智能提捞式抽油机节能降耗技术评价探讨

史士峰（中国石油天然气集团公司节能技术监测评价中心）

目前，油田主要的人工举升方式为游梁式抽油机、电泵和螺杆泵，不同的开采方式对应不同的地层供液能力；当地层供液能力非常低，不能满足正常开采需要进行间抽或者提捞开采，间抽与提捞开采管理难度较大，人工作业成本较高。智能提捞式抽油机根据地层特点自动设定间抽时间，该设备与传统间抽、提捞相比，降低了管理难度和维修作业成本。截至目前，对智能提捞式抽油机的能耗量的测量与评价没有统一的方法，通过分析能耗、生产维护作业费用等因素，探索智能提捞式抽油机节能降耗技术评价方法。

1 智能提捞式抽油机工作原理

智能提捞式抽油机的工作原理是自动控制抽吸胶筒上下运行，胶筒带着柔性抽油杆向下运动。当胶筒到达井下液面时，地面控制系统根据压力传感器感应到井下压力情况，当井下压力达到设定值（一般最佳抽吸沉没度点）时，下冲程停止；上冲程时，胶筒与抽吸液体一起往上运行，把液体排向井口。

与普通抽油机相比，智能提捞式抽油机具有以下特点：

◇由于工作制度的原因，井底流压反复变化产生脉冲，能够降低油层堵塞，提高液体的流动性；

◇合理控制提捞时间，避免无用功，提高抽吸效率；

◇ 操作方便，维护量少。

2 智能提捞式抽油机项目节能量的计算方法

2.1 节能量计算

根据设备运行特点，就其节能量(Es)与基期能耗(Eb)和报告期能耗(Er)、基期校准能耗(Ea)的关系均可用图1[1]表示。

图1 节能量与基期能耗和报告期能耗、基期校准能耗的关系示意图

◇基期：用以比较和确定项目各项节能降耗效果、生产运行维护成本降低等，项目实施前的一个时间段，通常为覆盖相关典型工况的完整周期；

◇基期参数：基期内项目实施能直接影响到的生产、运行、维护等参数；

◇参数校准：项目报告期内根据基期运行工况及项目报告期条件推算得到，项目范围内不采用该项目措施下的能耗、物耗和人力等投入参数数值。

◇报告期：项目实施后的一个时间段，用以比较和确定项目各项节能降耗、降低生产运行维护成本等的效果，通常为一个项目措施运行后覆盖相关典型工况的完整周期。

报告期的节能量(Es)由式（1）计算：

式中：

Es——节能量，kWh；Er——报告期能耗，kWh；

Ea——基期校准能耗，kWh。

2.2 基期与报告期能耗数据获取

基期和报告期均需要获取对比时间、产液量、含水率、耗电量等参数。

如果不是测试整个对比周期，而是在限定时间范围内测量抽油机的产液量、能耗量，属于时间段上的点效率参数，与项目整个对比周期下的累计测量效率参数值有可能存在一定差异。

通常可以单井吨液耗能来表示该井产液量与能耗间的关系，即

式中：

Pc,i——油井i 的测量吨液耗能，kWh/t；

Ec,i——油井i 的测量期能耗，kWh；

Qc,i——油井i 的测量期液量，t。

根据不同需求，可通过选用下述两种测量方式的一种，获取基期与报告期的相关数据。

1）通过点测量来递推全周期参数值。测量一个具有代表性时间段内油井的产液量、能耗量等参数，进而得出单位液量能耗（吨液耗能），再按照实际计量（或统计、推算）得到的基期（或报告期）产液量进行递推相应的能耗。

基期能耗可由公式（3）求得：

式中：

Eb,i——油井i 基期能耗，kWh；

Ebc,i——油井i 基期内的测量能耗，kWh；

Qbc,i——油井i 基期内的测量液量，t；

Qb,i——油井i 基期液量，t；

Pbc,i——油井i 基期内的测量吨液耗能，kWh/t。

报告期能耗可由公式（4）求得：

式中：

Er,i——油井i 报告期能耗，kWh；

Erc,i——油井i 报告期内的测量能耗，kWh；

Qrc,i——油井i 报告期内的测量液量，t；

Qr,i——油井i 报告期液量，t；

Prc,i——油井i 报告期内的测量吨液耗能，kWh/t。

2）全周期时间期限的参数测量计量。通过相关计量表计获取在整个周期内产液量(Qb,i、Qr,i)和能耗量(Eb,i、Er,i) 等参数，这种方法通常能比较准确地反映项目的实际情况。

