节能降耗技术在机械采油中的应用

何艳艳

（青岛恒星科技学院，山东青岛 266100）

随着我国石油开发进度的不断推进，多数油田的开采作业已经进入高含水阶段，而这也使得原本耗能较高的开采作业能耗进一步增大，因此对于节能降耗的需求也越来越迫切。在应用节能降耗技术时，需要根据石油开采的具体情况和实际要求来进行选择。当前机械采油系统所用的节能降耗技术有多种，而只有选择最为适配的技术手段才能够进一步发挥节能降耗的作用，从而为石油开采降低能源消耗与成本投入，创造更高的综合效益。

1 机械采油中存在的能耗问题

在石油开采阶段，机械采油主要分为软件与硬件两个结构，其中软件部分包含了信息收集与处理软件以及工艺管理软件，硬件包含抽油杆等抽油设备和防护设备，这些软件与硬件结构组成了机械采油系统。在开展机械采油作业时，因为抽油设备属于往返的运作模式，因此常常会出现扭矩，而扭矩的大小与方向处于周期性变动状态。结合当前的情形分析，采油作业需要涉及多种设备，这些设备的共同运作会消耗大量的能量，其中机械采油装机的容量甚至高达总容量的30%，在采油作业时耗电量非常高，因此能耗问题十分明显。因此，针对机械采油过程中存在的巨大耗电问题展开分析。多数耗电问题是由于设备的负荷率较低、功率因数较低等问题，导致能耗过高，而且采油系统在运作时配电设备的容量过大，高于实际要求容量，这也成为了电能消耗增加的主要原因之一[1]。

2 节能降耗技术在机械采油中的应用

2.1 小井眼采油技术

小井眼采油技术便是通过小井眼来进行抽采作业，而针对其中所用到的井具有着明确的要求，共有以下2点：（1）全井直径不能大于177.8 mm；（2）井径不能大于区域常规井井径。小井眼采油技术对于井眼井径有着严格的标准，但这类技术却在实际应用中有着显著的优势。小井眼采油技术的所需场地不大，还可以节省钻井液的消耗。正是由于这些特征，使得该技术在应用过程中操作较为便利，能够有效节约劳动力、能耗和成本，避免操作失误等问题[2]。

2.2 抽油机井上节能技术

抽油机是抽采石油作业中必不可少的机械设备，主要利用加压的方式来开采石油，在抽油机上冲程时，油管弹性便会回缩，生成向上的作用力，推动机械解堵采油器活动，之后采油器撞碰滑套而生成振动效果，这一系列的活动都会对地层中的油流通道形成反作用力。抽油机井上节能技术也可以实现机械采油的节能降耗，因为其本身便具有能耗较低的特点，而且还配备了相关的节能装置，包含节能电机和节能配电箱等。目前，游梁式抽油机的应用较为普遍，通过交流异步电机来提供动力，曲柄带利用配重平衡块来带动抽油杆，为井下抽油泵提供动力，从而使得井下抽油泵循环往返活动，将井下的石油推送到地面。在某个冲次中，由于抽油杆的上下往返，电机也处于电动的模式，在抽油杆向上运动时，电机会在电网中消耗电能来转化为动力，而在抽油杆下降时电机的负载性质便会变为位势负载，能够保证电机保持发电的状态，将抽油杆的机械能量转变为电能。游梁式抽油机虽然有着广泛的应用和便捷的操作，但是能耗问题也非常明显，而为了解决这一现象，将偏轮抽油机、低矮抽油机等设备进行结合设计，便能够很好地降低能耗。同时，还可以针对地面参数进行下调，但也需要注意动液面问题，避免对油井石油开采产生影响。针对部分不能进行下调的参数，则可以通过间抽制度的方式进行改善，或通过恢复液压曲线的方法明确抽油的停留时长，在进行抽油作业时不会对开采产量和含水量等因素带来不利影响，但却能有效节约电能消耗[3]。

