孫支林

(長(zhǎng)慶油田公司采油三廠,寧夏 銀川 750006)

地面設(shè)備節(jié)能技術(shù)的研究及應(yīng)用

孫支林

(長(zhǎng)慶油田公司采油三廠,寧夏 銀川 750006)

長(zhǎng)慶油田采油三廠系統(tǒng)性開展抽油機(jī)、注水泵、輸油泵節(jié)能降耗技術(shù)研究，引進(jìn)并采用先進(jìn)節(jié)能技術(shù)和高效節(jié)能設(shè)備，提高用電效率，減少電量消耗。

一機(jī)兩泵；節(jié)能降耗；效率

長(zhǎng)慶油田采油三廠隨著近年來(lái)地面設(shè)備的老化和生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，電耗費(fèi)用呈逐年攀升的趨勢(shì)，約占總成本的35%以上，直接影響到采油廠成本的降低和效益的提高。根據(jù)對(duì)油田機(jī)采、注水、集輸?shù)认到y(tǒng)的調(diào)研分析，涉及到這三大系統(tǒng)的主要用電設(shè)備為一機(jī)（抽油機(jī)）兩泵（輸油泵、注水泵），所以，研究其相應(yīng)的節(jié)能措施，引進(jìn)并采用先進(jìn)技術(shù)和高效配套設(shè)備，提高用電效率，減少電量消耗，對(duì)采油三廠乃至長(zhǎng)慶油田“有質(zhì)量、有效益、可持續(xù)”發(fā)展具有重要的意義。

一、抽油機(jī)節(jié)能技術(shù)配套

采油三廠擁有抽油機(jī)6493臺(tái)，開井6350口，年耗電量約占采油三廠總用電量的56%。近年來(lái)，從抽油機(jī)、配套電機(jī)、電氣控制這3個(gè)地面上影響系統(tǒng)效率的關(guān)鍵環(huán)節(jié)入手，采取節(jié)能技術(shù)單點(diǎn)實(shí)施，有針對(duì)性的實(shí)施新技術(shù)先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)研究及應(yīng)用，有效提高了系統(tǒng)效率，降低了運(yùn)行成本。

1.新型節(jié)能抽油機(jī)的應(yīng)用

目前，已試驗(yàn)應(yīng)用過(guò)的新型節(jié)能抽油機(jī)有6種，分別是皮帶式抽油機(jī)、一拖二抽油機(jī)、實(shí)心皮帶輪抽油機(jī)、低沖次抽油機(jī)、七型抽油機(jī)、數(shù)字化抽油機(jī)，均取得了不同程度的節(jié)電效果。其中效果突出的有皮帶式抽油機(jī)、低沖次抽油機(jī)、七型抽油機(jī)、數(shù)字化抽油機(jī)，平均節(jié)電率達(dá)到了20%以上。通過(guò)近幾年的研究及實(shí)驗(yàn)，逐步形成了以下選型要求：一是10型以上首選皮帶抽油機(jī)，不僅節(jié)能還具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)；二是下泵深度在1600～1800m應(yīng)用七型節(jié)能抽油機(jī)，抽油機(jī)采用大傳動(dòng)比減速器（減速比為1：44）＋8極電機(jī)，可實(shí)現(xiàn)2.5、3.5、5次／min，同時(shí)配套3件皮帶輪，出廠時(shí)裝最大皮帶輪；三是大面積推廣應(yīng)用新型數(shù)字化無(wú)基礎(chǔ)抽油機(jī)（游梁平衡的無(wú)基礎(chǔ)調(diào)徑變矩抽油機(jī)），該系列抽油機(jī)可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳和抽油機(jī)調(diào)沖次、調(diào)平衡的自動(dòng)控制等功能，其中的平衡調(diào)節(jié)裝置采用配重箱在后臂上移動(dòng)的方式，具有自動(dòng)調(diào)節(jié)、手操電動(dòng)及人工手搖調(diào)節(jié)3種平衡調(diào)節(jié)方式。系列數(shù)字化抽油機(jī)的研發(fā)成功實(shí)現(xiàn)了在因特網(wǎng)上管理抽油機(jī)及油井，提高了機(jī)采系統(tǒng)安全性和系統(tǒng)效率，達(dá)到了節(jié)能減排、簡(jiǎn)化操作的目的。

