李際東(大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠)
機采井節(jié)能實質(zhì)的探討
李際東(大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠)
機械舉升作為強采的主要手段之一,其能耗的合理控制一直是困繞油田管理者的技術(shù)難題。本文應(yīng)用機采井節(jié)能理論的研究成果,結(jié)合油田實際從管理角度闡述了機采井節(jié)能的實質(zhì)為“在確保注采平衡的條件下,減少能源浪費,實現(xiàn)機采能耗的合理匹配”。在此理論的指導(dǎo)下完善抽油機井電動機合理匹配理論的設(shè)計方法,并應(yīng)用該理論指導(dǎo)了部分井合理匹配的實踐,收到較好的節(jié)能效果。
機采井 機械舉升 合理匹配 節(jié)能 電動機
在油田開發(fā)進入強采階段后,機械舉升是實現(xiàn)強采的主要手段。就我國目前砂巖油藏的開發(fā)現(xiàn)狀而言,多以人工補充能量為主,所遵循的基本開發(fā)原則是“在一定的采油速度條件下,努力實現(xiàn)注采平衡”。對于發(fā)育狀況差異較大的主力與非主力油藏而言,在開發(fā)過程中為盡量實現(xiàn)其注采平衡、調(diào)整機采井的抽汲參數(shù)或改變其工作制度是必不可少的管理措施,但如何在日常的機采管理中實現(xiàn)節(jié)能降耗、追求企業(yè)效益的最大化,這一直是油田管理者與技術(shù)人員所追求的目標(biāo)。
依據(jù)機采井節(jié)能理論研究成果,應(yīng)用機采井系統(tǒng)效率的定義,在此給出了機采井舉升能耗的理論極限。
機械采油井的有效功率為:
式中:
Q——油井的產(chǎn)液量,m3/d;
ρ——油井液體密度,t/m3;
g——重力加速度,g=9.8 m/s2;
H——有效揚程,m;
P電——電動機的有功功率,kW。
舉升高度h的確定[1]:
如圖1所示,在1-1、2-2斷面上應(yīng)用佰努利方程
當(dāng)忽略hw1-2和v1時,有
當(dāng)忽略v2時,有
此時
式中:
P套——油井的套壓,MPa;
v1、v2——1-1、2-2斷面上所選液體質(zhì)點的運動速度,m/s;
r——油井液體重度,r=ρg;
P油——油井的油壓,MPa;
hw1-2——1-1、2-2斷面間的水頭損失,m;
h——油井的動液面深度,m。
可見,水功率即為有用功率,它是機采井理論能耗的極限。
機采井舉升過程中的能量是守恒的,機采節(jié)能是有極限可尋的。由此可以推出機采節(jié)能的實質(zhì)為“在確保注采平衡的條件下,努力減少能源浪費,實現(xiàn)機采能耗的合理匹配”。
機采井節(jié)能在理論上所追求的是“其機械特性與電動機特性間的合理匹配”,也就是說,真正實現(xiàn)機采井運行負(fù)載與電動機輸出負(fù)載間的合理匹配。
現(xiàn)以抽油機為例,抽油機拖動裝置的設(shè)計方法如下:
在抽油機拖動裝置的設(shè)計中是依據(jù)滿足抽油機曲柄旋轉(zhuǎn)扭矩的要求來設(shè)計電動機的。
電動機扭矩的計算方法[2]可由下式表示:
式中:
M——電動機扭矩,N·m;
P——電動機功率,kW;
nd——電動機銘牌轉(zhuǎn)速,r/min。
例如:CYJY10-3-37HB抽油機其減速箱額定扭矩為37 kN·m(n=9 r/min)。
所需最小電動機扭矩為444.97 N·m。
選用Y280S-837 kW電動機時,其扭矩為477.5 N·m,完全滿足要求;
選用Y280S-645 kW電動機時,其扭矩為438.52 N·m,基本滿足要求。
可見,同樣是CYJY10-3-37HB抽油機,若選用Y280S-837 kW的電動機就能夠完全滿足要求,選用Y280S-645 kW的電動機僅能夠基本滿足要求。
為了滿足嚴(yán)重供液不足的抽油機井在低沖速條件下生產(chǎn)的需要,嘗試應(yīng)用“機械調(diào)速裝置”來進行降低沖速、實現(xiàn)供排關(guān)系平衡、合理控制能耗的試驗,收到了較好的效果。說明供液不足井降低參數(shù)生產(chǎn),是減少能源浪費的主要手段之一。
結(jié)合現(xiàn)場實際,有針對性地篩選了喇3-231井與喇4-2131井進行常規(guī)電動機對調(diào)的合理匹配試驗。
喇3-231井在用機型為CYJ10-4.2-53HB,使用沖程4.2 m,沖速7,在用電動機為TNM225M-822 kW永磁電動機,抽油泵為CYB70TZAM6.48-1.5。
喇4-2131井在用機型為CYJ10-4.2-53HB,使用沖程3 m,沖速6,在用電動機為TNM225M-8,功率55kW,抽油泵為CYB57TZAM6.64-1.5。
目前,喇3-231井在用的是節(jié)能電動機,處于超負(fù)荷運行,進入伏天后,存在燒電動機的隱患;而喇4-2131井又是“大馬拉小車”,上述2口井具備實施電動機逐級匹配的條件。
應(yīng)用抽油機拖動裝置設(shè)計方法的理論,對喇3-231井與喇4-2131井的電動機進行了對調(diào)調(diào)整,情況見表1。
表1 電動機調(diào)整結(jié)果
2口井電動機對調(diào)后,從運行情況看,它們的消耗功率都有所降低,系統(tǒng)效率得到了一定的提高,其平均有功節(jié)電率達(dá)到了15.87%,達(dá)到了預(yù)期的效果??梢钥闯觯?-231井與喇4-2131井的電動機對調(diào)是合理的。
依據(jù)機械調(diào)速裝置的適用條件開展了4口井的現(xiàn)場試驗,見到了較好的效果。具體情況見表2、表3。
對比結(jié)果顯示,平均沖速下降了2.87次/min,沉沒度回升431.3 m,有功功率下降4.04 kW,平均單井日節(jié)電122.8 kWh。
采油井節(jié)能的實質(zhì)為:
在確保注采平衡的條件下,努力減少能源浪費,實現(xiàn)機采能耗的合理匹配。
表2 機械調(diào)速裝置安裝前情況統(tǒng)計
表3 機械調(diào)速裝置安裝后情況統(tǒng)計
現(xiàn)階段油田開發(fā)所遵循的原則是:
以地質(zhì)方案為龍頭,以完成計劃目標(biāo)產(chǎn)量為宗旨,在確保注采平衡的條件下,努力減少能源浪費,實現(xiàn)機采能耗的合理匹配。
[1]中國兵器工業(yè)企業(yè)管理協(xié)會.抽油機技術(shù)規(guī)范 API Spec11E—1994(R2000).北京北方資訊服務(wù)中心,譯.北京:兵器工業(yè)出版社,2000:29-33.
[2]傅豐禮,唐孝鎬.異步電動機設(shè)計手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社,2002:2.
10.3969/j.issn.2095-1493.2011.10.006
李際東,1994年畢業(yè)于黑龍江省化工學(xué)校,助理工程師,從事油田注水工作,E-mail:tianyl1@yeah.net,地址:大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠第二油礦注水隊,163155。
2011-09-08)