张雷(大庆油田采油三厂一矿北十六联合站,黑龙江大庆163000)
低渗透油井机采系统能耗影响因素及节能措施探讨
张雷(大庆油田采油三厂一矿北十六联合站,黑龙江大庆163000)
低渗透率油井机采系统普遍存在能耗高、效率低的情况,文中介绍了机采系统效率计算方法,找出了能耗损失的节点,分析了造成机采系统效率偏低的原因,针对影响机采系统效率的原因提出了相应的节能降耗措施。
低渗透率;油井;能耗;影响因素;节能措施
随着油田持续开采,地层产出液中含水率不断上升,油田高产稳产压力增大,勘探开发区域向外围延伸,外围区块低渗透、低产油井较多,使用机械采油系统存在能耗高、系统效率低的情况。由于机械采油系统能耗占油田能耗的比重较大,分析造成能量损失的主要原因,制定相关节能措施,提高机采系统工作效率具有重要意义。
机采系统能量利用率直接反应系统效率,通过分别计算机采系统的有功功率和无功功率,求出分别占输入功率的比重,以此来计算系统效率。
1.1 有用功计算法
通过计算有功功来计算系统效率的方法如下式:
以上公式中:η为机采系统效率,单位为%;Q为油井日产液量,单位为m3/d;H为抽油机扬程,单位为米;ρ为油井产出液密度,单位为kg/m3;P0为电机输入功率,单位为KW。由以上计算公式可知,油井日产液量、抽油机有效扬程及实际耗电量等直接影响机采系统的效率。
1.2 无用功率计算法
机采系统的实际功率P0应等于有用功p1与损失功率p2之和,因此,机采系统效率可以通过以下公式计算:
由以上公式(2)可知,机采系统效率受到损失功率影响比较明显,为此,可以从能量损失的角度考虑机采系统能耗,抽油机井能量损失分为地面损失和地下损失,地面能量损失主要发生在电动机、皮带、减速箱、四连杆、盘根盒等部位,地下能量损失主要发生在杆柱、管柱和泵等部位。分析认为,机采系统皮带传动效率、减速箱效率、盘根盒效率及四连杆效率对机采系统效率影响比较明显,电动机、电泵、杆、管等设备影响机采系统效率。
2.1 地面因素对机采系统能耗影响
地面因素对机采系统效率影响主要表现为装机功率较大,出现“大马拉小车”现象,造成能量损耗。早期投产的抽油机大多使用游梁式抽油机,配备异步电机。游梁式抽油机在运行过程中负荷具有交变负荷特性,且抽油机启动功率较大,为满足启动要求,电机装机容量通常较大,造成电机正常运转时负载率较低,功率损失严重,电动机的效率和功率因数均降低,造成机采系统能耗过大,系统效率低下。
2.2 地下因素对机采系统效率影响
影响机采系统效率的地下因素主要有杆、管、泵等,主要表现在:①光杆与盘根盒之间的摩擦,当盘根盒密封过严或盘根盒与光杆对中性较差时,光杆在上下运动过程中的摩擦阻力会增大,造成能耗升高;②光杆的粘滞阻力。在稠油井开发过程中,原油粘度高,抽油杆上下运行过程中,高粘度地层产出液与油管间粘滞阻力非常大,造成大量能量损失;③油井出砂严重时,抽油杆与油管间、流体与管柱间摩擦阻力均较大,造成能耗损失;④泵效降低。普通抽油泵在出砂严重的井长期使用,泵磨损严重,造成密封性变差、泵阀漏失增大,泵效降低明显。
2.3 采油管理工作对机采系统效率影响
研究表明,当地层能量一定时,合理的生产参数设置,使抽油机抽汲能力与油井供液状况达到平衡,能够使机采系统达到最佳能效,发挥油井最大生产潜能。实际采油生产中,随着开采持续进行,地层能量发生变化,抽油机井的平衡状态相应发生变化,此时生产参数过小,则不能发挥油井最大生产潜能;生产参数过大则无功损耗增大,机采系统效率降低,因此,抽油机井平衡度直接影响机采系统效率。
3.1 降低装机容量,减少无功损耗
为解决电动机“大马拉小车”的现象,需要在不影响机采系统正常运行的情况下降低装机容量,可采用新型电机来实现这一目的:①无刷直流电机。该型电机能够实现软启动,可以根据负载自动调节输出功率,降低了装机容量,能够极大的节省电能,提高系统效率;②伺服电机。伺服电机能够实时调控电动机的转速和输出扭矩,使抽油机启动更加平滑,且能够使机采系统运行过程中驱动特性与机械负载达到最佳匹配,极大提高系统了效率。
3.2 优化抽汲参数
优化抽汲参数能够降低机采系统能耗,提升效率。具体需要根据油井生产动态来调整生产参数:①对长期开采导致供液不足的油井,可采取间抽、使用小泵、适当调小生产参数等措施,同时调整泵沉没度,降低能耗;②对供液情况较好的井,可适当提高泵挂,降低举升载荷;③针对供采关系平衡的油井,在满足生产需求的情况下,可适当调整,使用慢冲次、长冲程,能够降低能耗,提升系统效率。
3.3 降低抽油机井悬点载荷
可以从以下几个方面降低悬点载荷:①降低抽油机惯性载荷和振动载荷。通过降低冲次、减缓换向加速度,能够降低抽油机减速器扭矩峰值,达到节能效果;②使用轻质抽油杆能够大大降低抽油机井悬点载荷。在保证生产安全的情况下,可使用轻质柔性抽油杆,能够降低悬点载荷,达到节能效果;③对油井进行防偏磨治理,改善杆管运行状况。可以通过使用旋转装置、改善抽油杆柱受力情况、使用防偏磨接箍、上提泵挂等措施来进行防偏磨治理。
[1]赵华,姜涛,胡波,等.抽油机井系统效率测试及应用研究[J].石油和化工节能,2010(01):30-33.