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        提高抽油機井系統(tǒng)效率的方法研究

        2018-08-20 06:37:58付玉佳大慶油田有限責任公司第三采油廠
        石油石化節(jié)能 2018年7期
        關(guān)鍵詞:皮帶輪口井采油廠

        付玉佳(大慶油田有限責任公司第三采油廠)

        抽油機井系統(tǒng)效率是衡量機采井綜合管理水平的一項指標,它不但反應機采井能耗情況,而且體現(xiàn)抽油機井的生產(chǎn)狀況及機、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,必須對抽油機井系統(tǒng)效率進行精細化管理。2016年抽油機井平均系統(tǒng)效率31.85%,其中低于20%的井963口井,較其他開發(fā)條件相近的采油廠相比還有上升空間。

        1 目標提出

        根據(jù)采油廠抽油機井產(chǎn)液單耗與系統(tǒng)效率關(guān)系曲線,當系統(tǒng)效率低于20%時,產(chǎn)液單耗急劇上升,當系統(tǒng)效率大于20%時,產(chǎn)液單耗緩慢降低,如果將系統(tǒng)效率從20%提高到32%,產(chǎn)液單耗將從10 kWh/t降低到7 kWh/t,提高系統(tǒng)效率的同時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)點效率見表1。

        對采油廠2011—2015年抽油機井系統(tǒng)效率進行了調(diào)查,結(jié)合抽油機節(jié)點分析理論,分析采油廠系統(tǒng)效率提升潛力。系統(tǒng)效率低的問題統(tǒng)計見表2。

        抽油機能耗節(jié)點分析:抽油機井系統(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機、皮帶、減速箱及四連桿機構(gòu)4個能耗節(jié)點;懸繩器以下包括盤根盒、抽油桿、抽油泵和井下管柱等4個能耗節(jié)點[1]。目標值確定依據(jù)見表3。

        表2 抽油機井系統(tǒng)效率統(tǒng)計

        表3 2016年目標值確定依據(jù)

        從以上數(shù)據(jù)可以看出,參數(shù)無法調(diào)整和工況差影響累計百分比為91.13%,為癥結(jié)問題。通過節(jié)點分析計算,抽油機井系統(tǒng)效率有0.27%的上升空間,所以把目標設定為抽油機井系統(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,由懸點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機輸給曲柄軸的扭矩相平衡。截止到2015年底,采油廠2956口抽油機井采用曲柄平衡的井1959口,占總井數(shù)的66.27%,統(tǒng)計曲柄平衡抽油機井平均系統(tǒng)效率25.66%,相比復合平衡抽油機井,系統(tǒng)效率低8.1%。

        2.2 皮帶打滑

        抽油機井皮帶是傳輸動力的重要環(huán)節(jié),皮帶打滑與皮帶和皮帶輪接觸面積、皮帶松緊度2個因素有關(guān),抽油機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。通過對系統(tǒng)效率低于20%的井進行現(xiàn)場檢查,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。通過對這些井進行測試,皮帶平均傳動效率88.81%,平均系統(tǒng)效率25%。皮帶打滑使得抽油機井的傳動效率變低,能耗提高,影響系統(tǒng)效率。

        2.3 電動機匹配不合理

        通過對采油廠系統(tǒng)效率低于20%的井963口井電動機匹配情況進行調(diào)查,其中功率利用率低于15%或高于50%的井314口井,通過分析匹配不合理井共計198口井,其中電動機型號偏大83口井,型號偏小115口井。

        針對匹配不合理的198口井進行現(xiàn)場測試,通過測試得出電動機型號偏大抽油機井平均系統(tǒng)效率17.52%、偏小抽油機井平均系統(tǒng)效率15.47%,低于全廠平均水平[2]。能耗數(shù)據(jù)見表4。

        3 實施對策及效果

        3.1 針對曲柄平衡,采取平衡改造的措施

        采油廠常規(guī)抽油機井多采用曲柄平衡方式,通過分析,曲柄平衡抽油機井存在負扭矩、能耗大、系統(tǒng)效率低的問題。針對這個問題,提出二次平衡改造和安裝輔助平衡裝置的對策[3]。

        1)進行常規(guī)抽油機井下偏杠鈴改造。下偏杠鈴抽油機采用復合平衡方式。節(jié)能原理:當驢頭懸點載荷最大時,游梁平衡重力臂最長,抽油機驢頭懸點載荷最小時,游梁平衡重力臂變短,使抽油機具有良好的平衡效果。