3）其他参数收集。石油企业的油井生产井史资料是记录油井生产状况及其历史数据的依据。相关产液量、含水率、能耗、物耗和其他生产、作业统计数据应从工程技术和地质部门获取，要注意对基期、报告期、测试时间的对应关系，并标明获取资料的名称、路径、时间等事宜。

2.3 基期校准能耗

报告期与基期相比，由于项目的存在使得包括用能量、运行时间、生产作业维护等生产参数发生变化，其中对耗能量最具影响的为油井产液量和运行时间。在不涉及评价油井供液能量变化的前提下，需要以这些影响因素对基期能耗进行修正，得出基期校准能耗Ea，即

式中：

Ea——基期校准能耗，kWh；

Eb——基期能耗，kWh；

Qb——基期产液量，t；

Qr——报告期产液量，t。

2.4 项目节能量

当项目范围内各单井测量数据齐全，可以直接采用公式（1）计算出节能量。

3 生产作业维护及其费用的节约计算

由于不同油田管理方式的不同，有可能导致相关数据收集、计算和比较分析的不一致；因此，本文给出相关数据收集、计算和比较分析的一般性原则。

3.1 生产维护作业主要评价因素

生产维护作业评价因素主要包括检泵维修、清防蜡、设备保养维护的周期及其费用。

3.1.1 检泵维修周期及其费用

1）检泵维修指抽油井在工作过程中，一般把调整生产参数（如改变泵径、冲程、冲速、加深或上提泵挂等）或消除故障（油井受到砂、蜡、气、水、偏磨及各种腐蚀介质的影响，使抽油泵失效，抽油杆柱断脱、砂卡、蜡卡，油管柱偏磨、腐蚀穿孔、断脱落井、螺纹漏失等，造成油井停产）而进行的作业称为检泵维修作业。

2）两次检泵之间的时间间隔称为检泵周期。由于每口井的生产运行情况不一样，所以每口井的检泵作业周期也不一样，但是每口井的井史记录资料上均有检泵作业记录，一般可以通过采油队资料室查找检泵周期。

3）各油田企业对下属单位的作业施工均有价格规定，可以通过查找相关文件确定施工价格；各油田企业管理情况不一样，收费标准也可能有不同的规定，需要结合相关规定、井史及有关人员，尽可能获取最准确的费用。

3.1.2 清蜡

油井结蜡现象是采油工程中常常遇到的问题，严重时会降低产量，甚至堵死油管或环空，造成停产。目前常用的方法是机械清蜡或热洗清蜡。

由于油井情况比较复杂，每口油井采用不同热洗方式，具体情况可通过井史确定油井热洗方式，以及清蜡周期、清蜡时所用的药品及药品费用等。

3.1.3 其他

抽油机正常生产时，可根据抽油机生产运行维护记录、财务报表、价格定额管理文件等查找其他维护工作量及费用，如更换盘根、皮带等。

3.2 基期与报告期能耗数据获取

基期和报告期均需要获取的主要参数为检泵维护工作量、周期及费用、热洗周期及费用和其他运行维护费用等。

运行维护费用W 为各项费用之和，即

式中：

W ——运行维护费用，元；

WJ——检泵维修作业费用，元；

WX——清蜡热洗费用，元；

WY——其他运行维护费用，元。

该部分不需要现场测试数据，但是需要现场查询井史资料或者现场记录作业过程和财务报表。由于每口井的热洗周期、检泵周期不一样，可以确定在基期与报告期T 内，单井吨液运行维护费用（油井吨液综合费用D）来表示该井产液量与运行维护费用间的关系，即

