机采系统节能技术挖潜与应用

毕伟红（吉林油田公司长春采油厂）

随着开发生产时间的延长，长春采油厂油井产量递减，低产低效井增多，机泵平均泵效不足35%，电动机利用率仅为23.4%，抽油机载荷利用率仅为44.8%，直接导致采油系统效率低（仅为15.01%），耗能高（吨液耗电高达24.4kWh），增加了开采成本。为此，亟需及时分析单井耗能，进行节能挖潜，以实现采油系统高效低耗运行。

1 抽油机井高耗能原因分析

1.1 产能低，吨液耗电高

四家子区块平均泵挂570m，产量低于3t的井吨液耗电达67.2kWh，是区块平均吨液耗电水平的6倍；伊通区块平均泵挂1870m，能量传递距离长、损失大，产量低于3t的井吨液耗电达100 kWh，是区块平均吨液耗电水平的5.4倍。

1.2 机采设备匹配状况差，整体耗能高

1）普通异步电动机效率低。浅层生产井80%投产时采用的是普通异步电动机，而普通异步电动机转子线圈存在较大铜损，平均功率因数仅为0.35，效率低，仅为30%，不利于节能。

2）抽油机平稳运行状况差。平衡率仅为77%，不节能，且影响设备使用寿命。

3）抽油机负荷利用率低。浅层生产井大部分配备应用的是五型或六型抽油机，负荷利用率仅为44.8%，造成能源浪费。

4）皮带打滑问题严重，在雨季尤为突出，传动效率较低，且皮带消耗较大。仅在2010年7月就有42口井发生烧皮带现象，损耗皮带57条，导致停井、卡井等问题，制约生产，影响当月产油量达298t。

2 节能挖潜技术

2.1 利用二级减速器挖潜低效井节能空间

针对低产能井或受电动机老化影响冲速已无法再下调的高耗低效井，利用二级减速器进行节能挖潜。二级减速器即在抽油机皮带轮与电动机皮带轮传动间增加一级传动装置，利用大轮和小轮间角速度和线速度的转换来实现降低冲速、减少耗能的目的。现场实施10口井（表1），使用前后产量基本持平，平均冲速下降2.8min-1，系统效率提高2.8%，吨液耗电降低11.4kWh，日节电19.3kWh，节电率达39%，年节电能力7.0×104kWh，年节约操作成本3.5万元。

2.2 利用智能间抽控制仪实现间歇出油井的供排协调

针对人工间抽井、低产能生产井或间歇出油井，大多数采用人工摸索开井时间，但易造成开井时间不合理的问题，利用智能间抽控制仪摸索出液规律，达到供排协调。

智能间抽控制仪即通过高分辨率传感器检测抽油机电动机动力线电流、电压及相位角，同时计算出电动机工作的实时有功功率、无功功率，并根据抽油机上、下行电流及抽油机增载、卸载过程的关系，准确描述出抽油机加载及卸载过程的电流运行轨迹及加、卸载过程的时间变化，将采集到的数据经存储、修正后，找出真实反映抽油机实际运行情况的电流、功率及负荷的变化规律，真正达到对抽油机的智能化、科学化管理。

表1 二级减速器安装前后效果对比

现场实施5口井，日节电38kWh，年节电6.94×104kWh，累增油26t。

2.3 创新皮带保护技术，增加皮带传动效率

为了提高皮带传动效率，减小皮带损耗，针对皮带摩擦系数低、包角不够的抽油机井，设计并应用皮带张紧轮技术实现皮带保护（图1）。

图1 皮带张紧轮安装示意图

在抽油机大带轮和电动机小带轮连接皮带的中间位置外侧，安装一个可上下调整的平式张紧轮；通过张紧轮调整，增加皮带包角并增加张紧力，补充皮带在小带轮下端的松弛下垂，减少皮带打滑造成烧毁现象。现场试验2口井，使用前平均每2个月换1组皮带，使用后至目前未更换过皮带，年节约材料费1.56万元，系统效率提高2.2%。

