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        智能滾筒式皮帶抽油機在油田生產(chǎn)中的應用

        2020-09-29 09:50:40賈繼慶大慶石油管理局技術(shù)監(jiān)督中心
        石油石化節(jié)能 2020年9期
        關鍵詞:抽油抽油泵單井

        賈繼慶(大慶石油管理局技術(shù)監(jiān)督中心)

        有關統(tǒng)計資料表明,目前國內(nèi)大多數(shù)油田都進入高含水開發(fā)階段,老油區(qū)因產(chǎn)量自然遞減客觀因素要實現(xiàn)保產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)難度進一步加大,積極應用采油新工藝、新技術(shù),解決油氣生產(chǎn)中的技術(shù)難題,加快稠油區(qū)塊開發(fā)已成為一項重要的研究課題[1]。針對稠油區(qū)塊稠油井生產(chǎn)存在產(chǎn)量低、能耗高、能源利用效率低、單井生產(chǎn)成本高、信息化程度低等諸多不利因素,仍運用游梁式抽油機進行采油的方式已難以適應油田發(fā)展要求。智能滾筒式皮帶抽油機是一種新型高效節(jié)能機采設備,它與傳統(tǒng)油氣生產(chǎn)機采設備不同,具有油氣開發(fā)生產(chǎn)效率高、系統(tǒng)效率高、長沖程、泵效高、低能耗、增產(chǎn)效果好、智能化等特點,完全能滿足稠油井生產(chǎn)工藝技術(shù)要求,能有效解決傳統(tǒng)油氣生產(chǎn)中機采系統(tǒng)難以解決的技術(shù)難題[2-3]。

        1 智能滾筒式抽油機

        1.1 工作原理

        智能滾筒式皮帶抽油機由平衡系統(tǒng)、懸掛系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、機架底座系統(tǒng)、集中監(jiān)控系統(tǒng)、電磁剎車系統(tǒng)等部分組成。圖1 為抽油機運行軸測視照,圖2為抽油機結(jié)構(gòu)組成。

        圖1 抽油機運行軸測視照

        圖2 抽油機結(jié)構(gòu)組成

        通過交流變頻技術(shù)控制電動機換向驅(qū)動減速器帶動筒體正反向轉(zhuǎn)動,使包覆在筒體上的皮帶做垂直上下往復運動。皮帶一端與配重箱連接,另一端與光桿連接,帶動光桿上下運動使抽油泵抽汲井筒內(nèi)的油液。根據(jù)抽油機做功示功圖或電動機電流大小來自動調(diào)整配重箱配重,做到抽油機上下行程功率精確平衡[4]。

        1.2 調(diào)節(jié)策略

        智能滾筒式皮帶抽油機具有長沖程、低沖速的優(yōu)點,可以減少抽油泵柱塞的沖程損失,提高抽油泵泵效(超過70%),提升抽油泵充滿系數(shù),增加單井提液量,從而達到提高單井原油產(chǎn)量,提升油井機采系統(tǒng)運行效率,降低噸油能耗和噸油開采成本的目的。它與傳統(tǒng)游梁式抽油機相比,沖速低,單位產(chǎn)油量所需抽油泵的往復循環(huán)次數(shù)少,抽油桿柱的疲勞和磨損程度低,有利于延長抽油桿柱的使用壽命和油井的免修期;降低油井作業(yè)次數(shù),減少油井作業(yè)成本,避免或消除抽油機的氣鎖現(xiàn)象。該抽油機還具有工況自適應、運行參數(shù)優(yōu)化、節(jié)能、自動化程度高和記憶功能,特別適合于稠油井、小泵深抽井的使用。

        2 智能滾筒式皮帶抽油機的技術(shù)性能

        1)高效的傳動效率。由于智能滾筒式皮帶抽油機采用改四連桿機構(gòu)為往返架系統(tǒng),可以有效地減少抽油機輸入功率,提升抽油機的傳動效率[5-6],它與普通皮帶抽油機相比,傳動效率可以提升50%。同時,該抽油機的減速器采用高效率的硬齒面減速機,它與傳統(tǒng)的軟齒面減速度機相比,其傳動效率可以提升20%。

        2)節(jié)能效果好。具有較大的鏈輪直徑,加速度小,沖速慢,抽油機上下沖程平衡度效果好,需電動機功率小,可以降低電動機額定功率一個檔次,其綜合節(jié)能率可達到15%。

        3)泵效高。具有長沖程,使抽油泵的充滿系數(shù)高、液壓沖擊小,提升了抽油泵的工作效率。同時,它與游梁式抽油機相比,沖速低,單位產(chǎn)油量所需抽油泵的往復循環(huán)次數(shù)少,抽油桿柱的疲勞和磨損程度低,有利于延長抽油桿柱的使用壽命和油井的免修期,降低油井作業(yè)頻次,減少油井生產(chǎn)作業(yè)費用[7-8]。

        4)設備安全可靠性高。該抽油機負荷皮帶具有彈性緩沖作用,降低了其換向沖擊,使抽油桿運行更加平穩(wěn)安全可靠。它具有結(jié)構(gòu)安全、使用安全和防盜安全功能,對所有運動部件采取了安全防護措施,安裝了防護罩、防護網(wǎng)和控制箱防盜裝置等。

