朱云龍：Michael M.Zhang：張志超

（1.安達市慶新油田開發(fā)有限責(zé)任公司；2.SURF ENTERPRISE INC.(CANADA)；3.大慶試油試采分公司）

SURF游梁式抽油機舉升過程優(yōu)化與柔性運行技術(shù)在衛(wèi)星油田的應(yīng)用

朱云龍1：Michael M.Zhang2：張志超3

（1.安達市慶新油田開發(fā)有限責(zé)任公司；2.SURF ENTERPRISE INC.(CANADA)；3.大慶試油試采分公司）

為了改善抽油機泵效低、系統(tǒng)設(shè)備運行損耗嚴重以及系統(tǒng)效率低的現(xiàn)狀，2010年在衛(wèi)星油田試驗推廣了SURF游梁式抽油機舉升過程優(yōu)化與柔性運行技術(shù)，結(jié)果證明該技術(shù)可以滿足衛(wèi)星油田的實際需要，能夠明顯地提高泵效及系統(tǒng)效率，實現(xiàn)抽油機井的供采平衡和降耗，并且可減少設(shè)備的損耗。

游梁式抽油機：SURF優(yōu)化技術(shù)：泵效：柔性運行：降低能耗

D O I:10.3969/j.i ssn.2095-1493.2011.04.009

衛(wèi)星油田共有游梁式抽油機井260口，平均泵效30%，機采耗能占生產(chǎn)用電的60%，系統(tǒng)效率14%，桿管偏磨以及斷脫比例各占檢泵井比例的15%和20%。為了改善目前抽油機井的基本現(xiàn)狀，2010年6月大慶慶新油田開發(fā)有限責(zé)任公司在衛(wèi)星油田試驗應(yīng)用了SURF舉升過程優(yōu)化與柔性運行技術(shù)，并于2010年底通過了專家組項目驗收（專家組由來自大慶油田公司開發(fā)部、大慶油田采油工程研究院、大慶油田部分采油廠工程技術(shù)部門以及慶新公司的權(quán)威專家組成）。該技術(shù)提高了單井系統(tǒng)效率，降低了系統(tǒng)能耗，減少了機械磨損和損耗，延長了設(shè)備使用壽命，很好地滿足了油田機采井的工作需要。

1 技術(shù)背景與工作原理

在勻速驅(qū)動條件下，四連桿機構(gòu)的根本屬性決定了游梁式抽油機地面設(shè)備負荷波動嚴重、桿柱受力條件差、容積泵效低和桿管間滑動磨損嚴重等，變速驅(qū)動可以在很大程度上彌補和克服這些缺陷。國際上對優(yōu)化變速驅(qū)動研究始于上世紀70年代[1]，經(jīng)過30多年的發(fā)展，已經(jīng)取得了長足的進展[2]。SURF游梁式抽油機舉升過程優(yōu)化與柔性運行技術(shù)（簡稱SURF優(yōu)化技術(shù)）是哈爾濱索菲電氣技術(shù)有限公司與SURF ENTERPRISE INC.（CANADA）合作的結(jié)晶，是為適應(yīng)我國油田普遍存在的高含水低產(chǎn)液的特殊工況專門研發(fā)的一種技術(shù)，是一種不改變抽油機結(jié)構(gòu)、通過以提升抽油機系統(tǒng)運行特性為中心目標的優(yōu)化變速柔性驅(qū)動方式來實現(xiàn)全系統(tǒng)增效降損的綜合解決方案。

SURF優(yōu)化技術(shù)以實現(xiàn)泵效最大化的運行過程為核心目標，通過本地微處理裝置對桿管柱進行結(jié)構(gòu)動態(tài)力學(xué)分析，優(yōu)化出以泵效最佳為目標、同時又滿足設(shè)備運行損耗小和桿柱的強度負荷與疲勞負荷都盡可能低等制約條件的光桿運行的速度分布方案，最后通過電動機的實時變速運行使優(yōu)化方案得以實現(xiàn)：平均轉(zhuǎn)速（沖速）按供采平衡原則進行自適應(yīng)調(diào)整；沖程內(nèi)按泵效優(yōu)化需求實施過程優(yōu)化變速，并實現(xiàn)動液面追蹤和無液擊運行；依次實現(xiàn)井下泵效最大化、桿管柱和地面?zhèn)鲃酉到y(tǒng)負載最小化、系統(tǒng)運行柔性化等綜合效果。

2 應(yīng)用情況

2.1 基本構(gòu)成

實施SURF優(yōu)化技術(shù)所需增加的設(shè)備由井口驅(qū)動控制柜（內(nèi)含本地微處理裝置和電動機模糊過程驅(qū)動器）、曲柄位置傳感器及電動機角位置傳感器三部分組成（功能上分為本地微處理裝置、電動機模糊過程驅(qū)動器以及角度傳感器三部分）。不涉及防盜及穩(wěn)定性等問題。

2.2 適用條件

現(xiàn)有的任何類型的游梁式抽油機設(shè)備，抽油機原結(jié)構(gòu)和設(shè)備不做變更。電動機可以是新裝常規(guī)電動機，也可以繼續(xù)采用原配的任何類型電動機：包括異步、同步、高轉(zhuǎn)差、多功率、多速、異步啟動同步運行等。

