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)。

1 機采井舉升能耗的理論極限

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”。

2 抽油機井電動機合理匹配理論的設(shè)計方法

2.1 機采井拖動裝置節(jié)能的理論基礎(chǔ)

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。

2.2 供液不足井降低參數(shù)生產(chǎn)

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。

3 抽油機井能耗合理匹配的現(xiàn)場試驗

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。

4 現(xiàn)場應(yīng)用

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。

5 結(jié)語

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）