萨北油田机采井系统能耗研究

栾巍（大庆油田有限责任公司第三采油厂）

2017年对萨北油田区域内127口老机械抽油机井进行平衡度、系统效率以及电动机功率因数3个指标进行监测考核，其中平衡度达标46台，平衡度达标率为36.2%；平均系统效率为33.3%，系统效率达标96台，达标率为75.5%，整体合格率为21.3%；电动机功率因数达标53台，达标率为41.7%，低于北区近300口新井的系统效率。通过对整体老井进行调查研究找到影响系统能耗的主要因素，并通过效率对能耗进行分析，采取有针对性的优化措施可以提高抽油机井整体系统效率[1-2]。

1 能耗影响因素分析

萨北油田是目前采油三厂的主力油层，储层物性一般，采油年限较长，高含水明显，采油难度相对较大，通过对区域内机采井进行分析，认为影响萨北油田系统能耗的因素，主要包括抽油机机型、电动机功率及其利用率、功率因数、平衡度和产液量。

1.1 抽油机、电动机和功率因素的影响

事实证明，抽油机机型较大，会加重减速箱轴承和齿轮负荷[3]，摩擦损失增大，无效功率增加，能耗高[4]，而抽油机载荷利用率越小，无效功损失比例越大，抽油机总体应用水平越低[5]。电动机受转矩、转差率、电流等多种因素影响，如果各个参数使用不当，会严重影响机械效率[6]，经统计，得到萨北油田电动机功率的利用率和系统效率的关系（表1）。萨北油田电动机型号不同，各自负载率也影响着电动机效率，当负载和电动机不匹配时会加大能源损耗，降低经济效益。油田平均功率因数为0.412，实际数据监测表明功率因数与无功损耗成反比，且因供电设备和供电线路中的损耗增大，也会影响电网供电效能，致使整体功率因数较低。

表1 萨北油田电动机功率利用率与系统效率的关系

1.2 平衡度的影响

由于长期开采，受各种因素影响，油井产液能力波动较大，造成抽油机负荷随之发生波动，使得抽油机平稳性变差，平衡状况降低。若使用上、下电流平衡法维持平衡，未考虑功率法度量运行指标，也就是达到假平衡状态，会造成系统有效功率大幅度降低，影响系统效率。由表2可以看出，当平衡度在90%～100%和100%～110%时，系统效率较高达到24.36%和23.58%，所以及时调整平衡度，可有效提高系统效率，减少能耗。

表2 平衡度与系统效率的关系

1.3 产液量的影响

在其他条件不变的时候，日产液量越高，系统效率就会越高，如表3所示，得到产液量和系统效率的关系，但是受地质因素影响，区域内产液量越高，含水增加也明显，所以不适合的平衡点也会导致能耗增加。

表3 日产液量与系统效率的关系

1.4 其他因素的影响

此外，区域内抽油机类型存在多种差异，结构都不尽相同，对整个系统有着不同程度的影响。出砂、偏磨、也会增加抽油机的机械运行阻力，导致机械系统效率降低，增加能耗。

2 降低能耗的方法及效果

2.1 完善机械管理制度

降低对机械井系统部件的修复成本，延长机械油井的免修期。配置适合萨北油田特点的合理机械井和电动机，提高特殊井的机械效率。因此，结合萨北地质油藏的特点，设计合理的机械采油系统。首先统计区域内地层供液能力差或因设备原因无法进行参数调整的抽油机井，这类井泵效、沉没度及抽油泵充满程度均低，而系统容积、水力和摩擦功率消耗相对较大，无效功消耗大。其次对于运行年限长、磨损严重及淘汰机型进行更新，负荷偏大与偏小的进行互换，累计调整抽油机37台。机型偏大井经过综合治理，平均额定载荷降低40 kN，平均载荷利用率提高23.19%，平均单耗降低2.08kWh/t，平均消耗功率减少2.3 kW，平均节电率20.45%，如表4所示。

结合地质油藏特点，结合萨北油田系统能耗的因素，利用单井资料做好分析，确定电动机功率及其利用率、功率因数，用功率发确定平衡度。找出最佳产液量，这样以油藏和生产相结合，达到减少能耗，增加效率的目的。由于电动机额定功率偏大会造成无效功率、电动机热损失和机械损失增大，单耗增高，因此针对现场常见的两种情况开展节能降耗工作：

1）对于装机功率大、功率利用率低的抽油机井应用永磁电动机63台，在保证抽油机正常运行的前提下，降低电动机装机功率，提高电动机运行效率。平均电动机功率降低12.83 kW，平均单耗降低1.87 kWh/t，平均消耗功率减少2.7 kW，平均节电率20.45%

2）对于日产液低、无法调参、泵效偏低的抽油机井应用双速电动机34台，在符合油井热洗排量的前提下，调小参数以达到提高泵效及电动机功率利用率的目的。治理后平均单耗降低1.96 kWh/t，功率消耗减少0.9 kW，节电率达到17.88%，如表5所示。

2.2 优化地面参数和抽汲参数

依据理论分析，针对沉没度、泵效合理，冲速高、冲程有调大参空间的高单耗抽油机，通过调大冲程、调小冲速的参数匹配，调参前后，平均冲程增加0.6 m，冲速降低1.6 min-1，平均泵效提高2.0%，单耗降低0.85 kWh/t，消耗功率减少0.48 kW，平均节电率5.73%，如表6所示。

针对沉没度低、泵效低、参数已调至最低单耗依然偏高的抽油机，采取间抽措施。措施后，平均沉没度增加129 m，泵效增加10.2%，单耗降低7.59 kWh/t，消耗功率减少1.04 kW，平均节电率22.10%，如表7所示。

针对正常生产时沉没度高、泵效高、冲速高的高单耗抽油机，利用软件进行抽汲参数优化。优化后平均泵径增加6.8 mm，冲速降低1.8 min-1，单耗降低2.98 kWh/t，消耗功率减少1.71 kW，平均节电率24.3%，如表8所示。

表4 抽油机机型偏大井综合治理前后节能效果统计

表5 节能配电装置更换前后节能效果统计

表6 调大冲程、调小冲速措施前后节能效果统计

表7 间抽措施前后节能效果统计

表8 抽油机井检泵优化设计实施效果统计

2.3 应用合理技术减少机械损失

强化萨北油田地质构造认识、加大现场试验规模，分区域建立单井跟踪制度，提升机采井的管理水平，同时加大研发软件的应用范围，强化抽油机诊断技术，针对生产过程中抽油机井可能出现的问题进行综合分析与治理，提高萨北油田的机械采油系统效率。

3 结论

萨北油田开发了数十年，已经进入开采中后期，油层含水十分严重，经济效益矛盾日益突出，节能降耗是目前油田发展的必经之路，所以结合地质、地面、井下等诸多情况，以效率为基础，进行综合考虑，提出节能降耗的方法，保证抽油机井保持最高的系统效率运行，经应用方法可为现场节能降耗提供技术支持。