王延秋（大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠）

目前，國(guó)內(nèi)油田仍主要以抽油機(jī)采油為主，由于常規(guī)游梁抽油機(jī)舉升節(jié)點(diǎn)多，普遍存在能耗與效率損失。要提高抽油機(jī)井系統(tǒng)效率，控制舉升單耗，必須從地上地下各環(huán)節(jié)節(jié)點(diǎn)入手，通過(guò)節(jié)點(diǎn)分析法確定各部分效率與能耗損失，以此采取針對(duì)性優(yōu)化和改造措施，才能有效降低能耗損失。

1 抽油機(jī)井各節(jié)點(diǎn)能耗效率分析

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，即： η系=η地·η井。以光桿懸繩器為界，地面部分影響因素包括抽油機(jī)類(lèi)型、電動(dòng)機(jī)類(lèi)型和特性、沖程、沖速、平衡度、皮帶、減速箱、井口油壓、套壓、盤(pán)根盒；井下因素包括管、桿柱組合、泵深、沉沒(méi)度、運(yùn)行摩阻、泵徑、充滿系數(shù)、桿管偏磨、原油黏度、氣體、結(jié)蠟狀況、地層供液能力[1]。根據(jù)各單元能耗測(cè)試數(shù)據(jù)看出，抽油機(jī)系統(tǒng)主要能耗環(huán)節(jié)是：控制箱-電動(dòng)機(jī)部分、傳動(dòng)單元以及桿、油管單元[2]。其中電動(dòng)機(jī)、桿管以及四連桿傳動(dòng)效率損失較大（表1）。

2 降低抽油機(jī)井節(jié)點(diǎn)效率損失及分類(lèi)治理

2.1 優(yōu)化抽汲參數(shù)，提高系統(tǒng)效率

在抽油機(jī)井能耗節(jié)點(diǎn)中，生產(chǎn)參數(shù)的變化直接關(guān)系到能耗的高低，其中泵、桿、機(jī)綜合參數(shù)的調(diào)整是最有效的措施[3]。結(jié)合能耗節(jié)點(diǎn)分析，以合理流壓為基礎(chǔ)，對(duì)抽汲系統(tǒng)的沖程、沖速、機(jī)、桿、泵等參數(shù)進(jìn)行整體優(yōu)化，找出產(chǎn)液量、能耗和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的最佳經(jīng)濟(jì)結(jié)合點(diǎn)，對(duì)抽油機(jī)井進(jìn)行整體參數(shù)優(yōu)化。

依據(jù)“長(zhǎng)沖程、低沖速”的參數(shù)優(yōu)化原則，實(shí)施地面抽汲參數(shù)優(yōu)化987 井次，其中供液不足井下調(diào)參211 井次，液面上升230 m；動(dòng)液面較淺井上調(diào)參481 井次，平均單井增液13 t/d，增油1.1 t/d，沉沒(méi)度下降132 m；合理優(yōu)化調(diào)整295 口。實(shí)施后平均百米噸液耗電下降0.18 kWh，系統(tǒng)效率提高了7.6 個(gè)百分點(diǎn)。累計(jì)完成抽油機(jī)井整體參數(shù)優(yōu)化943井次，占全廠抽油機(jī)井總數(shù)的43.3%，實(shí)施后平均單井有功功率降低1.18 kW，系統(tǒng)效率提高了8.96個(gè)百分點(diǎn)（表2）。

表1 抽油機(jī)井生產(chǎn)狀況下各單元能耗損失及效率統(tǒng)計(jì)

表2 抽油機(jī)井整體參數(shù)優(yōu)化效果統(tǒng)計(jì)