2.3 選井情況

試驗選井6口井，基本情況為：日產(chǎn)液2.0～9.6 t，含水5%～80%；泵徑包括38 mm和44 mm，沉沒度為79～174 m；抽油桿組合包括三級桿組合和兩級桿組合；抽油機分為常規(guī)和雙驢頭，包括8型和10型兩種；電動機包括高轉(zhuǎn)差多速電動機、稀土永磁電動機、三相異步電動機，功率為15～30 kW。

2.4 試驗井試驗效果

2.4.1 產(chǎn)液量保持穩(wěn)定，泵效普遍提高

6口井在安裝SURF裝置后，產(chǎn)液情況基本沒有變化，泵效普遍提高，6口井整體平均提高10.5個百分點，提高51.5%（表1）。

表1 6口試驗井泵效及產(chǎn)液情況

2.4.2 保持一定液面，沖速隨需降低而產(chǎn)量不降

6口井液面平均波動為23 m，最小液面波動為5 m，最大液面波動達到42 m；同時，6口井在產(chǎn)量保持穩(wěn)定的前提下，平均沖速降低1.85 min-1，平均噸液少運行了540次?？梢?，在沒有井口或井下液面?zhèn)鞲衅鳁l件下，SURF系統(tǒng)裝置能夠根據(jù)井下供液量大小主動調(diào)整抽汲頻率，實現(xiàn)工作制度的自動調(diào)整，從而提高抽汲效率，減少機械損耗和電能損耗，減少了維修費用（表2）。

表2 6口試驗井液面及沖速情況

2.4.3 峰值功率和峰值電流均同時降低

使用SURF裝置后，6口井峰值電流平均降幅74.6%，峰值功率平均降幅74.4%；6口井啟機電流從零開始平穩(wěn)變化，體現(xiàn)了柔性啟動、柔性運行的特點，減少了電動機機械特性硬對抽油機系統(tǒng)的不利影響；降低了抽油機系統(tǒng)的機械受力與損耗，降低了系統(tǒng)能耗（表3）。

表3 6口試驗井峰值功率情況

2.4.4 抽油桿柱的應(yīng)力及應(yīng)力幅降低

6口井最大應(yīng)力及應(yīng)力幅平均降幅分別為14.41%和25.58%。可見，通過柔性運行，可以降低抽油桿的疲勞損傷及偏磨程度，延長管桿壽命（表4）。

表4 6口試驗井載荷及應(yīng)力情況

2.4.5 機采系統(tǒng)降耗

安裝SURF裝置后，6口井的系統(tǒng)效率整體平均提高了7.38個百分點，提高幅度74.56%；功率因數(shù)由試驗前的單井最高0.82提高到試驗后的0.99以上，取得了明顯的降耗效果（表5）。

表5 6口試驗井系統(tǒng)效率情況

3 經(jīng)濟效益分析

從試驗數(shù)據(jù)看，6口井有功功率大幅降低，按此計算，6口井日降耗節(jié)電452 kW·h，按抽油機時率95%，即單井年運行346 d、電價為0.51元/（kW·h）計算，平均單井年可節(jié)約電費1.33×104元。同時，6口井抽汲次數(shù)平均減少了38%，減少了井下管桿泵的機械損耗，提高了系統(tǒng)壽命，延長了檢修期，減少了維修費用。按單井單次作業(yè)費用1.8×104元、材料費0.8×104元、單井檢泵周期900 d計算，年可節(jié)約成本3 800元。另外，由于延長檢修期，也減少了由于作業(yè)而影響的產(chǎn)油量。按單井日產(chǎn)1.5 t，作業(yè)前后影響5 d、油價每噸3 500元計算，年可減少損失約1.0×104元。綜合以上分析，單井年可創(chuàng)經(jīng)濟效益2.7×104元（高壓供電線路、變壓器等產(chǎn)生的連鎖性節(jié)電效果，節(jié)能配套節(jié)資除外）。

4 結(jié)論

（1）SURF優(yōu)化技術(shù)能夠在保持產(chǎn)液量不變的前提下，保持相對穩(wěn)定的液面，隨需調(diào)整抽汲次數(shù)，提高泵效，降低峰值功率、峰值電流以及管桿的疲勞程度，從而減少了整個抽油系統(tǒng)各部分的能耗和設(shè)備損耗。

（2）SURF優(yōu)化技術(shù)性能穩(wěn)定，不涉及防盜，年保守經(jīng)濟效益為2.7×104元，經(jīng)濟效益較好。

（3）SURF優(yōu)化技術(shù)對抽油機及電動機的組合沒有任何限制，如果采用標準常規(guī)游梁式抽油機與Y系列電動機組合，將具有更大的節(jié)資潛力。

[1]David R Skinner.SPEED CONTROL:美國,UDP4145161[P].1979-03-20.

[2]欒國華，馮華健.應(yīng)用電動機變速運動優(yōu)化機抽井的產(chǎn)液量[J].國外油田工程,2008，24（11）：22-26.

朱云龍，2006年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院，助理工程師，從事采油工程技術(shù)研究工作，E-mail：wxzyl@petrochina.com.cn，地址：大慶慶新油田開發(fā)有限責(zé)任公司地質(zhì)工藝研究所，151413。

2011-03-20）