郝利華（大慶油田有限責(zé)任公司第一采油廠）

開(kāi)展企業(yè)節(jié)能降耗，提升用能設(shè)備系統(tǒng)能源利用效率，實(shí)施油田低成本發(fā)展戰(zhàn)略是目前各油田開(kāi)發(fā)的一項(xiàng)重要的研究課題[1]。國(guó)內(nèi)外都非常注重抽油機(jī)節(jié)能技術(shù)研究，有關(guān)研究結(jié)果表明，抽油機(jī)系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)裝置功率平衡度與功率因數(shù)低、系統(tǒng)效率低已成為抽油機(jī)節(jié)能的三大制約因素。近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)各油田對(duì)抽油機(jī)功率平衡技術(shù)的研究也越來(lái)越重視，各類抽油機(jī)新型節(jié)能技術(shù)層出不窮，但圍繞機(jī)采系統(tǒng)整體節(jié)能，針對(duì)不同抽油機(jī)井生產(chǎn)過(guò)程的嵌入式仿真系統(tǒng)研究比較少。為此，在調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，研發(fā)一套適合采油廠抽油機(jī)井生產(chǎn)過(guò)程的嵌入式仿真系統(tǒng)開(kāi)發(fā)軟件，利用該軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集到抽油機(jī)的示功圖、各項(xiàng)電參數(shù)和液面等進(jìn)行系統(tǒng)分析，提出抽油機(jī)井生產(chǎn)的最優(yōu)化生產(chǎn)運(yùn)行方案，從而達(dá)到提升油井系統(tǒng)效率和節(jié)能降耗的目的。

1 主要研究?jī)?nèi)容

1）電容補(bǔ)償功能模擬技術(shù)。利用抽油機(jī)井的電功率圖曲線，進(jìn)行電容補(bǔ)償功能模擬技術(shù)，量化的指導(dǎo)抽油機(jī)井的電容補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù)研發(fā)。

2）抽油機(jī)井無(wú)線示功圖和軟件部分的擴(kuò)容技術(shù)。利用油井生產(chǎn)參數(shù)，研發(fā)抽油機(jī)井無(wú)線示功圖和軟件部份的擴(kuò)容。

3）嵌入式動(dòng)液面測(cè)試技術(shù)。開(kāi)發(fā)一套將采油現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的動(dòng)液面數(shù)據(jù)鑲嵌到現(xiàn)有的儀器中，進(jìn)行數(shù)據(jù)的整合嵌入式軟件系統(tǒng)。

4）多功能整合軟件。利用現(xiàn)有軟件開(kāi)發(fā)一套將采油現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的功圖、動(dòng)液面以及電參數(shù)等數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到現(xiàn)有的軟件中，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與研究的多功能整合軟件。運(yùn)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的功能，提高抽油機(jī)井整體工作運(yùn)行效率。

2 系統(tǒng)性能

2.1 功能

1）具有抽油機(jī)井多種生產(chǎn)參數(shù)綜合分析功能。軟件通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集到抽油機(jī)的示功圖、各項(xiàng)電參數(shù)和液面等進(jìn)行系統(tǒng)綜合分析功能。

2）具有電動(dòng)機(jī)功率分析功能。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集到抽油機(jī)各項(xiàng)電參數(shù)以及采用從下死點(diǎn)算起的連續(xù)三次測(cè)量的電流曲線圖，可以記錄每一個(gè)周期的功率形成功率曲線圖，來(lái)計(jì)算最大功率、最小功率、平均功率和均方根功率，用最大功率和均方根功率來(lái)分析電動(dòng)機(jī)的配備是否合適。

3）指導(dǎo)油井調(diào)平衡功能。軟件根據(jù)油井實(shí)際測(cè)量的電參數(shù)數(shù)值，錄入部分基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，以抽油機(jī)最節(jié)能和安全為標(biāo)準(zhǔn)，采用功率法進(jìn)行平衡分析，對(duì)功率曲線進(jìn)行傅立葉分析，計(jì)算出油井平衡狀況，求出不平衡功率——功率曲線中的一階分量[2-3]。計(jì)算出最佳平衡調(diào)整量，使之正好抵消不平衡功率，使均方根功率最小，也就是均方根功率扭矩最小，抽油機(jī)最安全，電動(dòng)機(jī)發(fā)熱量最小，給出平衡調(diào)整建議功能。

4）具有抽油機(jī)井無(wú)功補(bǔ)償仿真處理功能。能夠?qū)崿F(xiàn)抽油機(jī)井的無(wú)功補(bǔ)償仿真處理，直接計(jì)算出每口井需要的最佳無(wú)功補(bǔ)償量。