2.2 優(yōu)化功率匹配，提高電動(dòng)機(jī)效率

在考慮啟動(dòng)及過(guò)載能力的前提下，根據(jù)產(chǎn)液和載荷變化，對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整、達(dá)到提高運(yùn)行效率和功率因數(shù)的目的[4]。電動(dòng)機(jī)功率優(yōu)化實(shí)施對(duì)象有以下兩類(lèi)：一是正常生產(chǎn)井，功率利用率偏低；二是堵水措施井，實(shí)施堵水后產(chǎn)液下降，原裝機(jī)功率偏大。匹配實(shí)施方案采取“一換三”或“一換二”的方式進(jìn)行逐級(jí)匹配。

實(shí)施電動(dòng)機(jī)合理匹配355 井次，實(shí)施后平均裝機(jī)功率降低19.39 kW，功率利用率提高7.95 個(gè)百分點(diǎn)，有功功率降低1.33 kW，日節(jié)電31.92 kWh，系統(tǒng)效率提高了5.1 個(gè)百分點(diǎn)（表3）。

表3 抽油機(jī)井電動(dòng)機(jī)逐級(jí)匹配實(shí)施效果統(tǒng)計(jì)

2.3 優(yōu)化機(jī)械結(jié)構(gòu)，提高平衡效果

平衡的好壞對(duì)油井安全節(jié)能運(yùn)行至關(guān)重要。利用下偏杠鈴和游梁復(fù)合平衡技術(shù)對(duì)常規(guī)抽油機(jī)進(jìn)行下偏杠鈴改造。改造后下偏杠鈴的質(zhì)心運(yùn)動(dòng)軌跡為繞中軸支座中心的一段圓弧，其半徑不變但力臂值變化，即上沖程開(kāi)始和下沖程結(jié)束時(shí)游梁的平衡作用削減載荷的峰值扭矩，使作用到曲柄輸出軸扭矩不至于過(guò)大；上沖程結(jié)束和下沖程開(kāi)始，由于懸點(diǎn)載荷小，下偏杠鈴力臂較小，作用在曲柄軸扭矩不至于過(guò)小，從而加強(qiáng)平衡效果[5]。

下偏杠鈴節(jié)能改造40 口井，測(cè)試數(shù)據(jù)表明，平均單井有功功率降低1.48 kW，有功節(jié)電率達(dá)9.11%，單井日節(jié)電35.52 kWh，上行電流均降低達(dá)到平衡要求，頻繁燒皮帶現(xiàn)象明顯改善。

2.4 實(shí)施節(jié)能控制，降低電能消耗

針對(duì)控制箱設(shè)備老化、油井能耗高、電動(dòng)機(jī)倒發(fā)電、油井輕載運(yùn)行以及電動(dòng)機(jī)運(yùn)行效率低等問(wèn)題，從節(jié)能控制方面采取措施，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施可控硅調(diào)壓、星角轉(zhuǎn)換、無(wú)功補(bǔ)償、斷續(xù)供電等4 種控制箱節(jié)能技術(shù)（表4）。

累計(jì)實(shí)施各類(lèi)節(jié)能控制技術(shù)422 口井，實(shí)施后平均有功降低0.74 kW，單井日節(jié)電17.76 kWh，累計(jì)年節(jié)電269.81×104kWh。

2.5 應(yīng)用超越離合技術(shù)，消除電動(dòng)機(jī)倒發(fā)電

針對(duì)皮帶減速器-四連桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)損失，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用超越離合器。通過(guò)更換常規(guī)電動(dòng)機(jī)皮帶輪，在不改變油井原有工作制度的情況下，變雙向動(dòng)力傳動(dòng)為單向傳動(dòng)，通過(guò)抑制電動(dòng)機(jī)發(fā)電，提高電動(dòng)機(jī)和皮帶的傳動(dòng)效率，可達(dá)到節(jié)能和增產(chǎn)目的[6]。

