长庆油田抽油机技术创新综述

李宁会,吉效科

(长庆油田公司设备管理处,西安710021)

长庆油田抽油机技术创新综述

李宁会,吉效科

(长庆油田公司设备管理处,西安710021)

介绍了长庆油田公司近年来在抽油机方面的技术创新产品,主要有无水泥基础抽油机、抽油机集中润滑、低冲次抽油机、一拖多变频软启动装置、井下潜油电动往复泵、皮带抽油机、一拖二抽油机、7型抽油机、实心皮带轮、抽油机井远程报警等,可供国内其他油田借鉴。

长庆油田;抽油机;创新

长庆油田现有约20 000台抽油机,占设备总数的50%以上。抽油机的电耗占总电耗的45%,2009年新增抽油机约5 300台。开展抽油机的技术创新,对节能和降低投资意义很大。

1 技术创新产品

1.1 无水泥基础抽油机

我国在用抽油机大多采用钢筋水泥块做基础,制做、运输、安装比较麻烦,更换抽油机时必须要有相匹配的基础。国外出现无水泥基础抽油机后,长庆油田进行了这项尝试。长庆油田地处黄土高原,地表多是湿陷性黄土,使用无水泥基础抽油机应防止抽油机下陷。

对于CYJ8-3-26HB型抽油机,为防止抽油机前倾,底座前部加长400 mm,这样光杆载荷达320 kN也不会前倾;原底座宽度1 m,现为1.8 m,每边加宽0.4 m,以增大抗侧翻能力;原距离井口1.7 m,现距离井口1.3 m。地基采用现场伴和3∶7灰土的方法,在保证悬绳器不碰井口的原则下,尽量降低灰土厚度,最小厚度应在300 mm以上。由于现场伴和灰土冬季不能施工,根据长庆油田许多新井投产要在11月前进行的实际情况,在工厂直接在底座内灌注水泥,现场安装时夯实素土后直接放上灌注水泥后的金属底座。经计算,3∶7灰土的强度满足抽油机的压强要求,安全系数可达2.8。

为降低因加大底座尺寸而增加的成本,对只在前后两端加宽的工字形底座和只在前两端加宽的T形底座分别进行了试验验证。2007-05,第1台无水泥基础CYJ W8-3-26HF型抽油机在采油三厂新寨作业区元232井投入使用。目前已有2 819台在用,其中宽底座抽油机13台,工字形底座抽油机70台,其余是 T形底座抽油机,运行正常,未出现下陷、振动等问题。

采用无水泥基础底座后,仅 T形底座抽油机每台可节约†5 000元左右。

1.2 集中润滑抽油机

长庆油田绝大多数是游梁式抽油机,型号有3、4、5、6、7、8、10型等,每台抽油机有4个注脂嘴,注脂时需停机和爬高作业,工作量大且危险。从2002年开始,在抽油机上安装集中润滑装置,将注脂口设在支架下端,通过分配器将油脂引向4个轴承部位,人工定时注脂。优点是可不停机润滑,不影响生产;可不爬高作业,比较安全;可在轴承旋转时注脂,使废脂均匀挤出,而静态注脂油脂易走捷路。

这种润滑方式由于分配器价格较高,改用从4个轴承处直接引4条管线到支架下端,分别注脂。目前,长庆油田新增的抽油机已全部采用集中润滑,现场已有800多台在用。

1.3 低冲次抽油机

长庆油田目前平均单井液量不足5 m3/d,原来使用的抽油机冲次普遍太高,导致空抽、干磨、系统效率低。为此,增设中间皮带轮,形成二级皮带减速,将冲次降到3 min-1以下,但现场改装费用较高。根据现场需求,2005年开始采用减速比为1∶44的减速箱,并在现场试用,从2008年开始大面积推广低冲次抽油机,新抽油机都配减速比为1∶44的减速箱、8极电机,使冲次达到2.5、3.5、510 min-1。

1.4 一拖多变频软启动装置

针对抽油机的节电问题,进行了变频软启动一拖多试验。为了满足抽油机启动需要,通常配备的电机功率较大,一般是实际功率的2倍以上,造成功率因数较低、电耗较大。变频软启动一拖多是在丛式井井场用1台变频软启动装置带动多台抽油机,用1台控制柜分别启动多台抽油机。变频软启动可大幅降低启动电流,从而降低抽油机的装机功率,还可降低电网及变压器的投资及运行电耗。6型抽油机机过去要装11 kW电机,采用变频软启动装置后,只需装7.5 kW电机。目前有27台变频软启动装置在现场使用。