        2017年累計實施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)安裝抽油機自動平衡裝置。抽油機自動平衡裝置安裝在游梁的尾部,抽油機驢頭載荷不變時,驢頭上下運動產(chǎn)生慣性,帶動擺錘鐘擺式前后擺動,使游梁前后載荷接近平衡。驢頭載荷改變時,根據(jù)電流變化、控制系統(tǒng)發(fā)出指令,輔助電動機啟動,拖動擺錘前后自由擺動,把改變的驢頭載荷再次平衡掉。抽油機正常運行時,擺錘前后自由擺動各30°,驢頭載荷改變,擺錘擺動角大于30°,油井措施后,載荷恢復,擺錘恢復鐘擺式前后自由擺動[4]。

        2017年累計實施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

        皮帶輪打滑會降低抽油系統(tǒng)的傳動效率,在一定程度上增加了能耗,降低了系統(tǒng)效率。對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)實踐中,判斷抽油機皮帶是否松,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45°角比較多,則是皮帶松。調(diào)整皮帶松緊度操作方法:停運抽油機,將抽油機停放在上始點,拉緊剎車,拉開控制箱內(nèi)空氣開關(guān)。松開電動機頂絲和電動機固定螺絲,調(diào)整皮帶到合適松緊度,同時要滿足2個皮帶輪達到“四點一線”,擺正電動機,緊固電動機螺絲和電動機頂絲,起抽抽油機。

        換皮帶輪操作方法:停運抽油機,將抽油機停放在上始點,拉緊剎車,拉開控制箱內(nèi)空氣開關(guān)。松開電動機頂絲和電動機固定螺絲,向前推移電動機,卸掉抽油機皮帶。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“四點一線”,緊固電動機螺絲和電動機頂絲,起抽抽油機。2017年累計調(diào)整皮帶松緊度156口井,更換皮帶輪29口井,皮帶平均壽命達到126天,抽油機系統(tǒng)效率達到34.3%[5]。

        表4 電動機型號偏大、偏小抽油機井生產(chǎn)能耗數(shù)據(jù)

        3.3 采取電動機合理匹配措施

        抽油機的凈扭矩在一個工作循環(huán)中,有較高的“峰值”和較深的負向“谷值”,即有較大的“負扭矩”。扭矩波動很大,抽油機平衡效果不佳。從能耗角度講,凈扭矩波動大勢必加大功率而增大能耗;從動力角度講,為了保證抽油機的正常運轉(zhuǎn),峰值扭矩高,勢必要選用較大的電動機,這種大電動機、大峰值電流的配套方案,必將導致電動機自身損耗和電路損耗的增加。為此,研究抽油機運行規(guī)律,結(jié)合現(xiàn)場工作實際,制定抽油機井電動機匹配原則。根據(jù)電動機選型原則,對376口電動機匹配不合理抽油機井進行優(yōu)化設計,從而有效降低裝機功率,提高系統(tǒng)效率。

        1)優(yōu)化設計,更換節(jié)能電動機。根據(jù)抽油機井電動機匹配的原則,對電動機選型不合理的376口抽油機井進行優(yōu)化設計,利用油田公司資金進行節(jié)能電動機的合理匹配。永磁同步電動機和高轉(zhuǎn)差率電動機的啟動和最大轉(zhuǎn)矩均大于Y系列電動機的,因此永磁同步電動機可以代替比他大1~2個功率等級的Y系列電動機;雙功率電動機是以大功率啟動,小功率運行[6]。節(jié)能電動機替換常規(guī)電動機頻率選擇見表5。

        表5 節(jié)能電動機替換常規(guī)電動機功率選擇

        2)應用高轉(zhuǎn)差電動機。2017年在采油廠安裝高轉(zhuǎn)差電動機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)應用永磁電動機。2017年在采油廠安裝稀土永磁電動機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)效率抽油機井640口,治理后抽油機井系統(tǒng)效率達到32.73%,完成了預定指標。按平均單井日節(jié)電35kWh計算,年節(jié)電規(guī)模817.6×104kWh,除去改造等成本2017年累計獲得經(jīng)濟效益387.04萬元。有效提高了抽油機的系統(tǒng)效率,大幅提高機采井綜合管理水平。

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