于90%的電動(dòng)機(jī)定為偏小電動(dòng)機(jī)，功率利用率偏高，其實(shí)質(zhì)是小馬拉大車(chē)”，電動(dòng)機(jī)高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，不利于保證電動(dòng)機(jī)的長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)。為此，在滿(mǎn)足抽油機(jī)啟動(dòng)功率要求的前提下，對(duì)于功率利用率較低的電動(dòng)機(jī)，在損壞時(shí)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，降低裝機(jī)功率。

2018年共實(shí)施27口井，調(diào)整前平均電動(dòng)機(jī)功率27kW，優(yōu)化調(diào)整后23.0kW，累計(jì)年節(jié)電1.7萬(wàn)kWh。

四、結(jié)論

1、從管理措施入手，以油井平衡率、皮帶、盤(pán)根為降能耗節(jié)點(diǎn)，開(kāi)展機(jī)采節(jié)能現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐無(wú)疑是一種投入最少的節(jié)能降耗做法。

2、采取數(shù)字化優(yōu)化間抽方式，能夠有效縮短抽油機(jī)井生產(chǎn)時(shí)間，更合理、經(jīng)濟(jì)地開(kāi)采低產(chǎn)液井，對(duì)老油田高效開(kāi)發(fā)具有指導(dǎo)作用。