張雷(大慶油田采油三廠一礦北十六聯(lián)合站,黑龍江大慶163000)

低滲透油井機(jī)采系統(tǒng)能耗影響因素及節(jié)能措施探討

張雷(大慶油田采油三廠一礦北十六聯(lián)合站,黑龍江大慶163000)

低滲透率油井機(jī)采系統(tǒng)普遍存在能耗高、效率低的情況，文中介紹了機(jī)采系統(tǒng)效率計(jì)算方法，找出了能耗損失的節(jié)點(diǎn)，分析了造成機(jī)采系統(tǒng)效率偏低的原因，針對(duì)影響機(jī)采系統(tǒng)效率的原因提出了相應(yīng)的節(jié)能降耗措施。

低滲透率；油井；能耗；影響因素；節(jié)能措施

隨著油田持續(xù)開(kāi)采，地層產(chǎn)出液中含水率不斷上升，油田高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)壓力增大，勘探開(kāi)發(fā)區(qū)域向外圍延伸，外圍區(qū)塊低滲透、低產(chǎn)油井較多，使用機(jī)械采油系統(tǒng)存在能耗高、系統(tǒng)效率低的情況。由于機(jī)械采油系統(tǒng)能耗占油田能耗的比重較大，分析造成能量損失的主要原因，制定相關(guān)節(jié)能措施，提高機(jī)采系統(tǒng)工作效率具有重要意義。

1 機(jī)采系統(tǒng)效率計(jì)算方法及能耗損失分析

機(jī)采系統(tǒng)能量利用率直接反應(yīng)系統(tǒng)效率，通過(guò)分別計(jì)算機(jī)采系統(tǒng)的有功功率和無(wú)功功率，求出分別占輸入功率的比重，以此來(lái)計(jì)算系統(tǒng)效率。

1.1 有用功計(jì)算法

通過(guò)計(jì)算有功功來(lái)計(jì)算系統(tǒng)效率的方法如下式：

以上公式中：η為機(jī)采系統(tǒng)效率，單位為%；Q為油井日產(chǎn)液量，單位為m3/d；H為抽油機(jī)揚(yáng)程，單位為米；ρ為油井產(chǎn)出液密度，單位為kg/m3；P0為電機(jī)輸入功率，單位為KW。由以上計(jì)算公式可知，油井日產(chǎn)液量、抽油機(jī)有效揚(yáng)程及實(shí)際耗電量等直接影響機(jī)采系統(tǒng)的效率。

1.2 無(wú)用功率計(jì)算法

機(jī)采系統(tǒng)的實(shí)際功率P0應(yīng)等于有用功p1與損失功率p2之和，因此，機(jī)采系統(tǒng)效率可以通過(guò)以下公式計(jì)算：

由以上公式（2）可知，機(jī)采系統(tǒng)效率受到損失功率影響比較明顯，為此，可以從能量損失的角度考慮機(jī)采系統(tǒng)能耗，抽油機(jī)井能量損失分為地面損失和地下?lián)p失，地面能量損失主要發(fā)生在電動(dòng)機(jī)、皮帶、減速箱、四連桿、盤(pán)根盒等部位，地下能量損失主要發(fā)生在桿柱、管柱和泵等部位。分析認(rèn)為，機(jī)采系統(tǒng)皮帶傳動(dòng)效率、減速箱效率、盤(pán)根盒效率及四連桿效率對(duì)機(jī)采系統(tǒng)效率影響比較明顯，電動(dòng)機(jī)、電泵、桿、管等設(shè)備影響機(jī)采系統(tǒng)效率。

2 低滲透油井機(jī)采系統(tǒng)能耗影響因素分析

2.1 地面因素對(duì)機(jī)采系統(tǒng)能耗影響

地面因素對(duì)機(jī)采系統(tǒng)效率影響主要表現(xiàn)為裝機(jī)功率較大，出現(xiàn)“大馬拉小車”現(xiàn)象，造成能量損耗。早期投產(chǎn)的抽油機(jī)大多使用游梁式抽油機(jī)，配備異步電機(jī)。游梁式抽油機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中負(fù)荷具有交變負(fù)荷特性，且抽油機(jī)啟動(dòng)功率較大，為滿足啟動(dòng)要求，電機(jī)裝機(jī)容量通常較大，造成電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)負(fù)載率較低，功率損失嚴(yán)重，電動(dòng)機(jī)的效率和功率因數(shù)均降低，造成機(jī)采系統(tǒng)能耗過(guò)大，系統(tǒng)效率低下。