5）具有嵌入式動(dòng)液面測(cè)試和計(jì)算功能。該系統(tǒng)采用高頻和低頻的增益調(diào)節(jié)技術(shù)，能夠針對(duì)不同油井的生產(chǎn)情況，克服井上和井下的各種干擾因素，有針對(duì)性地進(jìn)行動(dòng)液面測(cè)試，能夠獲得清晰油井動(dòng)液面測(cè)試圖。

6）具有單井系統(tǒng)效率計(jì)算功能。軟件在單井系統(tǒng)效率分析界面中只需輸入日產(chǎn)液、含水率、油壓、套壓、動(dòng)液面這些數(shù)據(jù)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)計(jì)算出產(chǎn)液密度和日產(chǎn)油量。再結(jié)合測(cè)試得到的輸入功率、光桿功率，點(diǎn)擊“計(jì)算”就可直接得到有效功率、地面效率、井下效率和系統(tǒng)效率。

7）具有油井抽油機(jī)井生產(chǎn)整體系統(tǒng)優(yōu)化功能。軟件根據(jù)計(jì)算出的有效功率、地面效率、井下效率和系統(tǒng)效率等數(shù)據(jù)，對(duì)油井生產(chǎn)狀況作出診斷，給出最優(yōu)化運(yùn)行生產(chǎn)參數(shù)調(diào)整建議。

8）完善的報(bào)表自動(dòng)生成、保存和打印功能。實(shí)現(xiàn)平衡分析或單井系統(tǒng)效率計(jì)算過(guò)的抽油機(jī)井?dāng)?shù)據(jù)自動(dòng)生成、保存和打印報(bào)表。可根據(jù)需求，生成以任意項(xiàng)目為主的、擁有任意項(xiàng)目數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)Excel表格，便于各種應(yīng)用領(lǐng)域。

2.2 特點(diǎn)

1）系統(tǒng)軟件界面友好，操作簡(jiǎn)單，系統(tǒng)實(shí)用性強(qiáng)。

2）系統(tǒng)功能齊全。該系統(tǒng)軟件運(yùn)用了機(jī)采井系統(tǒng)效率測(cè)試技術(shù)以及測(cè)試數(shù)據(jù)分析軟件技術(shù)、高速電能測(cè)試和電能曲線信息識(shí)別技術(shù)、油井診斷和動(dòng)液面監(jiān)測(cè)技術(shù)、抽油機(jī)平衡分析技術(shù)、電動(dòng)機(jī)仿真分析技術(shù)、供采協(xié)調(diào)及生產(chǎn)參數(shù)優(yōu)化技術(shù)、井下管柱優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)，為機(jī)采井系統(tǒng)效率測(cè)試、分析、評(píng)價(jià)及優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了技術(shù)保證。

3）系統(tǒng)軟件安全可靠。系統(tǒng)具有良好的安全保護(hù)功能，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，未發(fā)生系統(tǒng)運(yùn)行故障，安全可靠。

4）推廣應(yīng)用價(jià)值高。提高機(jī)采井系統(tǒng)效率是油井增產(chǎn)節(jié)能、延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命、降低生產(chǎn)成本的有效手段，已成為油田機(jī)采管理的重要內(nèi)容，該系統(tǒng)軟件具有良好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

該軟件可以根據(jù)需要顯示1個(gè)沖程或1min之內(nèi)多個(gè)沖程的電參數(shù)，也可以仿照日置3166型電參數(shù)測(cè)試分析儀方式進(jìn)行處理，見(jiàn)圖1。

圖1 抽油機(jī)井嵌入式仿真系統(tǒng)軟件運(yùn)行界面

某油田8-26-14井自然錄取的電參數(shù)以及采用從下死點(diǎn)算起的連續(xù)3次測(cè)量的電流曲線圖對(duì)比，見(jiàn)圖2。

圖2 8-26-14井電參數(shù)測(cè)量

根據(jù)油井A實(shí)際測(cè)量的電參數(shù)數(shù)值，錄入部分基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，計(jì)算出油井平衡狀況，給出平衡調(diào)整建議，見(jiàn)圖3。

圖3 錄入基礎(chǔ)數(shù)據(jù)后給出的平衡調(diào)整方案

某油田23-2013井模擬平衡調(diào)整后預(yù)測(cè)參數(shù)結(jié)果見(jiàn)圖4。實(shí)現(xiàn)油井?dāng)?shù)據(jù)錄入的簡(jiǎn)潔明了、平衡塊分級(jí)計(jì)算等多項(xiàng)功能。提出的調(diào)平衡建議更加真實(shí)有效，并通過(guò)模擬數(shù)據(jù)給出不同平衡調(diào)整方案油井的預(yù)測(cè)參數(shù)，具有更直觀的指導(dǎo)作用。