2.低轉(zhuǎn)速電機(jī)的應(yīng)用

依據(jù)長(zhǎng)慶油田采油三廠“三低（低滲、低壓、低產(chǎn)）”油藏特性和普遍采用定向井開發(fā)的特點(diǎn)，推廣應(yīng)用低速電機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)低沖次采油，降低設(shè)備損耗。其原理是：額定轉(zhuǎn)速低（500r/min）可有效降低油井沖次，從而降低能耗?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，對(duì)于沖次已降到最低、泵效仍然偏小的井效果較好（表1）。

表1 低轉(zhuǎn)速電機(jī)應(yīng)用效果

3.低能井間歇控制裝置的應(yīng)用

抽油機(jī)智能間歇節(jié)電自動(dòng)控制裝置具備自動(dòng)智能停啟間歇特性，能夠保證抽油設(shè)備工作在最佳、最經(jīng)濟(jì)狀態(tài)，在不影響油井日產(chǎn)液的情況下，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。分析安裝智能間歇節(jié)電自動(dòng)控制裝置、實(shí)施間開的102口井，間開前平均系統(tǒng)效率10.8%，平均單井日耗電69.8kW?h。實(shí)施間開后產(chǎn)量平穩(wěn)，平均泵效由9.24%提高到18.27%，平均單井日耗電由69.8kW?h下降到41.74kW?h（表2）。

表2 抽油機(jī)井實(shí)施間開效果

4.無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用

無(wú)功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償技術(shù)的原理是實(shí)時(shí)跟蹤投切無(wú)功補(bǔ)償量，降低低壓線路末端損耗，增強(qiáng)電網(wǎng)帶負(fù)載能力，提高抽油機(jī)電機(jī)的功率因數(shù)。無(wú)功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償技術(shù)分為井組無(wú)功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償和單井無(wú)功補(bǔ)償。分析47套安裝的無(wú)功補(bǔ)償，安裝后平均功率因數(shù)提高了0.37，綜合節(jié)電率達(dá)10.3%（表3）。

表3 抽油機(jī)井應(yīng)用無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)效果

5.叢式井組抽油機(jī)集中控制節(jié)能裝置應(yīng)用

CQ-YQY型叢式井組抽油機(jī)集中控制節(jié)能裝置優(yōu)化集成了共直流母線、無(wú)級(jí)變頻調(diào)參、軟啟動(dòng)、動(dòng)態(tài)功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)榷囗?xiàng)節(jié)能技術(shù)，可根據(jù)每個(gè)井場(chǎng)的具體井?dāng)?shù)定制柜體，每個(gè)井組只用1臺(tái)節(jié)能控制裝置就可實(shí)現(xiàn)多臺(tái)抽油機(jī)集中控制、綜合節(jié)能的目的。具有啟動(dòng)電流小，對(duì)電機(jī)和設(shè)備沖擊小和根據(jù)油井出液情況動(dòng)態(tài)調(diào)整抽油機(jī)的沖次等特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)上沖程快，降低泵的漏失，下沖程慢，提高泵的充滿度，從而提高泵效。長(zhǎng)慶技術(shù)監(jiān)測(cè)中心測(cè)試數(shù)據(jù)顯示抽油機(jī)電機(jī)功率因數(shù)達(dá)0.95以上，電機(jī)裝機(jī)功率可減小30%，綜合節(jié)電率達(dá)20%以上。該裝置還預(yù)留通信接口，可實(shí)現(xiàn)油井生產(chǎn)參數(shù)的自動(dòng)采集、遠(yuǎn)程控制和數(shù)字化管理，可作為1個(gè)基本模塊，嵌入到油田數(shù)字化管理平臺(tái)中，以適應(yīng)數(shù)字化油田建設(shè)的需要。