2.2 地下因素對(duì)機(jī)采系統(tǒng)效率影響

影響機(jī)采系統(tǒng)效率的地下因素主要有桿、管、泵等，主要表現(xiàn)在：①光桿與盤(pán)根盒之間的摩擦，當(dāng)盤(pán)根盒密封過(guò)嚴(yán)或盤(pán)根盒與光桿對(duì)中性較差時(shí)，光桿在上下運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的摩擦阻力會(huì)增大，造成能耗升高；②光桿的粘滯阻力。在稠油井開(kāi)發(fā)過(guò)程中，原油粘度高，抽油桿上下運(yùn)行過(guò)程中，高粘度地層產(chǎn)出液與油管間粘滯阻力非常大，造成大量能量損失；③油井出砂嚴(yán)重時(shí)，抽油桿與油管間、流體與管柱間摩擦阻力均較大，造成能耗損失；④泵效降低。普通抽油泵在出砂嚴(yán)重的井長(zhǎng)期使用，泵磨損嚴(yán)重，造成密封性變差、泵閥漏失增大，泵效降低明顯。

2.3 采油管理工作對(duì)機(jī)采系統(tǒng)效率影響

研究表明，當(dāng)?shù)貙幽芰恳欢〞r(shí)，合理的生產(chǎn)參數(shù)設(shè)置，使抽油機(jī)抽汲能力與油井供液狀況達(dá)到平衡，能夠使機(jī)采系統(tǒng)達(dá)到最佳能效，發(fā)揮油井最大生產(chǎn)潛能。實(shí)際采油生產(chǎn)中，隨著開(kāi)采持續(xù)進(jìn)行，地層能量發(fā)生變化，抽油機(jī)井的平衡狀態(tài)相應(yīng)發(fā)生變化，此時(shí)生產(chǎn)參數(shù)過(guò)小，則不能發(fā)揮油井最大生產(chǎn)潛能；生產(chǎn)參數(shù)過(guò)大則無(wú)功損耗增大，機(jī)采系統(tǒng)效率降低，因此，抽油機(jī)井平衡度直接影響機(jī)采系統(tǒng)效率。

3 機(jī)采系統(tǒng)節(jié)能降耗措施

3.1 降低裝機(jī)容量，減少無(wú)功損耗

為解決電動(dòng)機(jī)“大馬拉小車”的現(xiàn)象，需要在不影響機(jī)采系統(tǒng)正常運(yùn)行的情況下降低裝機(jī)容量，可采用新型電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目的：①無(wú)刷直流電機(jī)。該型電機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)軟啟動(dòng)，可以根據(jù)負(fù)載自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出功率，降低了裝機(jī)容量，能夠極大的節(jié)省電能，提高系統(tǒng)效率；②伺服電機(jī)。伺服電機(jī)能夠?qū)崟r(shí)調(diào)控電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和輸出扭矩，使抽油機(jī)啟動(dòng)更加平滑，且能夠使機(jī)采系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中驅(qū)動(dòng)特性與機(jī)械負(fù)載達(dá)到最佳匹配，極大提高系統(tǒng)了效率。

3.2 優(yōu)化抽汲參數(shù)

優(yōu)化抽汲參數(shù)能夠降低機(jī)采系統(tǒng)能耗，提升效率。具體需要根據(jù)油井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)來(lái)調(diào)整生產(chǎn)參數(shù)：①對(duì)長(zhǎng)期開(kāi)采導(dǎo)致供液不足的油井，可采取間抽、使用小泵、適當(dāng)調(diào)小生產(chǎn)參數(shù)等措施，同時(shí)調(diào)整泵沉沒(méi)度，降低能耗；②對(duì)供液情況較好的井，可適當(dāng)提高泵掛，降低舉升載荷；③針對(duì)供采關(guān)系平衡的油井，在滿足生產(chǎn)需求的情況下，可適當(dāng)調(diào)整，使用慢沖次、長(zhǎng)沖程，能夠降低能耗，提升系統(tǒng)效率。

3.3 降低抽油機(jī)井懸點(diǎn)載荷

可以從以下幾個(gè)方面降低懸點(diǎn)載荷：①降低抽油機(jī)慣性載荷和振動(dòng)載荷。通過(guò)降低沖次、減緩換向加速度，能夠降低抽油機(jī)減速器扭矩峰值，達(dá)到節(jié)能效果；②使用輕質(zhì)抽油桿能夠大大降低抽油機(jī)井懸點(diǎn)載荷。在保證生產(chǎn)安全的情況下，可使用輕質(zhì)柔性抽油桿，能夠降低懸點(diǎn)載荷，達(dá)到節(jié)能效果；③對(duì)油井進(jìn)行防偏磨治理，改善桿管運(yùn)行狀況?？梢酝ㄟ^(guò)使用旋轉(zhuǎn)裝置、改善抽油桿柱受力情況、使用防偏磨接箍、上提泵掛等措施來(lái)進(jìn)行防偏磨治理。

[1]趙華，姜濤，胡波，等.抽油機(jī)井系統(tǒng)效率測(cè)試及應(yīng)用研究[J].石油和化工節(jié)能,2010(01):30-33.