付玉佳（大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠）

抽油機(jī)井系統(tǒng)效率是衡量機(jī)采井綜合管理水平的一項(xiàng)指標(biāo)，它不但反應(yīng)機(jī)采井能耗情況，而且體現(xiàn)抽油機(jī)井的生產(chǎn)狀況及機(jī)、泵、參數(shù)等的匹配狀態(tài)。采油廠2011—2015年節(jié)能管理潛力逐漸變小，系統(tǒng)效率上升速度變緩，單純依靠投資換效益的做法可行性差，必須對(duì)抽油機(jī)井系統(tǒng)效率進(jìn)行精細(xì)化管理。2016年抽油機(jī)井平均系統(tǒng)效率31.85%，其中低于20%的井963口井，較其他開(kāi)發(fā)條件相近的采油廠相比還有上升空間。

1 目標(biāo)提出

根據(jù)采油廠抽油機(jī)井產(chǎn)液?jiǎn)魏呐c系統(tǒng)效率關(guān)系曲線，當(dāng)系統(tǒng)效率低于20%時(shí)，產(chǎn)液?jiǎn)魏募眲∩仙?，?dāng)系統(tǒng)效率大于20%時(shí)，產(chǎn)液?jiǎn)魏木徛档?，如果將系統(tǒng)效率從20%提高到32%，產(chǎn)液?jiǎn)魏膶?0 kWh/t降低到7 kWh/t，提高系統(tǒng)效率的同時(shí)在一定程度上降低采油成本。理想狀態(tài)下抽油系統(tǒng)能耗節(jié)點(diǎn)效率見(jiàn)表1。

對(duì)采油廠2011—2015年抽油機(jī)井系統(tǒng)效率進(jìn)行了調(diào)查，結(jié)合抽油機(jī)節(jié)點(diǎn)分析理論，分析采油廠系統(tǒng)效率提升潛力。系統(tǒng)效率低的問(wèn)題統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2。

抽油機(jī)能耗節(jié)點(diǎn)分析：抽油機(jī)井系統(tǒng)效率總體分為地面效率和井下效率兩部分，懸繩器以上包括電動(dòng)機(jī)、皮帶、減速箱及四連桿機(jī)構(gòu)4個(gè)能耗節(jié)點(diǎn)；懸繩器以下包括盤(pán)根盒、抽油桿、抽油泵和井下管柱等4個(gè)能耗節(jié)點(diǎn)[1]。目標(biāo)值確定依據(jù)見(jiàn)表3。

表2 抽油機(jī)井系統(tǒng)效率統(tǒng)計(jì)

表3 2016年目標(biāo)值確定依據(jù)

從以上數(shù)據(jù)可以看出，參數(shù)無(wú)法調(diào)整和工況差影響累計(jì)百分比為91.13%，為癥結(jié)問(wèn)題。通過(guò)節(jié)點(diǎn)分析計(jì)算，抽油機(jī)井系統(tǒng)效率有0.27%的上升空間，所以把目標(biāo)設(shè)定為抽油機(jī)井系統(tǒng)效率值由31.85%提高到32.12%。

2 影響因素分析

2.1 曲柄平衡能耗高

曲柄平衡是將平衡塊加在曲柄上，工作時(shí)，由懸點(diǎn)載荷和平衡重在曲柄軸（減速器輸出軸）上造成的扭矩與電動(dòng)機(jī)輸給曲柄軸的扭矩相平衡。截止到2015年底，采油廠2956口抽油機(jī)井采用曲柄平衡的井1959口，占總井?dāng)?shù)的66.27%，統(tǒng)計(jì)曲柄平衡抽油機(jī)井平均系統(tǒng)效率25.66%，相比復(fù)合平衡抽油機(jī)井，系統(tǒng)效率低8.1%。

2.2 皮帶打滑

抽油機(jī)井皮帶是傳輸動(dòng)力的重要環(huán)節(jié)，皮帶打滑與皮帶和皮帶輪接觸面積、皮帶松緊度2個(gè)因素有關(guān)，抽油機(jī)皮帶打滑直接影響皮帶使用壽命、耗電量、系統(tǒng)效率。

2015年采油廠皮帶平均使用天數(shù)102天。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)效率低于20%的井進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查，其中85口井皮帶打滑，這些井皮帶平均使用壽命79天，低于全廠平均水平。通過(guò)對(duì)這些井進(jìn)行測(cè)試，皮帶平均傳動(dòng)效率88.81%，平均系統(tǒng)效率25%。皮帶打滑使得抽油機(jī)井的傳動(dòng)效率變低，能耗提高，影響系統(tǒng)效率。