二、注水設(shè)備節(jié)能技術(shù)配套

采油三廠目前有注水站104座，配水間667座，注水泵(撬）311臺(tái)，日注水能力119000m3，日注水量66539m3，電動(dòng)機(jī)裝機(jī)總?cè)萘?.8×104kW，平均注水單耗6.8kW?h/m3，注水系統(tǒng)用電量約占油田總用電量的30%。柱塞式注水站能耗較高的主要原因有兩個(gè)方面：一是注入水水質(zhì)差，柱塞式注水泵液力端維修頻次高、泵效低、能耗高；二是泵、注水量不匹配，使高壓水打回流，造成電能浪費(fèi)。

1.節(jié)能型高效注水泵的應(yīng)用

從2009年開始，針對(duì)原配套柱塞式注水泵易損件壽命短、泵效低、能耗高的問(wèn)題，開展了柱塞式注水泵技術(shù)改造試驗(yàn)研究。截止2014年，先后改造14臺(tái)注水泵機(jī)組。長(zhǎng)慶技術(shù)監(jiān)測(cè)中心依據(jù)SY/T6275-2007《油田生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測(cè)規(guī)范》對(duì)柳三轉(zhuǎn)等進(jìn)行改造后能耗監(jiān)測(cè)，2013年1月14臺(tái)注水泵的監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，改造前注水泵平均機(jī)組效率69.06%，改造后注水泵平均機(jī)組效率79.71%，全部高于72%的節(jié)能監(jiān)測(cè)限定值，比改造前平均提高10.65%。注水單耗改造前平均6.66kW?h/m3，改造后平均5.89kW?h/m3，降低了0.77kW?h/m3。在此基礎(chǔ)上，2013～2014年共成功引進(jìn)了29臺(tái)節(jié)能型高效注水泵整機(jī)投入運(yùn)行，注水泵平均機(jī)組效率85.12%。

2.注水站變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用

對(duì)回流量大、電能損耗大的注水站，結(jié)合電動(dòng)機(jī)功率以及回流量的大小，配套安裝變頻調(diào)速裝置，減少回流量，達(dá)到提高注水系統(tǒng)效率和節(jié)能降耗的目的。截止目前，104座注水站248臺(tái)注水泵全部安裝了變頻器。注水泵變頻器具有易于控制泵的排量，減小站內(nèi)回流，保持注水系統(tǒng)壓力穩(wěn)定等作用，具有較好的節(jié)能效果（綜合節(jié)電率在10%～20%）。同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)注水泵軟啟動(dòng)，延長(zhǎng)注水設(shè)備的維修周期，從而減少注水機(jī)泵和閥門的維修費(fèi)用，減輕人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

3.局部增壓技術(shù)應(yīng)用

對(duì)于個(gè)別井注水壓力高的情況，采用局部安裝注水撬或增壓泵，不需要注水系統(tǒng)整體升壓改造，可以降低投資，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。采油三廠自2008年開始在塞392區(qū)產(chǎn)建使用第一臺(tái)注水撬，經(jīng)過(guò)6年的試點(diǎn)、推廣，目前已在全廠13個(gè)作業(yè)區(qū)推廣使用不同型號(hào)的各種注水撬64臺(tái)。