        5)調(diào)沖速簡單方便??蓪崿F(xiàn)不停機調(diào)節(jié)沖速,極大地降低了工作量,同時避免了因停機調(diào)沖速帶來的產(chǎn)量損失??梢酝ㄟ^智能控制箱面板上的上、下行速度電位器來進行調(diào)整。通過變頻器改變輸入交流電的頻率,實現(xiàn)對抽油機的無級調(diào)速。變頻器使用的控制方式,具有理想的轉(zhuǎn)矩-速度特性,調(diào)整抽油機沖速只需要調(diào)整電動機運行頻率即可。

        6)該抽油機日常維護費用低,設備故障率低,且維護保養(yǎng)方便快捷[9]。若它一旦發(fā)生故障,可發(fā)出故障報警和遠程警報,用戶可通過故障診斷顯示器,查出故障發(fā)生時間和故障原因,以及排除故障方法。

        7)諧波信號小,無功功率低,電動機功率因數(shù)高。具有自帶反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng),可以有效降低電動機無功功率,同時防止負功率反輸電網(wǎng),有效降低線路損耗。

        8)智能化程度高。具有抽油機運行狀態(tài)在線監(jiān)測、控制功能。其控制監(jiān)測系統(tǒng)包括變頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)、抽油機狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)等部分??梢詫崿F(xiàn)遠程調(diào)節(jié)抽油機運行頻率,實時監(jiān)測抽油機的運行狀態(tài)。具備基本故障報警功能,能在發(fā)生抽油機停機、斷脫、三相不平衡等異常工況狀態(tài)下報警[10]。當桿載降低后,可逐漸恢復到?jīng)_速設定值。在智能控制模式下,跟蹤抽油機示功圖充滿度的變化,優(yōu)化生產(chǎn)運行參數(shù),使抽油機運行在最佳工況下。

        3 現(xiàn)場應用及技術(shù)改造效果

        3.1 現(xiàn)場應用

        2016年,中國石化股份有限公司勝利油田分公司孤東采油廠根據(jù)智能滾筒式皮帶抽油機的特點,對KD18 區(qū)塊部分原油黏度較高、低液量、低油量的稠油井,實施采油工藝節(jié)能技術(shù)改造,以解決目前該區(qū)塊油井因抽油桿緩下、傳統(tǒng)抽油機參數(shù)無法上調(diào),而導致的低液量、低油量、低效率等油井生產(chǎn)工藝技術(shù)問題,達到區(qū)塊整體機采系統(tǒng)效率提升和開發(fā)效果,實現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能降耗的目的。先后在KD18稠油區(qū)塊的20口低效、低液稠油井上,運用了智能滾筒式皮帶抽油機,并取得良好的現(xiàn)場試用效果。

        3.2 技術(shù)改造效果

        智能滾筒式皮帶抽油機節(jié)能技術(shù)改造項目實施前后20口油井生產(chǎn)數(shù)據(jù)的對比見表1。

        由表1 可知,智能滾筒式皮帶抽油機節(jié)能技術(shù)改造項目實施后,20 口稠油井電動機總功率下降140 kW,變壓器容量減少250 kVA,電動機功率因數(shù)平均提高0.361,平均單井日節(jié)電量達108 kWh,平均單井有功功率下降4.42 kW,平均單井無功功率下降11.69 kvar,百米噸液耗電量下降1.67 kWh/t,綜合節(jié)電率達到32.5%,油井平均系統(tǒng)效率提升11.70%。實現(xiàn)了油井抽油機負荷與電動機的合理匹配,使油井處于高效、安全的生產(chǎn)狀態(tài),達到了節(jié)能降耗、增產(chǎn)增效和提高油井開采效益的目的。

        表1 項目實施前后20口油井生產(chǎn)數(shù)據(jù)的對比

        4 綜合效益評價

        1)節(jié)電效果顯著。20 口稠油井年節(jié)電量達788 400 kWh,0.623 元/kWh,則該項目年創(chuàng)節(jié)能效益可達491 173元。

        2)節(jié)能減排效益好。按照節(jié)約1 kWh 電能可實現(xiàn)減排0.997 kg 二氧化碳,即減少0.272 kg 碳排放量計算,則運用智能滾筒式皮帶抽油機每年可減少碳排放量214 444.8 kg。

        3)變壓器減容效益明顯。按照變壓器容量每千伏安月度容量費用28 元計算,變壓器總?cè)萘繙p少250 kVA,則每年可減少變壓器容量費84 000元。

        4)設備故障率低,提升油井生產(chǎn)時率。項目實施后,抽油桿柱的疲勞和磨損程度低,有利于延長抽油桿柱的使用壽命和油井的免修期,降低油井作業(yè)頻次,減少油井生產(chǎn)作業(yè)費用。

        5 結(jié)束語

        實踐證明,智能滾筒式皮帶抽油機具有傳動效率高、控制與節(jié)能效果好、泵效高、運行安全可靠、調(diào)沖速簡單方便、維護保養(yǎng)費用低、智能化程度高等優(yōu)點。運用該抽油機可以有效提高稠油開發(fā)工藝技術(shù)水平,增加稠油開發(fā)區(qū)塊單井產(chǎn)量,提升稠油開發(fā)區(qū)塊整體機采系統(tǒng)運行效率,實現(xiàn)油田降本增效,有利于推進智能油田建設和信息化技術(shù)推廣應用,具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

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