2.3 電動(dòng)機(jī)匹配不合理

通過(guò)對(duì)采油廠系統(tǒng)效率低于20%的井963口井電動(dòng)機(jī)匹配情況進(jìn)行調(diào)查，其中功率利用率低于15%或高于50%的井314口井，通過(guò)分析匹配不合理井共計(jì)198口井，其中電動(dòng)機(jī)型號(hào)偏大83口井，型號(hào)偏小115口井。

針對(duì)匹配不合理的198口井進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，通過(guò)測(cè)試得出電動(dòng)機(jī)型號(hào)偏大抽油機(jī)井平均系統(tǒng)效率17.52%、偏小抽油機(jī)井平均系統(tǒng)效率15.47%，低于全廠平均水平[2]。能耗數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

3 實(shí)施對(duì)策及效果

3.1 針對(duì)曲柄平衡，采取平衡改造的措施

采油廠常規(guī)抽油機(jī)井多采用曲柄平衡方式，通過(guò)分析，曲柄平衡抽油機(jī)井存在負(fù)扭矩、能耗大、系統(tǒng)效率低的問(wèn)題。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，提出二次平衡改造和安裝輔助平衡裝置的對(duì)策[3]。

1）進(jìn)行常規(guī)抽油機(jī)井下偏杠鈴改造。下偏杠鈴抽油機(jī)采用復(fù)合平衡方式。節(jié)能原理：當(dāng)驢頭懸點(diǎn)載荷最大時(shí)，游梁平衡重力臂最長(zhǎng)，抽油機(jī)驢頭懸點(diǎn)載荷最小時(shí)，游梁平衡重力臂變短，使抽油機(jī)具有良好的平衡效果。

2017年累計(jì)實(shí)施150口井，平均有功功率由9.64 kW下降到8.23 kW，節(jié)電率達(dá)到14.63%，平均日節(jié)電量33.84 kWh，百米噸液耗電下降了0.03 kWh，系統(tǒng)效率提高了2.12%，節(jié)電效果明顯。

2）安裝抽油機(jī)自動(dòng)平衡裝置。抽油機(jī)自動(dòng)平衡裝置安裝在游梁的尾部，抽油機(jī)驢頭載荷不變時(shí)，驢頭上下運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生慣性，帶動(dòng)擺錘鐘擺式前后擺動(dòng)，使游梁前后載荷接近平衡。驢頭載荷改變時(shí)，根據(jù)電流變化、控制系統(tǒng)發(fā)出指令，輔助電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，拖動(dòng)擺錘前后自由擺動(dòng)，把改變的驢頭載荷再次平衡掉。抽油機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，擺錘前后自由擺動(dòng)各30°，驢頭載荷改變，擺錘擺動(dòng)角大于30°，油井措施后，載荷恢復(fù)，擺錘恢復(fù)鐘擺式前后自由擺動(dòng)[4]。

2017年累計(jì)實(shí)施20口井，平均有功功率由12.41 kW下降到10.51 kW，節(jié)電率達(dá)到15.32%，平均日節(jié)電量45.62kWh，百米噸液耗電下降了0.1kWh，系統(tǒng)效率提高了6.17%，節(jié)電效果明顯。

3.2 調(diào)整皮帶松緊度及更換皮帶輪

皮帶輪打滑會(huì)降低抽油系統(tǒng)的傳動(dòng)效率，在一定程度上增加了能耗，降低了系統(tǒng)效率。對(duì)于皮帶松致使皮帶輪打滑的156口井，采取調(diào)整皮帶松緊度的方法；對(duì)于皮帶輪槽磨損引起皮帶輪打滑的29口井采取更換皮帶輪的措施。

在生產(chǎn)實(shí)踐中，判斷抽油機(jī)皮帶是否松，采用的是單手用力扭轉(zhuǎn)皮帶，皮帶扭轉(zhuǎn)45°角左右為松緊合適，如果扭轉(zhuǎn)皮帶超過(guò)45°角比較多，則是皮帶松。調(diào)整皮帶松緊度操作方法：停運(yùn)抽油機(jī)，將抽油機(jī)停放在上始點(diǎn)，拉緊剎車(chē)，拉開(kāi)控制箱內(nèi)空氣開(kāi)關(guān)。松開(kāi)電動(dòng)機(jī)頂絲和電動(dòng)機(jī)固定螺絲，調(diào)整皮帶到合適松緊度，同時(shí)要滿足2個(gè)皮帶輪達(dá)到“四點(diǎn)一線”，擺正電動(dòng)機(jī)，緊固電動(dòng)機(jī)螺絲和電動(dòng)機(jī)頂絲，起抽抽油機(jī)。