2.3 螺杆泵采油技术

螺杆泵采油技术有着成本投入少、运作效益高、电耗较小等优点，而这些优势也使得该技术应用越来越普遍。螺杆泵是一种容积泵，其排量与转子速度有着密不可分的联系，地层供液效果可以有效开发泵的转速，而这种采油技术与传统抽油机对比，电能消耗要更低，比抽油机还要低30%左右，能够有效实现节能降耗。而若想提高螺杆泵井的使用寿命，则需要结合施工特征和设备特征对其进行合理管理和日常维护。在运作过程中，若需要替换盘根，则可以暂时停运设备进行盘根替换操作，其他状态下不可以停运设备，停电或其他不可抗力除外。同时，还要确保螺杆泵的运作速度和液面的稳定性，过载电流需要高于正常状态下的20%进行运作，在设备投产或设备停止运作后还需要合理调节过载电流与过载时间，当确定设备能够处于正常状态运作后才能再次启动。螺杆泵系统的协砂性较为优异，因此在实际操作中能够避免气锁等问题，当处于含砂量或含气量较大的开采工程中时，螺杆泵采油技术的优势也能够确保石油原油不会出现泄漏的问题，从而保证抽采的稳定进行。按照螺旋泵的数量，一般可以划分为单、双、三螺杆泵。单螺杆泵通常流量在150 m3/h左右，排出压力20 MPa，可以在各种高粘性流体中应用。双螺杆泵排出压力一般小于 1.4 MPa，流量在 6～600 m3/h，对杂质的敏感度相对较低，同时填料箱一般只能承载吸入压力，泄漏量较低。三螺杆泵的排出压力最高能够达到70 MPa，同时流量最高为 2 000 m3/h，但在具有固体杂质流体中应用，而且与双螺杆泵类似，填料箱也是只能承载吸入压力，泄漏量最低，但运转速度更高，容积效率也更高[4]。

2.4 间歇采油技术

针对一些石油储备量较低，渗透率较差的区段中，若是通过传统的抽采模式进行开采，不可避免地会造成能源浪费问题。而针对这一现象，间歇采油技术则能够很好地解决各种问题。一般间歇采油技术会用到2种将机动装置作为主要动力的间歇采油工艺模式。

2.4.1 活动式螺杆泵间歇采油技术

活动式螺杆泵间歇采油系统在油井中通过传统螺杆泵实现石油抽采，而上部结构则可以运用拖拉机作为动力，变速利用万向联轴节和螺杆泵井口驱动头衔接的方式完成，能够把拖拉机所产生的动力输送到油井下的结构中，利用下层结构的螺杆泵来抽采石油。之后所抽采出的石油可以输送到存储装置中，运送到中转站。通过这种方式能够有效节约成本并降低能源消耗，同时也使得机械采油作业的整体流程变得更加便利。若想进一步改善螺杆泵间歇抽油整体能耗的应用效果，需要在抽采起步阶段控制好启动扭矩，间歇抽油的间歇段根据扭矩以及抽采区域的恢复特征来调整，因此也需要全面分析，控制好所有油井的间抽周期，才能够提高活动式螺杆泵间歇采油的高效节能效果，表1为不同液面恢复速度下的间抽周期[5]。

2.4.2 提捞采油工艺技术

抽油机运作的主要成本便是电能消耗、除垢剂及洗净液等药剂以及施工作业，而电能消耗是其中最高的项目，提捞采油工艺技术则能够有效节约甚至是免除电能消耗与药剂成本，同时人力成本也较低。对于一些待开采区段，因为提捞采油不需要集油管线和其他设备，一次性投入与回报期能够进一步缩短，在传统采油模式与开发经济对比较低的情况下，可以利用提捞采油工艺技术，进一步拓展石油开采的作业范围。当石油开采作业进行到中期之后，还会出现许多不出油井的问题，不仅会导致能源的大量浪费，同时也会增加人工成本，为现场管理工作带来一定麻烦。针对这类现象，利用提捞采油工艺技术则能够发挥明显的优势，不仅能够减少能源浪费的现象，同时也为现场管理工作提供便利[6]。

3 结语

可持续发展和节能降耗开采是当前我国石油开采业的主要目标，也是其发展的主要方向和提高整体效益推动其长远发展的主要途径。节能降耗技术在机械采油中的应用不仅能降低石油开采作业中的能源消耗，还能提高作业效率，是实现绿色开采的重要手段。目前随着科技的快速发展，还会有越来越多的节能降耗技术被研发并应用，并将成为推动石油开采业可持续发展的有效动力。

表1 不同液面恢复速度下的间抽周期表