式中：

D——油井吨液综合费用，元/t；

TJ——油井检泵周期，d；

TX——油井热洗周期，d；

TY——油井其他维护周期，d；

Q——产液量，t；

T ——基期与报告期时长，d。

3.3 基期校准维护费用

报告期与基期相比，由于运行时间、生产作业维护等生产参数发生变化，需要以这些影响因素对基期生产维护费用进行修正，得出基期校准费用Wa，即

式中：

Wa——基期校准维护费用，元；

Wb——基期维护费用，元；

Qb——基期产液量，t；

Qr——报告期产液量，t。

3.4 节约费用的计算

生产维护费用节约额可按公式（9）计算：

式中：

Ws——维护费用节约额，元；

Wa——校准维护费用，元；

Wr——报告期维护费用，元；

4 项目节能降耗总效益

项目的节能降耗总效益等于各分项效益之和，即项目的节能价值量与不含节能价值量的其他生产运行维护费用节约额，可按公式（10）计算：

式中：

Wes——节能降耗总效益，元；

We——节能价值量，元；

Ws——生产运行维护费用节约额（不含节能价值量），元。

4.1 效益测算中的价格取用原则

1）节能降耗测算的相应物料价格原则尽量以实际情况为准。

◇如果有财务结算账单的，以账单结算为准，如实际发生的药品费用等；

◇如果没有财务结算的，以相关规定文件为准，如石油造价管理部门下发的相关文件，其中对作业费用的规定等。

2）在评价期内如果价格有波动，宜采用加权平均价格。

3）项目评价中涉及的价格应在报告中给出数值及出处。

例如，以电能价格为例，可选择采用下述方法：

◇用户本年度可得的已发生电量的加权平均用电价格；

◇用户上年度消耗电量的全年加权平均用电价格；

◇用户财务部门规定的用电价格及其计算取用原则；

◇用户当地政府物价部门规定的用电价格及其计算取用原则。

4.2 项目的节能价值量计算

1）节能价值量与节能量的关系可用公式（11）表示：

式中：

We——节能价值量，元；

Pw——能源单价，元；

Es——节能量，kWh。

2）因本类型项目直接节能效果指采用节电一项，为简化项目的节能价值量可按公式（12）计算：

式中：

We,n——项目的节能价值量，元；

Pw——电能单价，元/kWh；

Es,n——项目的节能量，kWh。

4.3 项目的节能降耗总效益计算

项目的节能降耗总效益可按公式（13）计算：

式中：

Wes,n——项目的节能降耗总效益，元；

We,n——项目的节能价值量，元；

Ws,n——项目的生产运行维护费用节约额（不含节能价值量），元。

当n=1 时，即为单井项目的节能降耗总效益。

4.4 项目静态投资回收期计算

普通游梁式抽油机转智能提捞式抽油机时的静态投资回收期由公式（14）求得:

式中：

PP ——静态回收期，a；

B——智能提捞式抽油机投产成本，元；

H ——游梁式抽油机净值，即

式中：

F ——游梁式抽油机投产成本，元；

a——残值折算（由油田财务资产部确定），元；

b——折旧年限（由油田财务资产部确定），元；

y——游梁式抽油机使用年限，a。

5 结论

1）应用智能提捞式抽油机可减少油层堵塞，提高液体的流动性，提高泵的充满系数，且操作方便，维护量少。

2）通过对比分析智能提捞式抽油机与游梁式抽油机举升液体的能耗量，根据主要生产参数(产液量、能耗量)，计算其吨液单耗数据，在一定时间内定量给出其能耗节能量。

3）通过对工作制度的对比分析，计算其吨液运行成本，在一定时间内定量给出其生产运行成本节约量。

4）根据上述方法，计算其在一定时间内节能量、运行成本节约量，并进一步分析经济效益，计算投资回收期。

该技术方法给出智能提捞式抽油机节能量的审定，还可以定型定量分析智能提捞式抽油机应用的合理性，为油田抽油机型的选择提供参考依据，有利于现场实际生产应用。

[1]中国标准化研究院.GB/T 28750-2012 节能量测量与验证技术通则[S].北京:中国标准出版社,2012.