換皮帶輪操作方法：停運(yùn)抽油機(jī)，將抽油機(jī)停放在上始點(diǎn)，拉緊剎車(chē)，拉開(kāi)控制箱內(nèi)空氣開(kāi)關(guān)。松開(kāi)電動(dòng)機(jī)頂絲和電動(dòng)機(jī)固定螺絲，向前推移電動(dòng)機(jī)，卸掉抽油機(jī)皮帶。用皮帶輪拉拔器卸下皮帶輪，安裝新皮帶輪，安裝皮帶，調(diào)整大小皮帶輪“四點(diǎn)一線”，緊固電動(dòng)機(jī)螺絲和電動(dòng)機(jī)頂絲，起抽抽油機(jī)。2017年累計(jì)調(diào)整皮帶松緊度156口井，更換皮帶輪29口井，皮帶平均壽命達(dá)到126天，抽油機(jī)系統(tǒng)效率達(dá)到34.3%[5]。

表4 電動(dòng)機(jī)型號(hào)偏大、偏小抽油機(jī)井生產(chǎn)能耗數(shù)據(jù)

3.3 采取電動(dòng)機(jī)合理匹配措施

抽油機(jī)的凈扭矩在一個(gè)工作循環(huán)中，有較高的“峰值”和較深的負(fù)向“谷值”，即有較大的“負(fù)扭矩”。扭矩波動(dòng)很大，抽油機(jī)平衡效果不佳。從能耗角度講，凈扭矩波動(dòng)大勢(shì)必加大功率而增大能耗；從動(dòng)力角度講，為了保證抽油機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，峰值扭矩高，勢(shì)必要選用較大的電動(dòng)機(jī)，這種大電動(dòng)機(jī)、大峰值電流的配套方案，必將導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)自身?yè)p耗和電路損耗的增加。為此，研究抽油機(jī)運(yùn)行規(guī)律，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工作實(shí)際，制定抽油機(jī)井電動(dòng)機(jī)匹配原則。根據(jù)電動(dòng)機(jī)選型原則，對(duì)376口電動(dòng)機(jī)匹配不合理抽油機(jī)井進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而有效降低裝機(jī)功率，提高系統(tǒng)效率。

1）優(yōu)化設(shè)計(jì)，更換節(jié)能電動(dòng)機(jī)。根據(jù)抽油機(jī)井電動(dòng)機(jī)匹配的原則，對(duì)電動(dòng)機(jī)選型不合理的376口抽油機(jī)井進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，利用油田公司資金進(jìn)行節(jié)能電動(dòng)機(jī)的合理匹配。永磁同步電動(dòng)機(jī)和高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和最大轉(zhuǎn)矩均大于Y系列電動(dòng)機(jī)的，因此永磁同步電動(dòng)機(jī)可以代替比他大1～2個(gè)功率等級(jí)的Y系列電動(dòng)機(jī)；雙功率電動(dòng)機(jī)是以大功率啟動(dòng)，小功率運(yùn)行[6]。節(jié)能電動(dòng)機(jī)替換常規(guī)電動(dòng)機(jī)頻率選擇見(jiàn)表5。

表5 節(jié)能電動(dòng)機(jī)替換常規(guī)電動(dòng)機(jī)功率選擇

2）應(yīng)用高轉(zhuǎn)差電動(dòng)機(jī)。2017年在采油廠安裝高轉(zhuǎn)差電動(dòng)機(jī)150口，安裝后單井平均日耗電由265.95 kWh下降到235.94 kWh，下降30.01 kWh，平均有功節(jié)電率為11.28%，功率利用率達(dá)到31.2%，系統(tǒng)效率由22.52%上升到26.04%，系統(tǒng)效率提高3.52%。

3）應(yīng)用永磁電動(dòng)機(jī)。2017年在采油廠安裝稀土永磁電動(dòng)機(jī)134口，安裝后單井平均日耗電由288.2 kWh下降到242.5 kWh，下降45.7 kWh，平均有功節(jié)電率為15.82%，功率利用率達(dá)到31.3%，系統(tǒng)效率由24.81%上升到29.77%，系統(tǒng)效率提高4.96%。

4 結(jié)論

截至2017年12月，采油廠共治理低系統(tǒng)效率抽油機(jī)井640口，治理后抽油機(jī)井系統(tǒng)效率達(dá)到32.73%，完成了預(yù)定指標(biāo)。按平均單井日節(jié)電35kWh計(jì)算，年節(jié)電規(guī)模817.6×104kWh，除去改造等成本2017年累計(jì)獲得經(jīng)濟(jì)效益387.04萬(wàn)元。有效提高了抽油機(jī)的系統(tǒng)效率，大幅提高機(jī)采井綜合管理水平。