三、輸油設(shè)備節(jié)能技術(shù)配套

采油三廠各級(jí)場(chǎng)站主要選用多級(jí)離心泵和油氣混輸泵進(jìn)行原油外輸，共計(jì)594臺(tái)。根據(jù)工藝要求，離心泵在投產(chǎn)選型時(shí)，采用寧大勿小原則，還要考慮為輸送系統(tǒng)在不良工況下運(yùn)行預(yù)留揚(yáng)程空間。并且泵在長(zhǎng)期運(yùn)行中，由于各個(gè)輸送系統(tǒng)的變化，輸送系統(tǒng)中的管壓都比原來(lái)有所下降，泵壓遠(yuǎn)大于所需的揚(yáng)程。泵使用時(shí)，通過(guò)調(diào)整出口閥門或開旁通等辦法來(lái)控制泵的出口壓力，以適應(yīng)系統(tǒng)的運(yùn)用要求，存在嚴(yán)重的大馬拉小車現(xiàn)象。運(yùn)行狀態(tài)很不經(jīng)濟(jì)，且離心泵是高耗能設(shè)備，所以必須要進(jìn)行節(jié)能改造。

1.多級(jí)離心泵葉輪抽級(jí)的應(yīng)用

多級(jí)離心泵中每級(jí)葉輪的水力性能一致，根據(jù)工況參數(shù)通過(guò)加減葉輪確定泵的揚(yáng)程，抽級(jí)后的水泵揚(yáng)程降低、流量增大，可節(jié)約電能（表4）。且水泵的抽級(jí)和恢復(fù)是可逆的，運(yùn)用離心泵的這個(gè)特性進(jìn)行泵葉輪的抽級(jí)改造。2014年對(duì)單臺(tái)設(shè)備能耗高的71臺(tái)大功率離心泵進(jìn)行葉輪抽級(jí)優(yōu)化，年節(jié)約電量超過(guò)500萬(wàn)kW?h。

表4 各站點(diǎn)離心泵改造前后對(duì)比及節(jié)約費(fèi)用

2.自平衡離心泵的應(yīng)用

選用不另配套平衡裝置的自平衡離心泵，該泵采用對(duì)稱布置葉輪，基本消除了平衡力，不存在平衡裝置的圓盤磨損和回流損失，比同參數(shù)的離心泵泵效率提高3%～14%。由于無(wú)平衡裝置，徹底解決了因平衡裝置失效而平衡盤和平衡盤座的磨損、轉(zhuǎn)子咬死等故障，極大地延長(zhǎng)了泵的使用壽命。在流量、揚(yáng)程相同情況下，對(duì)泵的節(jié)能效果比較（相同的工作參數(shù)，選泵型號(hào)及軸功率、配套功率的比較）見表5。

3.輸油泵變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用

表5 自平衡多級(jí)離心泵節(jié)能效果比較

變頻調(diào)速節(jié)能方法的主要優(yōu)點(diǎn)是可調(diào)節(jié)范圍大,節(jié)能效果顯著，并通過(guò)降低設(shè)備轉(zhuǎn)速能改善設(shè)備運(yùn)行工況,提高設(shè)備安全性能,延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命,其經(jīng)濟(jì)調(diào)速范圍為額定轉(zhuǎn)速的50%～100%。另通過(guò)額外的控制系統(tǒng),能根據(jù)壓力或液位等達(dá)到自動(dòng)調(diào)節(jié)的目的。采油三廠推廣應(yīng)用變頻調(diào)速方法不僅實(shí)現(xiàn)了場(chǎng)站原油輸送連續(xù)運(yùn)行，降低了凝管帶來(lái)的安全風(fēng)險(xiǎn)，還改善了工藝，節(jié)約了電能。

四、結(jié)語(yǔ)

長(zhǎng)慶油田采油三廠緊密結(jié)合生產(chǎn)、工藝實(shí)際，圍繞地面三大類核心設(shè)備：抽油機(jī)、注水泵、輸油泵，多措并舉，開展節(jié)能降耗技術(shù)研究，引進(jìn)并采用先進(jìn)節(jié)能技術(shù)和高效節(jié)能設(shè)備，提高了用電效率，減少了電量消耗，為采油三廠低碳節(jié)能、綠色發(fā)展提供了有力的技術(shù)支撐。

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