1.5 井下潜油电动往复泵

井下潜油电动往复泵组由变压器、控制柜、井口悬挂器、潜油电缆、柱塞泵、井下潜油直线电机等组成。分别于2007-09在采油一厂3口井下入井下潜油电动往复泵,2008年在29口井下入井下潜油电动往复泵进行试验。

1.5.1 试验参数

泵径 ∅32 mm

扬程 2 500 m

电机冲程 1.2 m

电压 660 V

功率 36 kW

1.5.2 试验结果

第1批3口井试验情况如表1。在试验中出现了电机动子永久磁环被腐蚀、未装循环阀不便热洗、电缆磨坏等问题,分别采取磁环内外采用耐腐蚀材料包裹、加装循环阀、采用小直径油管等整改措施后,又下井继续试验。

经测试表明,井下潜油电动往复泵可提高泵效20%[1],王99-35井节电达2319%[2],测试结果如表2～3。

表1 井下潜油电动往复泵第1批3口井试验结果

表2 井下潜油电动往复泵泵效测试结果对比

表3 王99-35井耗电量测试结果对比

1.5.3 投资比较

在井深1 600 m以内,潜油电动往复泵系统(含电缆、电机、泵、辅助设施)与机杆泵系统相比投资少,如表4。

表4 1 600 m以内潜油电动往复泵系统与机杆泵系统投资概算

1.6 皮带抽油机

长庆油田于2004年使用第1台RT500-8-3-13型皮带抽油机,目前共有36台在用,使用效果较好,系统效率高,耗电少;底座内灌注水泥,自带基础,安装方便;故障率低;冲次调整方便,最低冲次可达1.8 min-1。

采油三厂对同一区块3种8型抽油机进行了测试,30台复合平衡机、40台弯梁机、4台皮带机的平均输入功率分别为4.32、3.24、2.93 kW[3]。

1.7 一拖二抽油机

一拖二抽油机即2台抽油机共用1台电机和1台减速器,2台抽油机互相平衡,每台抽油机尾端可电动伸缩,进行游梁平衡调节。当1台修井时,摘除其连杆下端联接,可单独运行任一台抽油机,如图1。2009年引进后在采油八厂投产3台。

1.7.1 技术参数

型号 CYJDT/Ⅱ-8-2.5-37HF

悬点载荷 80 kN

冲程 2.5、2.0、1.6 m

冲次 2.5、3.5、5.0 min-1

减速器额定输出扭矩 37 kN·m

传动比 41.34

电机功率 22 kW

电机转速 730 r/min

图1 一拖二抽油机现场

1.7.2 测试结果

对比游梁平衡抽油机(对比井)和一拖二平衡抽油机(测试井),冲次3.5 min-1、冲程2.5 m,其生产参数如表5。

用PMTS2.1型组合式系统效率测试仪和电度表2种方式对3组抽油机进行测试。用PMTS2.1型抽油机井系统效率测试分析仪测试的数据如表6。

表5 游梁平衡抽油机与一拖二相位平衡抽油机生产参数对比

对第1组用电度表进行对比计量测试。对比井铁93-86井测试195.5 h,计350 kW·h,折算功率为1.79 kW,日产液量1.33 t,日吨液耗电32.3 (kW·h)/t;一拖二测试井铁84-98井和铁85-96井共测试763 h,计3 646 kW·h,折算功率为4.78 kW,日产液量4.29 t,日吨液耗电26.7(kW·h)/t,节电率为17.27%。

1.8 7型抽油机

由于长庆油田超低渗油田单井产量低,需要进行低成本开发。过去抽油机只有6型、8型,在超低渗透油田,用6型嫌小,用8型嫌大。2007年开发了7型抽油机,现已安装890台,比用8型抽油机单台节约†1.6万元。

1.9 实心皮带轮

抽油机是在不均匀工况下工作,为平衡载荷,通常采用加平衡块方式,游梁式抽油机是在曲柄上或游梁上加平衡块,这是一种在低速端蓄能的方式。

表6 用系统效率测试仪测试一拖二相位平衡抽油机井节电效果

长庆油田曾在1998年试验过在电动机轴上装蓄能器加离合器结构,测试表明有节能效果,但限于操作习惯和离合器的可靠性,未能成功。根据内燃机飞轮和冲床飞轮的蓄能原理,进行了抽油机高速端蓄能方式试验,即在减速器输入轴上蓄能。为此,将减速箱皮带轮改为实心皮带轮,如图2。2003年在现场安装了10台实心皮带轮抽油机,目前都在使用。

图2 减速箱上的实心皮带轮

2004-03-01—03-05,长庆石油勘探局节能监测站对采油三厂盘古梁作业区和五里湾二区6台CYJ8-2.5-26HY型抽油机在相同工况下使用实心皮带轮与空心皮带轮的对比测试显示了较好的效果。测试结果如表7～8[4]。