某油田8-23-131井實(shí)測(cè)的電能參數(shù)和曲線見(jiàn)圖5，無(wú)功補(bǔ)償后的電能參數(shù)和曲線見(jiàn)圖6。

通過(guò)補(bǔ)償前后的數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出：補(bǔ)償36kvar后，功率因數(shù)上升；平均電流下降；無(wú)功功率下降；有功功率不變，功率平衡度不變。采取功補(bǔ)償不僅可以降低電網(wǎng)有功損耗，節(jié)省電費(fèi)，還可以減少因發(fā)熱而引起的設(shè)備損耗，節(jié)省設(shè)備投資。單井可減少無(wú)功功率36kvar，電網(wǎng)負(fù)載能力相當(dāng)于增容36kVA，如果補(bǔ)償井較多增容量大，將來(lái)需要增加新井，不需要對(duì)電網(wǎng)擴(kuò)容（增加變壓器及線路）。按照1kvar無(wú)功功率折算0.1kW有功功率的折算標(biāo)準(zhǔn)，這口井年可節(jié)省電費(fèi)相當(dāng)可觀。單井無(wú)功補(bǔ)償量不大的情況下，建議在變壓器端進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，提高電網(wǎng)的有功功率。

圖4 23-2013井模擬平衡調(diào)整后預(yù)測(cè)參數(shù)結(jié)果

圖5 8-23-131井實(shí)測(cè)的電能參數(shù)和曲線

圖6 8-23-131井無(wú)功補(bǔ)償后的電能參數(shù)和曲線

表1 系統(tǒng)應(yīng)用前后油井生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)對(duì)比

在單井系統(tǒng)效率分析界面中只需輸入日產(chǎn)液，含水率、油壓、套壓、動(dòng)液面這些數(shù)據(jù)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)計(jì)算出產(chǎn)液密度和日產(chǎn)油量。再結(jié)合測(cè)試得到的輸入功率、光桿功率，點(diǎn)擊“計(jì)算”就可直接得到有效功率、地面效率、井下效率和系統(tǒng)效率，見(jiàn)圖7。

圖7 油井系統(tǒng)效率的計(jì)算

4 實(shí)施效果

該系統(tǒng)于2014年在某采油廠得到成功應(yīng)用。通過(guò)運(yùn)用抽油機(jī)生產(chǎn)系統(tǒng)效率測(cè)試分析，全面評(píng)價(jià)油田抽油機(jī)井系統(tǒng)效率現(xiàn)狀，分析了提高抽油機(jī)井系統(tǒng)效率存在的潛力，對(duì)相關(guān)配套技術(shù)措施進(jìn)行改進(jìn)和完善，優(yōu)化了油井生產(chǎn)參數(shù)，提高了油井系統(tǒng)效率，表1。

1）節(jié)能效果顯著。應(yīng)用該系統(tǒng)軟件后，百米噸液耗電量下降了3.82kWh，綜合節(jié)電率達(dá)到32.6%，平均單井日節(jié)電量達(dá)69kWh。50口油井日節(jié)電量達(dá)3450kWh，累積年節(jié)電量達(dá)到125.925×104kWh，按照電價(jià)0.631元/kWh計(jì)算，則年節(jié)電價(jià)值達(dá)79.46萬(wàn)元。

2）提升了油井系統(tǒng)運(yùn)行效率。油井系統(tǒng)效率由系統(tǒng)應(yīng)用前18.28%提升到系統(tǒng)應(yīng)用后的36.19%，油井平均系統(tǒng)效率提升17.91%。

3）節(jié)能減排效益。按照節(jié)約1千瓦時(shí)電能減排0.997kgCO2，則該技術(shù)系統(tǒng)實(shí)施后每年可減少碳排放342516kg。

4）提升噸油效益。該系統(tǒng)軟件的成功應(yīng)用，優(yōu)化了油井的生產(chǎn)運(yùn)行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，提高噸油效益。

5）提升了機(jī)采井系統(tǒng)效率測(cè)試分析、評(píng)價(jià)及優(yōu)化設(shè)計(jì)綜合能力，為油井節(jié)能綜合評(píng)價(jià)提供了有力的技術(shù)支持。

[1]朱益飛.石曉明,馬冬梅.提高孤東油田機(jī)采系統(tǒng)效率的探討[J].電力需求側(cè)管理,2009,11(4):44-48.

[2]朱益飛.游梁式抽油機(jī)調(diào)平衡度的幾種方法[J].計(jì)量技術(shù),2010,55(2):31-33.

[3]郭富祿,周明卿,尹強(qiáng),等.游梁式抽油機(jī)二次平衡技術(shù)的應(yīng)用[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械,2004,21(3):76-78.