3 设备优化技术

3.1 应用节能电动机，降低电动机自身运行损耗

稀土永磁电动机功率因数高，不但可降低电动机本身运行损耗，还能降低电网的配送电功率，减少线损；同时降低线路压降，减小冲击性无功负载，避免电压剧烈波动。针对异步电动机功率因数低、无功损耗大的井，更换使用稀土永磁电动机。现场应用46口井，平均功率因数提高0.32，系统效率提高了1.9%，吨液耗电降低4kWh，单井日节电15kWh，节电率26.2%，年节电能力25.2×104kWh。

3.2 应用抽油机机型优化技术，实现设备经济运行

为了解决抽油机负荷利用率低的问题，对四家子机型偏大井进行机型优化调整，优化后设备运行状况良好，电流减小，输入功率明显降低。系统效率提高了12%，吨液耗电降低了4.88kWh，日节电20.6kWh，节电率达32%，年节电能力0.75×104kWh，同时实现了闲置设备再利用，节约了投入资金（表2）。

4 参数优化技术

4.1 优化工作参数，满足供排需求

依据悬点载荷计算公式[1]，载荷与冲速、泵径是二次函数关系，与冲程是一次函数关系，因此泵径和冲速对载荷的影响远大于冲程，但调整泵径成本高；另外，由于部分区块井深，冲程损失大，且存在井眼轨迹不规则、结蜡、易凝等问题，为此对工作参数偏大的井，首先考虑降冲速。现场采用换皮带轮或使用变频器降冲速46口（表3），系统效率提高7.1%，单井日节电11.3kWh，年节电19.0×104kWh；对产能高、参数偏小的井调大工作参数5口，实现累增油480t。

表2 四家子1-4井抽油机换型前后效果对比

表3 降冲速效果对比

4.2 优化开井时间，确定合理间抽制度

从油井产能出发，针对低效无效井转变生产方式，降低其吨油成本。现场优化32口井（表4），平均单井日节电49kWh，年节电17.23×104kWh。

表4 调整开井时间效果对比

4.3 优化平衡指数，确保设备节能运行

根据32口单井的抽油机平衡度测试、系统效率及单井能耗分析，绘制了平衡指数与系统效率关系曲线和平衡度与耗能关系曲线（图2、图3）。从关系曲线可以看出：平衡指数在0.8～1.15之间机采系统效率最高，耗能最低，平均节电率12.8%。据此，现场平衡度调整143井次，单井日节电7.6 kWh，年节电16.06×104kWh，平均系统效率提高了0.7%。

图2 平衡度与系统效率关系曲线

图3 平衡度与耗电关系曲线

5 效果及经济效益

通过应用系列节能技术，平均吨液耗电降低6.7kWh，平均系统效率提高了1.77%，年节电92.18×104kWh，电费按0.5元/kWh计算，节约成本46.09万元；调参增油506t，吨油成本按3294元计算，创效166.7万元，年节约皮带损耗费1.56万元，总创效214.4万元；二级减速装置、智能间抽控制器等节能设备投资共141.6万元，投入产出比为1∶1.51，实现节能创效共72.8万元。

6 认识

由于各区块油藏埋深差别大，油品性质不同，应结合生产实际，针对不同情况制定相应的节能降耗措施，并以优选效果明显、投资少、易实施的节能技术为现场实施原则。

1）直接采取合理间抽是针对供液能力差、高耗低效油井实现节能降耗最经济有效的技术手段。

2）利用智能间抽控制仪可科学确定人工间抽或间歇出油井的开井时间，不影响产量，甚至可实现增产，且可节约人工成本，可在其他油田类似油井上推广应用。

3）换小皮带轮降冲速，成本低、效果明显，但皮带轮过小会出现皮带包角小、容易打滑的问题；变频器降冲速虽可操作性强，但受平衡状况等因素影响，设备稳定性差；二级减速器降冲速最小可达1.6min-1，且可减小匹配电动机功率，节能效果显著，但冲速调整缺乏灵活性。

4）动态调整抽油机平衡度是提高机采系统效率的基本保障，既可实现节能降耗，又可延长抽油机使用寿命。

5）结合生产实际优化调整机型，节能效果明显，可利用闲置资源或井间调串逐步调整，减少投入成本。

[1]罗英俊,万仁溥.采油技术手册[M].北京：石油工业出版社,1993：278-282.