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)抽油機(jī)超越離合器技術(shù)50 口井。與傳統(tǒng)的高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)、調(diào)壓控制器、變頻調(diào)速等只能減輕“倒發(fā)電”技術(shù)相比，現(xiàn)場(chǎng)具有明顯超越效果，抑制了電動(dòng)機(jī)倒發(fā)電。測(cè)試數(shù)據(jù)表明，平均產(chǎn)液增加了1.5 t/d，有功功率下降1.13 kW，單井日節(jié)電27.12 kWh，平均系統(tǒng)效率由25.53%提高到31.37%，提高了5.83 個(gè)百分點(diǎn)，投資回收期為29.23 個(gè)月（圖1）。

圖1 應(yīng)用超越離合器消除倒發(fā)電效果對(duì)比測(cè)試曲線

2.6 改造閑置設(shè)備，實(shí)現(xiàn)降本增效

通過(guò)電動(dòng)機(jī)合理匹配，閑置了部分較大裝機(jī)功率的異步電動(dòng)機(jī)。針對(duì)這部分電動(dòng)機(jī)，可以通過(guò)節(jié)能改造方式實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)再利用。

一是“雙極雙速”節(jié)能改造，利用定子單槽內(nèi)下入單線，引出多組頭，通過(guò)在多組頭之間改變接線方式實(shí)現(xiàn)“雙極雙速”。改造后可根據(jù)油井生產(chǎn)水平選擇電動(dòng)機(jī)功率級(jí)別提高負(fù)載水平，降低油井能耗，同時(shí)可利用雙轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)便捷的調(diào)參優(yōu)化，改善油井供排關(guān)系。

表4 控制箱節(jié)能技術(shù)原理及適用范圍

二是雙功率節(jié)能改造，該技術(shù)在單槽內(nèi)下入雙線，形成雙繞組，因此電動(dòng)機(jī)具有啟動(dòng)大功率和運(yùn)行小功率兩種功率，滿足油井重載啟動(dòng)、輕載運(yùn)行的條件。在不降低電動(dòng)機(jī)較大啟動(dòng)力矩的前提下，可有效降低油井運(yùn)行時(shí)的額定功率和實(shí)耗功率，具有降低能耗和提高負(fù)載率的雙重效果。

閑置電動(dòng)機(jī)節(jié)能改造200 臺(tái)，并依據(jù)改造后功率水平進(jìn)行合理匹配。實(shí)施后平均裝機(jī)功率下降17.35 kW，有功功率下降1.02 kW，日節(jié)電24.48 kWh，投資回收期為14.98 個(gè)月。

3 結(jié)論認(rèn)識(shí)

1）運(yùn)用節(jié)點(diǎn)分析法可以找出影響系統(tǒng)效率的關(guān)鍵性因素，通過(guò)綜合考慮抽油機(jī)井地面、井下各環(huán)節(jié)效率損失，開(kāi)展針對(duì)性分類(lèi)治理能大幅提高抽油機(jī)井舉升系統(tǒng)效率，降低能耗損失。

2）為有效延長(zhǎng)優(yōu)化井的節(jié)能效果，參數(shù)優(yōu)化工作應(yīng)結(jié)合系統(tǒng)效率測(cè)試結(jié)果、結(jié)合檢泵作業(yè)時(shí)機(jī)、結(jié)合參數(shù)調(diào)整實(shí)現(xiàn)油井參數(shù)的動(dòng)態(tài)優(yōu)化與管理。

3）需對(duì)上產(chǎn)調(diào)參或措施井，跟蹤電動(dòng)機(jī)電流變化情況進(jìn)行電動(dòng)機(jī)調(diào)整；對(duì)生產(chǎn)調(diào)整影響以及堵水等降液措施井，根據(jù)生產(chǎn)水平和抽汲參數(shù)重新計(jì)算匹配功率，合理降低電動(dòng)機(jī)功率，確保實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)匹配及時(shí)、最優(yōu)的動(dòng)態(tài)管理。

4）抽油機(jī)井控制系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)以及皮帶四連桿機(jī)構(gòu)也是降低系統(tǒng)效率損失的重要節(jié)點(diǎn)，應(yīng)用節(jié)能控制技術(shù)和超越離合器技術(shù)具有較好的節(jié)能效果。