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(jī)械采油，機(jī)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(shí)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(jìn)入到開采后期，原油物性較差，黏度較高，結(jié)蠟嚴(yán)重，抽油機(jī)懸點(diǎn)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(jī)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(jī)采系統(tǒng)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，引進(jìn)先進(jìn)的測試評價(jià)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(jìn)行合理配置，優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)和油井管桿柱組合。

1.1 優(yōu)化油井機(jī)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(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。優(yōu)化的項(xiàng)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(shí)調(diào)參，以及采取其他增產(chǎn)措施時(shí)，堅(jiān)持系統(tǒng)效率最高和供排協(xié)調(diào)的原則；作好機(jī)、桿、泵和抽吸參數(shù)優(yōu)選，優(yōu)化生產(chǎn)管柱設(shè)計(jì)，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(jī)采系統(tǒng)效率[2]。

1.2 配備專用變頻控制柜

抽油機(jī)專用變頻控制柜方便機(jī)采參數(shù)調(diào)整，可根據(jù)不同油井特殊工況，改變電動機(jī)轉(zhuǎn)速，使電動機(jī)的輸出功率與抽油機(jī)交變的功率相匹配，減少電動機(jī)的空載運(yùn)行功耗；同時(shí)可改變上下行程速度，使其各不相同，實(shí)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(fù)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(jī)

在機(jī)采系統(tǒng)中采用高轉(zhuǎn)差異步電動機(jī)，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(jī)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(shí)轉(zhuǎn)子每相繞組的感抗；

K——三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)；

S——轉(zhuǎn)差率。

當(dāng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率S增加，其機(jī)械特性變軟，電動機(jī)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(jī)極對數(shù)，降低電動機(jī)轉(zhuǎn)速，可以降低抽油機(jī)沖速，實(shí)現(xiàn)電動機(jī)功率的降低（22kW替換30～50kW，17kW替換30kW）；同時(shí)，高轉(zhuǎn)差電動機(jī)在輸入頻率下降時(shí)，其電流變化小，發(fā)熱量低，解決了普通電動機(jī)在供電頻率下降時(shí)自身散熱差的問題。通過高轉(zhuǎn)差電動機(jī)的應(yīng)用，電動機(jī)負(fù)荷率由24.5%提高到43%～51%，實(shí)現(xiàn)節(jié)電10%左右。

2 效果評價(jià)

鴨兒峽油田2010—2011年優(yōu)化配置70口油井，根據(jù)實(shí)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(jī)；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(jī)和變頻柜。方案實(shí)施后，對其進(jìn)行了測試評價(jià)。

2.1 油井機(jī)采系統(tǒng)優(yōu)化評價(jià)

在保證產(chǎn)液量不變的前提下，電動機(jī)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(dá)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(shí)現(xiàn)率79.54%。通過整體參數(shù)優(yōu)化，抽油機(jī)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(shí)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(jià)

抽油機(jī)變頻控制柜的運(yùn)行方式可以分為兩種：工頻與變頻。測試時(shí)可以通過工頻運(yùn)行和變頻運(yùn)行進(jìn)行比較。在油井機(jī)采系統(tǒng)安裝變頻器控制器，對兩種運(yùn)行方式進(jìn)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(jì)效益較為明顯。由于抽油機(jī)地面沖速的調(diào)整，降低了抽油機(jī)及井下桿柱的磨損，延長了使用壽命，而在油井進(jìn)行熱洗清蠟作業(yè)時(shí)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(jī)應(yīng)用效果評價(jià)

在更換高轉(zhuǎn)差電動機(jī)前后，對抽油機(jī)的空載功率進(jìn)行測試，測試要求前后機(jī)采系統(tǒng)各參數(shù)保持不變，其中包括：抽油機(jī)沖速、沖程、泵徑、泵的沉沒度、油管桿配置及測試時(shí)間，測試結(jié)果見表1。更換后的電動機(jī)空載功率較更換前的電動機(jī)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(jī)適應(yīng)性強(qiáng)，尤其適應(yīng)低產(chǎn)、間抽井。高轉(zhuǎn)差電動機(jī)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(jī)取代大容量的普通電動機(jī)，電動機(jī)固定損耗（鐵損、機(jī)械損耗）及可變損耗均大大降低[3]。

表1 電動機(jī)節(jié)能測試比對表

3 結(jié)束語

通過提高機(jī)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(shí)施了機(jī)采系統(tǒng)節(jié)能改造，實(shí)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(fèi)102.96萬元，取得了明顯的節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)效益。

[1]牛飛,李新德,關(guān)福忠.科學(xué)管理和技術(shù)進(jìn)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(yùn)行工作研討會論文集,2011：281-294.

[2]李敏,崔愛玉,丁剛,等.抽油機(jī)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(jī)用節(jié)能電動機(jī)評價(jià)及改造方式的探討[J].應(yīng)用能源技術(shù),2008（9）：31.