2009-11,采油六厂用2种方法对3台10型调径变矩抽油机进行了实心与空心皮带轮的对比测试。用PMTS2.1型抽油机井系统效率测试分析仪测试的数据如表9。

由表9可知,抽油机安装实心皮带轮后,改善了平衡效果,综合节电率为181-21井0.85%,181-23井7.15%,181-22井5.97%,3口井平均综合节电率为4.66%。

表7 实心与空心皮带轮抽油机对比测试结果

表8 实心与空心皮带轮抽油机系统效率对比计算结果 %

表9 用系统效率测试分析仪对比测试结果

采取挂电能表的方法对这3台抽油机进行耗电 量的测试,测试结果如表10。

表10 用电能表对比测试结果

由表10可知,实心皮带轮比空心皮带轮平均单台抽油机日耗电量节约71425 kW·h,节电率为: 181-21井5112%,181-23井814%,181-22井14142%, 3口井平均节电率为913%。

采用2种方式测试表明,采用实心皮带轮有节电效果。但试验井数较少,测试时间较短,还需进一步测试评价。

1.10 游梁平衡抽油机

长庆油田过去大多是曲柄平衡抽油机,应用弯梁式抽油机后,使得游梁平衡抽油机调节平衡很容易,只需在地面上增减小平衡块就可实现准确平衡。与曲柄平衡抽油机相比,弯梁式抽油机平衡效果好[5],可提高系统效率;调平衡方便;由于去掉了庞大的曲柄和曲柄平衡块,使整机质量轻,制造成本降低,相同参数的8型机,游梁平衡机比曲柄平衡机质量轻2 t,价格下降†1万多元。从2009年开始,长庆油田新装抽油机全部为游梁平衡式。

1.11 抽油机井远程报警

抽油机井需人工定时巡井,占用人工较多。研制了抽油机井远程报警系统,目的是减少人工巡井,在站内得到故障报警后,再去现场处理。抽油机井远程报警系统利用已有的单井功图定时无线传输系统进行传输,不需另建传输设备。抽油机井远程报警系统监测的主要项目有油压、套压、电参数、自动投球、自动加药、井场防盗等,2009年在新投抽油机井上已全面推广。

2 建议

a) 继续使用井下潜油电动往复泵,暂不扩大规模,考验使用寿命,待无故障期超过500 d后再大面积推广。使用井下潜油电动往复泵是抽油方式的革命性变化。

b) 10型及其以上机型首选皮带抽油机,机型越大,皮带抽油机的价格优势越突出。

c) 推广低冲次、无水泥基础 T形底座、1拖多、游梁平衡、集中润滑模式的游梁抽油机。

d) 扩大试验一拖二抽油机,进一步验证其可靠性。

3 结语

长庆油田近年在抽油机方面进行的技术创新工作取得了一些成果,但需要研究探索的新产品还很多,例如更低冲次抽油机、调参方便的抽油机、更节能且可靠的抽油机等,长庆油田将继续进行这方面的探索。

[1] 亢志刚,景万得,张 昊.无杆往复式地下抽油机在安塞油田的应用[G].长庆油田公司2008年设备工程论文汇编.

[2] 亢志刚,景万得,汪 勇.安塞油田直线电机无杆采油技术试验效果评价[G].长庆油田公司2009年设备工程论文汇编.

[3] 刘丰宁,王 鹏,张殿龙.皮带抽油机的应用及效果评价[G].长庆油田公司2007年设备工程论文汇编.

[4] 长庆油田公司采油三厂.采油三厂实心皮带轮抽油机试验汇报[G].长庆油田公司2008年抽油机研讨会会议材料汇编.

[5] 章 敬,李 伟,李绍奇,等.CYJ5-118-18HY型整体弯游梁式抽油机的设计和应用[J].石油矿场机械, 2008,37(9):82-85.

Summarization of Pumping Unit Technical Innovation

LI Ning-hui,J I Xiao-ke
(Equipment Management Department,Changqing Oilf ield Company,Xi’an710021,China)

A new pumping unit was developed in recent years,covering several items,including baseless pumping unit,centralized lubrication,low-stroke,a delayed multi-frequency soft-start, downhole submersible electric,belts pumping units,two pumping units in one drive,Model 7 pumping units,solid pulley,remote alarm.

Changqing oilfield;pumping unit;innovation

1001-3482(2010)04-0042-06

TE933.1

A

2009-10-23

李宁会(1959-),男,陕西礼泉人,高级工程师,从事油田设备管理工作,E-mail:lnh1_cq@petrochina.com.cn。